控制系统工程设计第4章bvle.pptx

《控制系统工程设计第4章bvle.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制系统工程设计第4章bvle.pptx（42页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第4章 基于工控机的微型加热器温度控制系统 4.1工控机实验装置 4.2系统总体设计 4.3系统硬件设计 4.4系统软件设计返回总目录4.1 4.1 工控机实验装置工控机实验装置 4.1.1 4.1.1 4.1.1 4.1.1 工控机实验装置介绍工控机实验装置介绍工控机实验装置介绍工控机实验装置介绍 工控机（工控机（工控机（工控机（IPCIPCIPCIPC）实验装置分类：）实验装置分类：）实验装置分类：）实验装置分类：柜式柜式柜式柜式、台式台式台式台式及及及及盒式盒式盒式盒式。研华研华研华研华IPCIPCIPCIPC按结构分类：按结构分类：按结构分类：按结构分类：1 1 1 1、普通台式、普

2、通台式、普通台式、普通台式其其其其I/OI/OI/OI/O接口卡插在主机接口卡插在主机接口卡插在主机接口卡插在主机ISAISAISAISA或或或或PCIPCIPCIPCI插槽里，还有分布插槽里，还有分布插槽里，还有分布插槽里，还有分布 式式式式RS-485RS-485RS-485RS-485远程控制远程控制远程控制远程控制I/OI/OI/OI/O模块等模块等模块等模块等 2 2 2 2、整体式、整体式、整体式、整体式键盘和显示器均固定在主机上键盘和显示器均固定在主机上键盘和显示器均固定在主机上键盘和显示器均固定在主机上 3 3 3 3、模块式、模块式、模块式、模块式模块种类有电源模块、模块种类

3、有电源模块、模块种类有电源模块、模块种类有电源模块、CPUCPUCPUCPU模块、输入输出模块、输入输出模块、输入输出模块、输入输出I/OI/OI/OI/O接口卡模块、工接口卡模块、工接口卡模块、工接口卡模块、工 业以太网接口模块、现场总线接口模块和分布式业以太网接口模块、现场总线接口模块和分布式业以太网接口模块、现场总线接口模块和分布式业以太网接口模块、现场总线接口模块和分布式RS-485RS-485RS-485RS-485远程控制远程控制远程控制远程控制I/OI/OI/OI/O模块等）多模块等）多模块等）多模块等）多D/AD/AD/AD/A结结结结 构（构（构（构（图图图图2-1(a2-1

4、(a2-1(a2-1(a)）和共享）和共享）和共享）和共享D/AD/AD/AD/A结构（结构（结构（结构（图中图中图中图中2-1(b)2-1(b)2-1(b)2-1(b)）。柜式工控机（IPC）图图图图4-1 IPC4-1 IPC4-1 IPC4-1 IPC实验装置外形与结构实验装置外形与结构实验装置外形与结构实验装置外形与结构 4.1.2 4.1.2 控制要求控制要求 1 1 1 1、硬件设计、硬件设计、硬件设计、硬件设计(1)(1)(1)(1)被控对象设计被控对象设计被控对象设计被控对象设计(2)(2)(2)(2)加热器电源设计加热器电源设计加热器电源设计加热器电源设计(3)(3)(3)(

5、3)主控装置设计主控装置设计主控装置设计主控装置设计(4)(4)(4)(4)加热器控制电路设计加热器控制电路设计加热器控制电路设计加热器控制电路设计(5)(5)(5)(5)加热器电气及电子原理图设计加热器电气及电子原理图设计加热器电气及电子原理图设计加热器电气及电子原理图设计(6)(6)(6)(6)信号调理模块和加热器模块电气及电子工艺设计信号调理模块和加热器模块电气及电子工艺设计信号调理模块和加热器模块电气及电子工艺设计信号调理模块和加热器模块电气及电子工艺设计 2 2 2 2、控制方式与控制指标、控制方式与控制指标、控制方式与控制指标、控制方式与控制指标 除了手动方式控制以外，还有自动方式

6、控制除了手动方式控制以外，还有自动方式控制除了手动方式控制以外，还有自动方式控制除了手动方式控制以外，还有自动方式控制。3 3 3 3、软件设计、软件设计、软件设计、软件设计 采用中国亚控公司中文组态王采用中国亚控公司中文组态王采用中国亚控公司中文组态王采用中国亚控公司中文组态王KingviewKingviewKingviewKingview及与其配套的软及与其配套的软及与其配套的软及与其配套的软PLCPLCPLCPLC语言语言语言语言KingACTKingACTKingACTKingACT为编程语言。为编程语言。为编程语言。为编程语言。4.24.2系统总体设计系统总体设计4.2.1 4.2.

7、1 系统设计流程系统设计流程l l1 1 1 1、系统调研和设计任务书的拟订、系统调研和设计任务书的拟订、系统调研和设计任务书的拟订、系统调研和设计任务书的拟订l l自动化系统设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣自动化系统设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣自动化系统设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣自动化系统设计任务书是整个系统设计的依据，同时又是今后设备竣l l工验收的依据。工验收的依据。工验收的依据。工验收的依据。l l2 2 2 2、方案设计、方案设计、方案设计、方案设计l l对同一控制对象和控制要求，往往有多种控制方案。在满足控制要求对同一

8、控制对象和控制要求，往往有多种控制方案。在满足控制要求对同一控制对象和控制要求，往往有多种控制方案。在满足控制要求对同一控制对象和控制要求，往往有多种控制方案。在满足控制要求l l的前提下，设计方案应该力求简单、经济和实用，不宜盲目追求高指的前提下，设计方案应该力求简单、经济和实用，不宜盲目追求高指的前提下，设计方案应该力求简单、经济和实用，不宜盲目追求高指的前提下，设计方案应该力求简单、经济和实用，不宜盲目追求高指l l标。标。标。标。l l3 3 3 3、安全性、可靠性考虑、安全性、可靠性考虑、安全性、可靠性考虑、安全性、可靠性考虑l l4 4 4 4、硬件与软件设计、硬件与软件设计、硬件

9、与软件设计、硬件与软件设计l l5 5 5 5、系统安装调试、系统安装调试、系统安装调试、系统安装调试4.2.2 4.2.2 控制方案设计控制方案设计l l1 1 1 1、软硬件主要方案、软硬件主要方案、软硬件主要方案、软硬件主要方案 （1 1 1 1）硬件部分硬件部分硬件部分硬件部分前面已经叙述过，除了用工控机前面已经叙述过，除了用工控机前面已经叙述过，除了用工控机前面已经叙述过，除了用工控机IPCIPCIPCIPC及其及其及其及其I/OI/OI/OI/O摸板控制已摸板控制已摸板控制已摸板控制已经确定以外，还有：要求采用微型廉价测温传感器测量温度；要求采用经确定以外，还有：要求采用微型廉价测

10、温传感器测量温度；要求采用经确定以外，还有：要求采用微型廉价测温传感器测量温度；要求采用经确定以外，还有：要求采用微型廉价测温传感器测量温度；要求采用高效集成式控制电路控制加热器的加热元件。高效集成式控制电路控制加热器的加热元件。高效集成式控制电路控制加热器的加热元件。高效集成式控制电路控制加热器的加热元件。（2 2 2 2）软件部分软件部分软件部分软件部分前面已经叙述过，用基于经典自动控制理论模拟前面已经叙述过，用基于经典自动控制理论模拟前面已经叙述过，用基于经典自动控制理论模拟前面已经叙述过，用基于经典自动控制理论模拟PIDPIDPIDPID的数的数的数的数字式恒值温度控制和基于现代控制理

11、论离散型动态规划及最小原理变值字式恒值温度控制和基于现代控制理论离散型动态规划及最小原理变值字式恒值温度控制和基于现代控制理论离散型动态规划及最小原理变值字式恒值温度控制和基于现代控制理论离散型动态规划及最小原理变值温度控制控制，采用中文组态王温度控制控制，采用中文组态王温度控制控制，采用中文组态王温度控制控制，采用中文组态王KingviewKingviewKingviewKingview及与其配套的软及与其配套的软及与其配套的软及与其配套的软PLCPLCPLCPLC语言语言语言语言KingACTKingACTKingACTKingACT为编程语言。为编程语言。为编程语言。为编程语言。l l2

12、 2 2 2、控制算法与软件方案的拓宽、控制算法与软件方案的拓宽、控制算法与软件方案的拓宽、控制算法与软件方案的拓宽 l l（1 1 1 1）控制算法）控制算法）控制算法）控制算法l l（2 2 2 2）编程语言）编程语言）编程语言）编程语言l l（3 3 3 3）设计题目树）设计题目树）设计题目树）设计题目树4.34.3系统硬件设计系统硬件设计4.3.14.3.1 系统组成结构系统组成结构图图图图4-2 4-2 4-2 4-2 加热器加热器加热器加热器IPCIPCIPCIPC控制系统组成结构控制系统组成结构控制系统组成结构控制系统组成结构4.3.2 4.3.2 系统功能划分系统功能划分 1

13、1 1 1、工控机、工控机、工控机、工控机IPCIPCIPCIPC IPCIPCIPCIPC是整个控制系统的核心和大脑。从自动控制理论的角度出发，是整个控制系统的核心和大脑。从自动控制理论的角度出发，是整个控制系统的核心和大脑。从自动控制理论的角度出发，是整个控制系统的核心和大脑。从自动控制理论的角度出发，IPCIPCIPCIPC属于自动运算、属于自动运算、属于自动运算、属于自动运算、调节和控制环节。调节和控制环节。调节和控制环节。调节和控制环节。2 2 2 2、ISAISAISAISA或或或或PCIPCIPCIPCI多功能卡多功能卡多功能卡多功能卡 加热器的加热器的加热器的加热器的IPCIP

14、CIPCIPC控制，既有模拟量控制，又有开关量控制，故要有控制，既有模拟量控制，又有开关量控制，故要有控制，既有模拟量控制，又有开关量控制，故要有控制，既有模拟量控制，又有开关量控制，故要有AIAIAIAI、AOAOAOAO、DIDIDIDI和和和和 DODODODO输入输出点，要选择多功能卡。多功能卡产生输入输出点，要选择多功能卡。多功能卡产生输入输出点，要选择多功能卡。多功能卡产生输入输出点，要选择多功能卡。多功能卡产生TTLTTLTTLTTL级的控制信号。级的控制信号。级的控制信号。级的控制信号。3 3 3 3、通信转换模块及远程模块、通信转换模块及远程模块、通信转换模块及远程模块、通信

15、转换模块及远程模块 由于由于由于由于IPCIPCIPCIPC另外还要控制电梯等对象，控制电梯需要较多的另外还要控制电梯等对象，控制电梯需要较多的另外还要控制电梯等对象，控制电梯需要较多的另外还要控制电梯等对象，控制电梯需要较多的DIDIDIDI、DODODODO点，而点，而点，而点，而多功能多功能多功能多功能 卡上的卡上的卡上的卡上的DIDIDIDI、DODODODO点不够用，故要增设这两个模块及点不够用，故要增设这两个模块及点不够用，故要增设这两个模块及点不够用，故要增设这两个模块及RS232/485RS232/485RS232/485RS232/485通信转换模通信转换模通信转换模通信转换

16、模块，兼块，兼块，兼块，兼 有远程网络控制的功能。有远程网络控制的功能。有远程网络控制的功能。有远程网络控制的功能。4 4 4 4、信号调理模块、信号调理模块、信号调理模块、信号调理模块 5 5 5 5、加热器模块、加热器模块、加热器模块、加热器模块 6 6 6 6、ACACACAC电源和电源和电源和电源和DCDCDCDC电源电源电源电源4.3.3 4.3.3 工控机工控机IPCIPC概述概述 1 1 1 1、IPCIPCIPCIPC硬件硬件硬件硬件 研华公司是国际上最早从事工业计算机和自动化控制器的生产厂商之一研华产品的市场占有研华公司是国际上最早从事工业计算机和自动化控制器的生产厂商之一研

17、华产品的市场占有研华公司是国际上最早从事工业计算机和自动化控制器的生产厂商之一研华产品的市场占有研华公司是国际上最早从事工业计算机和自动化控制器的生产厂商之一研华产品的市场占有率较高率较高率较高率较高。研华研华研华研华主要产品主要产品主要产品主要产品系列有：系列有：系列有：系列有：(1)(1)(1)(1)工业计算机平台工业计算机平台工业计算机平台工业计算机平台(2)(2)(2)(2)电子自动化电子自动化电子自动化电子自动化(3)(3)(3)(3)嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式计算机嵌入式计算机(4)(4)(4)(4)数字视频平台数字视频平台数字视频平台数字视频平台2 2 2 2、IPCIPCI

18、PCIPC软件与组态软件软件与组态软件软件与组态软件软件与组态软件除了可用通用汇编语言、除了可用通用汇编语言、除了可用通用汇编语言、除了可用通用汇编语言、VBVBVBVB和和和和C+C+C+C+语言编程以外，还具有方便用户编程的多语言编程以外，还具有方便用户编程的多语言编程以外，还具有方便用户编程的多语言编程以外，还具有方便用户编程的多实时工业组态软件，而一般实时工业组态软件，而一般实时工业组态软件，而一般实时工业组态软件，而一般IPCIPCIPCIPC工业监控已较少使用前三种语言编程。工业监控已较少使用前三种语言编程。工业监控已较少使用前三种语言编程。工业监控已较少使用前三种语言编程。工业组

19、态软件特点有：工业组态软件特点有：工业组态软件特点有：工业组态软件特点有：(1)(1)(1)(1)内置实时数据库内置实时数据库内置实时数据库内置实时数据库 (2)(2)(2)(2)图形化软图形化软图形化软图形化软PLCPLCPLCPLC语言（梯形图语言（梯形图语言（梯形图语言（梯形图LDLDLDLD和功能块图和功能块图和功能块图和功能块图FBDFBDFBDFBD等）编写非常直观等）编写非常直观等）编写非常直观等）编写非常直观 (3)(3)(3)(3)能高速采样与控制能高速采样与控制能高速采样与控制能高速采样与控制 (4)(4)(4)(4)拥有同其它语言进行通信的软件接口拥有同其它语言进行通信的

20、软件接口拥有同其它语言进行通信的软件接口拥有同其它语言进行通信的软件接口 4.3.4 4.3.4 主控设备选型及配置主控设备选型及配置 l 工控机工控机工控机工控机IPCIPCIPCIPC及其及其及其及其I/OI/OI/OI/O板卡是本课题的主要控制设备板卡是本课题的主要控制设备板卡是本课题的主要控制设备板卡是本课题的主要控制设备。l l1 1 1 1、IPCIPCIPCIPC主机主机主机主机l设备选型设备选型l l(1)(1)(1)(1)选定普通台式选定普通台式选定普通台式选定普通台式IPCIPCIPCIPC。l l(2)(2)(2)(2)具体选具体选具体选具体选IPC-610IPC-610

21、IPC-610IPC-610型。型。型。型。l l(3)(3)(3)(3)全长全长全长全长All-in-One CPUAll-in-One CPUAll-in-One CPUAll-in-One CPU卡选卡选卡选卡选PCA-6187PCA-6187PCA-6187PCA-6187型。型。型。型。l l(4)1(4)1(4)1(4)1个硬盘，个硬盘，个硬盘，个硬盘，1 1 1 1个光驱，个光驱，个光驱，个光驱，1 1 1 1个鼠标，个鼠标，个鼠标，个鼠标，1 1 1 1个键盘，个键盘，个键盘，个键盘，1 1 1 1台台台台17171717英寸彩色显示器。英寸彩色显示器。英寸彩色显示器。英寸彩色

22、显示器。l 2 2 2 2、插入式数据采集控制、插入式数据采集控制、插入式数据采集控制、插入式数据采集控制l l考虑到作为一般的考虑到作为一般的考虑到作为一般的考虑到作为一般的IPCIPCIPCIPC实验和低速数据采集控制工业应用，选用实验和低速数据采集控制工业应用，选用实验和低速数据采集控制工业应用，选用实验和低速数据采集控制工业应用，选用l lPCL-812PGPCL-812PGPCL-812PGPCL-812PG型型型型ISAISAISAISA多功能卡。多功能卡。多功能卡。多功能卡。l l其其其其性能指标性能指标为：为：为：为：l l16161616路路路路12121212位单端模拟量输

23、入位单端模拟量输入位单端模拟量输入位单端模拟量输入AI AI AI AI l l2 2 2 2路路路路12121212位位位位AOAOAOAO输出输出输出输出 l l一个一个一个一个Intel 8253-5Intel 8253-5Intel 8253-5Intel 8253-5型可编程定时器型可编程定时器型可编程定时器型可编程定时器/计数器计数器计数器计数器 l l16161616位数字量输入位数字量输入位数字量输入位数字量输入DIDIDIDI，16161616位数字量输出位数字量输出位数字量输出位数字量输出DODODODOl l连接插座连接插座连接插座连接插座l 3 3 3 3、信号调理模块

24、和端子板、信号调理模块和端子板、信号调理模块和端子板、信号调理模块和端子板 l l(1)PCLD-782(1)PCLD-782(1)PCLD-782(1)PCLD-782型光隔离数字量输入板型光隔离数字量输入板型光隔离数字量输入板型光隔离数字量输入板l l信号调理模块和端子板用于连接主机箱里的信号调理模块和端子板用于连接主机箱里的信号调理模块和端子板用于连接主机箱里的信号调理模块和端子板用于连接主机箱里的PCL-812PGPCL-812PGPCL-812PGPCL-812PG多功能卡。多功能卡。多功能卡。多功能卡。图图图图4-3 PCLD-7824-3 PCLD-7824-3 PCLD-782

25、4-3 PCLD-782型光隔离数字量输入板内部及外部接口电路型光隔离数字量输入板内部及外部接口电路型光隔离数字量输入板内部及外部接口电路型光隔离数字量输入板内部及外部接口电路 l l(2)PCLD-785(2)PCLD-785(2)PCLD-785(2)PCLD-785型继电器输出模块型继电器输出模块型继电器输出模块型继电器输出模块 图图图图4-4 DO04-4 DO04-4 DO04-4 DO0继电器输出通道与继电器输出通道与继电器输出通道与继电器输出通道与PCLD-780PCLD-780PCLD-780PCLD-780型螺旋接线端子板单个通道电路图型螺旋接线端子板单个通道电路图型螺旋接线

26、端子板单个通道电路图型螺旋接线端子板单个通道电路图 l l(3)PCLD-780(3)PCLD-780(3)PCLD-780(3)PCLD-780型螺旋接线端子板型螺旋接线端子板型螺旋接线端子板型螺旋接线端子板 l lPCLD-780PCLD-780PCLD-780PCLD-780型接线端子板具有型接线端子板具有型接线端子板具有型接线端子板具有2 2 2 2套套套套10101010通道连接器，其单个通道的电路图如通道连接器，其单个通道的电路图如通道连接器，其单个通道的电路图如通道连接器，其单个通道的电路图如图图图图4-4b4-4b4-4b4-4bl l所示。所示。所示。所示。l l共有共有共有

27、共有4 4 4 4种设置方式：种设置方式：种设置方式：种设置方式：l l直通连接（工厂出厂设置）直通连接（工厂出厂设置）直通连接（工厂出厂设置）直通连接（工厂出厂设置）R1=0R1=0R1=0R1=0，R2R2R2R2和和和和C C C C取消。取消。取消。取消。l l1.6KHz1.6KHz1.6KHz1.6KHz（3 dB3 dB3 dB3 dB）低通滤波器）低通滤波器）低通滤波器）低通滤波器 R1=10KR1=10KR1=10KR1=10K，C1=0.01FC1=0.01FC1=0.01FC1=0.01F，R2R2R2R2取消。取消。取消。取消。l l10101010比比比比1 1 1

28、1电压衰减器电压衰减器电压衰减器电压衰减器 R1=9R1=9R1=9R1=9，R2=2R2=2R2=2R2=2，C1C1C1C1取消。取消。取消。取消。l l0 0 0 020mA20mA20mA20mA到到到到0 0 0 05V5V5V5V（DCDCDCDC）信号转换器）信号转换器）信号转换器）信号转换器 R1=0R1=0R1=0R1=0，R2=250R2=250R2=250R2=250，C1C1C1C1取消。取消。取消。取消。l l4 4 4 4、远程通信模块和远程控制模块、远程通信模块和远程控制模块、远程通信模块和远程控制模块、远程通信模块和远程控制模块l l(1)(1)(1)(1)通信

29、转换模块通信转换模块通信转换模块通信转换模块l l选取选取选取选取AIAM-4520AIAM-4520AIAM-4520AIAM-4520型光隔离型光隔离型光隔离型光隔离RS232RS232RS232RS232至至至至RS-422/RS-485RS-422/RS-485RS-422/RS-485RS-422/RS-485转换模块。转换模块。转换模块。转换模块。l l(2)(2)(2)(2)远程数字量输入输出模块远程数字量输入输出模块远程数字量输入输出模块远程数字量输入输出模块 l l选取选取选取选取2 2 2 2块块块块AIAM-4050AIAM-4050AIAM-4050AIAM-4050数

30、字量输入输出模块（数字量输入输出模块（数字量输入输出模块（数字量输入输出模块（7 7 7 7点点点点DIDIDIDI，8 8 8 8点点点点DODODODO），输入电压），输入电压），输入电压），输入电压电平电平电平电平0 0 0 0l l30V30V30V30V，8 8 8 8路路路路NPNNPNNPNNPN型晶体管集电极开路数字量输出。型晶体管集电极开路数字量输出。型晶体管集电极开路数字量输出。型晶体管集电极开路数字量输出。4.3.5 4.3.5 系统电气电子原理图设计系统电气电子原理图设计l l一、一、一、一、IPCIPCIPCIPC、I/OI/OI/OI/O插卡、信号调理模块、按钮和指

31、示灯电路的设计插卡、信号调理模块、按钮和指示灯电路的设计插卡、信号调理模块、按钮和指示灯电路的设计插卡、信号调理模块、按钮和指示灯电路的设计l l工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：l l图图图图4-5 4-5 4-5 4-5 微型加热器微型加热器微型加热器微型加热器IPCIPCIPCIPC控制系统电气原理图控制系统电气原理图控制系统电气原理图控制系统电气原理图(略）。略）。略）。略）。l l二、加热器电路的设计二、加热器电路的设计二、加热器电路的设计二、加热器电路的设计l l加热器电路如图加热器电路如图加热器电路如图加热器电路如图4-54-54-54-5所表示。所表示。所表示。所表示。l

32、 l1 1 1 1、加热器的信号输入、加热器的信号输入、加热器的信号输入、加热器的信号输入l l加热器的信号输入端有两个，分别为加热器的信号输入端有两个，分别为加热器的信号输入端有两个，分别为加热器的信号输入端有两个，分别为AIU0AIU0AIU0AIU0和和和和AII0AII0AII0AII0，分别采用，分别采用，分别采用，分别采用工业控制标准工业控制标准电压信号（电压信号（电压信号（电压信号（0 0 0 0l l5V5V5V5V）和电流信号（）和电流信号（）和电流信号（）和电流信号（0 0 0 020mA20mA20mA20mA）两种方式。）两种方式。）两种方式。）两种方式。图图4-5 4

33、-5 微型加热器微型加热器IPCIPC控制系统电气原理图控制系统电气原理图l l2 2 2 2、输入信号放大与槽形电压表指示、输入信号放大与槽形电压表指示、输入信号放大与槽形电压表指示、输入信号放大与槽形电压表指示l输入信号采用单电源运算放大器输入信号采用单电源运算放大器N1AN1A进行放大进行放大 l所用运算放大器所用运算放大器LM358LM358内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿内部有两个独立的、高增益、内部频率补偿的的双运算放大器双运算放大器双运算放大器双运算放大器l电压表电压表PV1PV1为为槽形槽形槽形槽形电压表电压表l稳压二极管稳压二极管VZ1VZ1用于保护表头用于保护表头 l

34、 l3 3 3 3、SG3524SG3524SG3524SG3524型型型型PWMPWMPWMPWM控制芯片介绍控制芯片介绍控制芯片介绍控制芯片介绍l加热元件的加热电阻加热元件的加热电阻R30R30（100100，10W10W）l采用功率管采用功率管V20V20高效脉宽调制方式高效脉宽调制方式高效脉宽调制方式高效脉宽调制方式控制控制 lSG3524SG3524是美国硅通用公司（是美国硅通用公司（SiliconGeneralSiliconGeneral）生产的）生产的 l 端推挽输出式脉宽调制器端推挽输出式脉宽调制器端推挽输出式脉宽调制器端推挽输出式脉宽调制器，工作频率高于，工作频率高于100k

35、Hz100kHz，工作，工作 l 温度为温度为007070，适宜控制，适宜控制100W100W500W500W中功率开关电中功率开关电l 源、加热器和直流电动机等。源、加热器和直流电动机等。lSG3524SG3524采用采用DIP-16DIP-16型封装，其内部结构如型封装，其内部结构如图图4-64-6所示，管脚功能所示，管脚功能:l l引脚引脚引脚引脚1 1 1 1：反相输入，误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反反相输入，误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反l馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚9 9）相连，可构

36、成）相连，可构成l跟随器。跟随器。l l引脚引脚引脚引脚2 2 2 2：同相输入，误差放大器同相输入端。在闭环系统和开环系统中，同相输入，误差放大器同相输入端。在闭环系统和开环系统中，l该端接给定信号。该端接给定信号。l l引脚引脚引脚引脚3 3 3 3 ：振荡器输出，内部振荡器输出。：振荡器输出，内部振荡器输出。l l引脚引脚引脚引脚4 4 4 4 ：限电流（：限电流（+）输入）输入CLSENSECLSENSE，采用电流传感器引入，进行限电流，采用电流传感器引入，进行限电流l保护。保护。l l引脚引脚引脚引脚5 5 5 5 ：限电流（：限电流（-）输入）输入CLSENSECLSENSE，采用

37、电流传感器引入，进行限电流，采用电流传感器引入，进行限电流l保护。保护。l l引脚引脚引脚引脚6 6 6 6 ：振荡器外接电阻。：振荡器外接电阻。l l引脚引脚引脚引脚7 7 7 7 ：振荡器外接定时电容。振荡器频率由外接电阻和电容决定。：振荡器外接定时电容。振荡器频率由外接电阻和电容决定。l l引脚引脚引脚引脚8 8 8 8 ：地：地GNDGND。l l引脚引脚引脚引脚9 9 9 9 ：补偿、外接：补偿、外接RCRC网络，网络，PWMPWM比较器补偿信号输入端。比较器补偿信号输入端。l l引脚引脚引脚引脚10101010 ：通通/断控制：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器断控制：外部关

38、断信号输入端。该端接高电平时控制器l输出被禁止。低电平时，输出为高阻状态。输出被禁止。低电平时，输出为高阻状态。l l引脚引脚引脚引脚11111111 ：内部激励发射极输出。：内部激励发射极输出。l l引脚引脚引脚引脚12121212 ：内部激励集电极输出。：内部激励集电极输出。l l引脚引脚引脚引脚13131313 ：内部激励集电极输出：内部激励集电极输出B B。l l引脚引脚引脚引脚14141414 ：内部激励发射极输出：内部激励发射极输出EMITTER BEMITTER B。l l引脚引脚引脚引脚15151515 ：电源电压：电源电压VINVIN。l l引脚引脚引脚引脚16161616

39、：基准电源电压：基准电源电压VRFVRF，+5V+5V，既可用于内部电路，又可用于外，既可用于内部电路，又可用于外l部电路。部电路。图图4-6 SG35244-6 SG3524型型PWMPWM控制芯片内部原理图控制芯片内部原理图l l4 4 4 4、加热器、加热器、加热器、加热器PWMPWMPWMPWM控制原理控制原理控制原理控制原理l(1)(1)参见图参见图4-54-5。运算放大器。运算放大器N1AN1A的输出端，经的输出端，经R25R25R25R25、R24R24R24R24同同R26R26R26R26分分l压压SG3524SG3524脚脚脚脚16161616提供的基准电源提供的基准电源+

40、5V+5V，而后接至，而后接至PWMPWM控制芯片控制芯片SG3524SG3524l的的脚脚脚脚2 2 2 2（误差放大器同相输入端）。脚（误差放大器同相输入端）。脚1 1（误差放大器反向输入端（误差放大器反向输入端l）和）和脚脚脚脚9 9 9 9（补偿、外接（补偿、外接RCRC网络端）进行短接，使得内部误差放大器变成网络端）进行短接，使得内部误差放大器变成l射跟随器形式。射跟随器形式。脚脚脚脚2 2 2 2实际上就是自动控制给定输入端，在此，我们仅对实际上就是自动控制给定输入端，在此，我们仅对lPWMPWM控制芯片采用模拟式开环控制方式，但是就加热器温度大反馈控制控制芯片采用模拟式开环控制方

41、式，但是就加热器温度大反馈控制l而言，而言，PWMPWM控制芯片作为控制电器，不过是整个温度控制芯片作为控制电器，不过是整个温度闭环控制系统的一闭环控制系统的一闭环控制系统的一闭环控制系统的一l l个执行环节个执行环节个执行环节个执行环节。l(2)(2)振荡器振荡器脚脚脚脚7 7 7 7须外接电容，须外接电容，脚脚脚脚6 6 6 6须外接电阻。振荡器频率由外接电阻和电须外接电阻。振荡器频率由外接电阻和电l容决定。本设计开关频率设定为容决定。本设计开关频率设定为0.5Hz0.5Hz，可取，可取C=20FC=20F，R=130kR=130k。振荡器。振荡器l的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双

42、稳态触发器及两个或非门；的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；l另一路以锯齿波形式送至另一路以锯齿波形式送至PWMPWM比较器的同相端，比较器的反向端接误差放比较器的同相端，比较器的反向端接误差放l大器的输出。大器的输出。l(3)(3)误差放大器的输出与锯齿波电压在误差放大器的输出与锯齿波电压在PWMPWM比较器中进行比较，从而在比较器中进行比较，从而在PWMPWM比比l较较器器的的输输出出端端出出现现一一个个随随误误差差放放大大器器输输出出电电压压高高低低而而改改变变宽宽度度的的方方波波脉脉冲冲，此此方方波波脉脉冲冲经经过过RSRS双双稳稳态态触触发发器器A A送送

43、到到两两个个或或非非门门的的输输入入端端。每每个个或或非非门门的的另另两两个个输输入入端端分分别别为为振振荡荡器器输输出出方方波波电电压压和和另另一一个个触触发发器器B B的的Q Q端端（两两个个或或非非门门分分别别接接Q Q正正端端和和反反端端）。触触发发器器B B的的两两个个输输出出端端互互补补，交交替替输输出出高高低低电电平平，其其作作用用是是将将PWMPWM脉脉冲冲交交替替送送至至两两个个三三极极管管V1V1及及V2V2的的基基极极，使使得得推推挽挽输输出出对对管管交交替替输输出出脉脉冲冲宽宽度度调调制制波波，两两者者相相位位相相差差180180。当当输输出出对对管管并并联联应用时，其

44、输出脉冲的占空比为应用时，其输出脉冲的占空比为0 09090；l当输出对管分开使用时，输出脉冲的占空比为当输出对管分开使用时，输出脉冲的占空比为0 04545。l(4)(4)本本设设计计不不用用电电流流反反馈馈，将将脚脚脚脚4 4 4 4 限限电电流流 （）输输入入 和和脚脚脚脚5555限限电电流流 （）输输入入 接接地地。通通/断控制（脚断控制（脚1010）悬空。）悬空。l(5)(5)用用中中功功率率管管V20V20（80508050型型）的的开开关关工工作作方方式式控控制制加加热热电电阻阻R R3030（100100，10W10W）的的通通断断。易易算算得得流流过过加加热热电电阻阻R R3

45、030的的最最大大电电流流为为I Imax=180mAmax=180mA。不不妨妨设设功功率率管管V20V20的的放放大大倍倍数数=60=60，则则PWMPWM控控制制芯芯片片双双输输出出晶晶体体管管（也也处处于于开开关关工工作作方方式式）外外接接集集电电极极电电阻阻R R2828的的最最大大电电流流大大约约为为6mA 6mA，而每个晶体管的集电极电流为，而每个晶体管的集电极电流为3 mA 3 mA。易算得。易算得R R2828大约大约2k2k，就取，就取R R28=2k28=2k。l(6)(6)本本系系统统不不存存在在控控制制死死区区问问题题。当当控控制制信信号号输输入入端端AIU0AIU0

46、从从0 01 1变变化化时时，PWMPWM控控制制芯芯片片给给定定输输入入端端（脚脚脚脚2 2 2 2）信信号号就就立立即即变变化化，使使得得推推挽挽输输出出管管的的通通断断情情况况产产生生变变化化，进进而而使使得得加加热热电阻的发热情况产生变化。电阻的发热情况产生变化。l(7)(7)如此，当加热器实际温度低于设定温度时，经过如此，当加热器实际温度低于设定温度时，经过IPCIPC根据某一根据某一l自动控制算法运算后，自动控制算法运算后，IPCIPC送出的送出的AOAO信号上升，运算放大器信号上升，运算放大器N1AN1A输输l出信号随之上升，出信号随之上升，PWMPWM控制芯片给定输入端信号也随

47、之上升，输出控制芯片给定输入端信号也随之上升，输出l的脉冲宽度随之增大，使得加热功率管的导通时间延长，加热功的脉冲宽度随之增大，使得加热功率管的导通时间延长，加热功l率增大，实际温度上升，如此等等。率增大，实际温度上升，如此等等。l l5 5 5 5、测温传感器、测温传感器、测温传感器、测温传感器AD590AD590AD590AD590介绍介绍介绍介绍l lAD590AD590AD590AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流

48、源。它的l l主要特性如下：主要特性如下：主要特性如下：主要特性如下：l(1)(1)电流电流电流电流在数值上等于器件所处环境的热力学温度（开尔在数值上等于器件所处环境的热力学温度（开尔 l文）度数，单位为文）度数，单位为AA；TkTk热力学温度，单位为热力学温度，单位为K K。l(2)AD590(2)AD590的的测温范围测温范围测温范围测温范围为为-55-55+150+150。l(3)AD590(3)AD590的的电源电压电源电压电源电压电源电压范围为范围为4V4V30V30V。AD590AD590可以承受可以承受44V44V正向电正向电l压和压和20V20V反向电压，因而器件反接也不会被损

49、坏。反向电压，因而器件反接也不会被损坏。l(4)(4)精度高精度高精度高精度高：AD590AD590共有共有I I、J J、K K、L L、M M五档，其中五档，其中M M档精度最高，档精度最高，l在在-55-55+150+150范围内，非线性误差为范围内，非线性误差为0.30.3。l l6 6 6 6、加热器测温电路、加热器测温电路、加热器测温电路、加热器测温电路l(1)(1)由于所选用的由于所选用的AD590AD590为为电流型器件电流型器件电流型器件电流型器件，所用电源电压为，所用电源电压为12V12V，故考虑用，故考虑用AD590AD590与一个电阻与一个电阻R R3131=10 k=

50、10 k相串联，另一端接地（如图相串联，另一端接地（如图4-54-5所示所示),),温度为温度为00时，可时，可算得算得U UB B =2.73V=2.73V；温度为；温度为100100时，时，U UB B =3.73V=3.73V。l(2)(2)设置零点调节电阻的目的设置零点调节电阻的目的设置零点调节电阻的目的设置零点调节电阻的目的是当温度为是当温度为00时，使得测温电路的输出，亦即时，使得测温电路的输出，亦即运算放大器运算放大器N1BN1B的输出为的输出为0V0V。l(3)(3)反馈电阻与反相输入电阻的计算。反馈电阻与反相输入电阻的计算。l(4)(4)设置扰动开关设置扰动开关设置扰动开关设