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PWM占空比趨勢(shì)測(cè)量可快速分析電機(jī)運(yùn)行異常
發(fā)布時(shí)間:2017-06-14 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】 對(duì)于電機(jī)控制來(lái)說(shuō),占空比是一項(xiàng)直接影響控制精度的關(guān)鍵參數(shù),而如何快速分析出占空比變化的趨勢(shì),正是分析這一問(wèn)題的核心。只要有了占空比變化趨勢(shì)曲線,電機(jī)異常運(yùn)行的原因自然就浮出水面。
1、 PWM占空比概述
脈沖寬度調(diào)制(PWM)是一種對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用,方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的,因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻,滿幅值的直流供電要么完全有(ON),要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候,斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠,任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。而占空比就是高電平持續(xù)時(shí)間與整個(gè)周期時(shí)間的比值,占空比越大,高電平持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng),模擬電路開通的時(shí)間就越長(zhǎng),如圖1所示。
圖1.占空比含義
2、 什么是占空比趨勢(shì)測(cè)量?
要測(cè)量占空比趨勢(shì)首先要測(cè)量占空比,占空比測(cè)量方法是使用超高速ADC采樣PWM波形,然后通過(guò)可編程邏輯器件FPGA測(cè)量高電平脈寬t和周期T計(jì)算出占空比。占空比趨勢(shì)測(cè)量則是對(duì)每一個(gè)PWM波的占空比測(cè)量并存儲(chǔ)下來(lái),最后顯示在屏幕上,如圖2所示。一個(gè)PWM波對(duì)應(yīng)一個(gè)占空比值,顯示在屏幕上并且連線,這樣就可以很直觀的看到所有PWM波形的占空比變化趨勢(shì)。
圖2.占空比趨勢(shì)測(cè)量
示波器的存儲(chǔ)深度對(duì)占空比趨勢(shì)測(cè)量影響很大,所謂趨勢(shì)趨勢(shì),即是長(zhǎng)時(shí)間的變化動(dòng)向,如果存儲(chǔ)深度小,那么所記錄的時(shí)間就很短,采樣的波形也就很少,對(duì)于分析趨勢(shì)就沒(méi)有意義。目前ZDS4000系列示波器存儲(chǔ)深度高達(dá)512Mpts,可以在高采樣率下存儲(chǔ)數(shù)十秒的波形,比較適合分析信號(hào)變化趨勢(shì)。
3、 實(shí)例應(yīng)用與分析
某使用PWM波形驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)在加速過(guò)程中存在微小抖動(dòng)情況,觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速波形如圖3所示,開始加速后大約在3.6秒轉(zhuǎn)速出現(xiàn)一個(gè)下拉動(dòng)作。電機(jī)PWM調(diào)速原理是通過(guò)改變接通脈沖的寬度,使直流電機(jī)電樞上電壓的占空比改變,從而改變電樞電壓的平均值,控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此基本可以確定這個(gè)轉(zhuǎn)速下拉動(dòng)作是由于PWM波占空比出現(xiàn)異常引起的。
圖3.電機(jī)轉(zhuǎn)速異常
為了確定具體的問(wèn)題,使用ZDS4000系列示波器采樣電機(jī)啟動(dòng)后的PWM波形,設(shè)置為單次上升沿觸發(fā),采樣時(shí)間大概為7秒,波形如圖4所示,由于采樣的時(shí)間長(zhǎng),波形多,完全是密密麻麻,什么細(xì)節(jié)都看不到,開啟測(cè)量和統(tǒng)計(jì)功能,可以看到信號(hào)周期、頻率、占空比Current、Max、Min和相關(guān)計(jì)算值,但是還是找不到異常的占空比波形。
圖4.PWM波形和測(cè)量
這個(gè)時(shí)候用ZDS4000系列示波器新開發(fā)獨(dú)特的占空比趨勢(shì)測(cè)量功能,將每一個(gè)PWM波的占空比顯示在屏幕上,點(diǎn)擊示波器數(shù)學(xué)運(yùn)算Math按鍵,模式選擇趨勢(shì)圖,類型選擇占空比,示波器會(huì)自動(dòng)檢測(cè)PWM波的周期和閾值,無(wú)需過(guò)多設(shè)置,就可以快速出波形,波形如圖5所示。屏幕上除了通道1,還多了MATH通道,顏色為紫色,MATH通道顯示的即是占空比趨勢(shì),可以看到占空比緩慢遞增后大約在屏幕中間位置出現(xiàn)了異常。和通道1一樣,MATH通道也可以調(diào)節(jié)垂直檔位和偏移。
圖5.占空比趨勢(shì)波形
定位到占空比異常位置后,開啟示波器縮放模式下ZOOM多窗口顯示功能,對(duì)信號(hào)進(jìn)行局部放大,如圖6所示,可以清晰的看到占空比異常的細(xì)節(jié),同時(shí)開啟對(duì)ZOOM1窗口數(shù)據(jù)的測(cè)量和統(tǒng)計(jì),可以看到占空比從正常的59.62%變?yōu)?.99%左右。
圖6.ZOOM模式放大
ZDS4000系列示波器不僅僅可以分析占空比趨勢(shì),還可以分析周期和頻率變化趨勢(shì),結(jié)合強(qiáng)大的測(cè)量功能。
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