專利名稱：一種直流電機(jī)飛輪慣量檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于エ業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種電路，特別涉及ー種直流電機(jī)飛輪慣量檢測(cè)電路，適用于要求在線檢測(cè)直流電機(jī)飛輪慣量的場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
直流電機(jī)是機(jī)械設(shè)備控制中的基礎(chǔ)性執(zhí)行元件，用途廣泛，電機(jī)的飛輪慣量對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的性能影響很大，若能在線檢測(cè)電機(jī)飛輪慣量，對(duì)系統(tǒng)中的控制參數(shù)進(jìn)行自整定，能大幅提高控制性能。目前獲取飛輪慣量的常用方法有對(duì)直流電機(jī)反復(fù)多次進(jìn)行恒流升速實(shí)驗(yàn)，由檢測(cè)多組不同電流設(shè)定值下的恒流升速階段的加速度，經(jīng)計(jì)算獲取飛輪慣量； 以及基于最小二乗法、單純形法等復(fù)雜算法的其他辨識(shí)方法等，但這些方法都需具有高速計(jì)算能力的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)設(shè)備支持，有的難以在實(shí)踐中應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出給他勵(lì)或永磁式直流電機(jī)的電樞施加正負(fù)對(duì)稱的方波電壓，利用轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量與飛輪慣量的間關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量進(jìn)而獲取電機(jī)飛輪慣量的ー種直流電機(jī)飛輪慣量檢測(cè)電路。本實(shí)用新型包括直流電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路和信號(hào)處理電路。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路包括直流電機(jī)Ml、聯(lián)軸器LZ、測(cè)速機(jī)TG1、上測(cè)速電阻R1、下測(cè)速電阻R2、測(cè)速濾波電容C3、隔直電容C4 ;直流電機(jī)Ml的電樞正端A+與外部輸入的電樞供電正端Ud+連接，直流電機(jī)Ml的電樞負(fù)端A-與外部輸入的電樞供電負(fù)端Ud-連接，直流電機(jī)Ml的電機(jī)軸MZ與聯(lián)軸器LZ的一端連接，聯(lián)軸器LZ的另一端與測(cè)速機(jī)TGl的測(cè)速機(jī)軸TZ連接，測(cè)速機(jī)TGl的正輸出端a+與上測(cè)速電阻Rl的一端連接，測(cè)速機(jī)TGl的負(fù)輸出端a-接地，上測(cè)速電阻Rl的另一端與下測(cè)速電阻R2的一端、測(cè)速濾波電容C3的一端、隔直電容C4的一端連接，下測(cè)速電阻R2的另一端、測(cè)速濾波電容C3的另一端接地，隔直電容C4的另一端與有效值芯片ICl的第一輸入端INl相連接；信號(hào)處理電路包括有效值芯片ICl、運(yùn)放IC2、乘法器IC3、正電源電容Cl、負(fù)電源電容C2、輸出濾波電容C5、上分壓電阻R3、下分壓電阻R4、輸入電阻R5、反饋電阻R6 ;有效值芯片ICl的正電源端V+、運(yùn)放IC2的正電源端+V、乘法器IC3的正電源端+V均與外部輸入的正電源端VCC相連接，正電源電容Cl的正端與外部輸入的正電源端VCC相連接，負(fù)電源電容C2的負(fù)端與外部輸入的負(fù)電源端VSS相連接，正電源電容Cl的負(fù)端、負(fù)電源電容C2的正端接地；有效值芯片ICl的地端GND、第二輸入端IN2、使能端/EN、差分輸出端OUTRTN均接地，有效值芯片ICl的輸出端OUT與輸出濾波電容C5的一端、乘法器IC3的正X輸入端Xl相連接，輸出濾波電容C5的另一端接地，運(yùn)放IC2的負(fù)電源端-V、乘法器IC3的負(fù)電源端-V均與外部輸入的負(fù)電源端VSS相連接，運(yùn)放IC2的正輸入端+IN端接地，運(yùn)放IC2的負(fù)輸入端-IN與輸入電阻R5的一端、反饋電阻R6的一端相連接,輸入電阻R5的另一端與上分壓電阻R3的一端、下分壓電阻R4的一端連接,上分壓電阻R3的另一端與外部輸入的正電源端VCC端連接，下分壓電阻R4的另一端接地，反饋電阻R6的另一端與乘法器IC3的輸出端OUT連接，運(yùn)放IC2的輸出端OUT與乘法器IC3的負(fù)Y輸入端Y2、本電路的最終輸出端Uout端連接，乘法器IC3的正Y輸入端Y1、負(fù)X輸入端X2、偏置端Z均接地。本實(shí)用新型的有益效果如下本實(shí)用新型給他勵(lì)或永磁式直流電機(jī)的電樞施加正負(fù)對(duì)稱的方波電壓，利用轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量與飛輪慣量的間關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量及運(yùn)算后進(jìn)而獲取電機(jī)飛輪慣量參數(shù)，該方法可靠性高、成本低、通用性強(qiáng)。

圖I為本實(shí)用新型的電路圖；圖2為本實(shí)用新型電路中的電機(jī)電壓、電流、轉(zhuǎn)速波形圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步說(shuō)明。如圖I所示，ー種直流電機(jī)飛輪慣量檢測(cè)電路，包括直流電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路和彳目號(hào)處理電路。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路包括直流電機(jī)Ml、聯(lián)軸器LZ、測(cè)速機(jī)TG1、上測(cè)速電阻R1、下測(cè)速電阻R2、測(cè)速濾波電容C3、隔直電容C4 ;直流電機(jī)Ml的電樞正端A+與外部輸入的電樞供電正端Ud+連接，直流電機(jī)Ml的電樞負(fù)端A-與外部輸入的電樞供電負(fù)端Ud-連接，直流電機(jī)Ml的電機(jī)軸MZ與聯(lián)軸器LZ的一端連接，聯(lián)軸器LZ的另一端與測(cè)速機(jī)TGl的測(cè)速機(jī)軸TZ連接，測(cè)速機(jī)TGl的正輸出端a+與上測(cè)速電阻Rl的一端連接，測(cè)速機(jī)TGl的負(fù)輸出端a-接地，上測(cè)速電阻Rl的另一端與下測(cè)速電阻R2的一端、測(cè)速濾波電容C3的一端、隔直電容C4的一端連接，下測(cè)速電阻R2的另一端、測(cè)速濾波電容C3的另一端接地，隔直電容C4的另一端與有效值芯片ICl的第一輸入端INl相連接；信號(hào)處理電路包括有效值芯片IC1、運(yùn)放IC2、乘法器IC3、正電源電容Cl、負(fù)電源電容C2、輸出濾波電容C5、上分壓電阻R3、下分壓電阻R4、輸入電阻R5、反饋電阻R6 ;有效值芯片ICl的正電源端V+、運(yùn)放IC2的正電源端+V、乘法器IC3的正電源端+V均與外部輸入的正電源端VCC相連接，正電源電容Cl的正端與外部輸入的正電源端VCC相連接，負(fù)電源電容C2的負(fù)端與外部輸入的負(fù)電源端VSS相連接，正電源電容Cl的負(fù)端、負(fù)電源電容C2的正端接地；有效值芯片ICl的地端GND、第二輸入端IN2、使能端/EN、差分輸出端OUTRTN均接地，有效值芯片ICl的輸出端OUT與輸出濾波電容C5的一端、乘法器IC3的正X輸入端Xl相連接，輸出濾波電容C5的另一端接地，運(yùn)放IC2的負(fù)電源端-V、乘法器IC3的負(fù)電源端-V均與外部輸入的負(fù)電源端VSS相連接，運(yùn)放IC2的正輸入端+IN端接地，運(yùn)放IC2的負(fù)輸入端-IN與輸入電阻R5的一端、反饋電阻R6的一端相連接,輸入電阻R5的另一端與上分壓電阻R3的一端、下分壓電阻R4的一端連接,上分壓電阻R3的另一端與外部輸入的正電源端VCC端連接，下分壓電阻R4的另一端接地，反饋電阻R6的另一端與乘法器IC3的輸出端OUT連接，運(yùn)放IC2的輸出端OUT與乘法器IC3的負(fù)Y輸入端Y2、本電路的最終輸出端Uout端連接，乘法器IC3的正Y輸入端Y1、負(fù)X輸入端X2、偏置端Z均接地。如圖2所示，為本實(shí)用新型電路中的直流電機(jī)Ml電壓、電流、轉(zhuǎn)速波形圖，其中的&是施加給直流電機(jī)Ml電樞的正負(fù)對(duì)稱的方波電壓，該方波的周期為Γ (對(duì)應(yīng)的頻率為/ =1/7)，峰值為仏。Y是電機(jī)的電樞電流脈動(dòng)波形，當(dāng)方波電壓的周期小于電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)的五分之一吋，i是正三角波，其周期也是r，峰值為
Δ4。η是直流電機(jī)Ml的轉(zhuǎn)速脈動(dòng)波形，其周期也是Λ峰值為かん。本實(shí)用新型所使用的包括測(cè)速機(jī)TGl、有效值芯片ICl、運(yùn)放IC2、乘法器IC3等在內(nèi)的所有器件 均采用現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品，可以通過(guò)市場(chǎng)取得。例如測(cè)速機(jī)采用ZYS系列永磁直流測(cè)試發(fā)電機(jī)，有效值芯片采用LTC1968，運(yùn)放采用TLC2654，乘法器采用AD633等。本實(shí)用新型中的主要電路參數(shù)及輸入輸出關(guān)系如圖I、圖2所示電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路的輸入輸出關(guān)系如式(I)所示，其中的UOl為測(cè)速機(jī)電
路的輸出電壓信號(hào)(V)，kぬ是測(cè)速機(jī)TGl的變換系數(shù)(V/rpm);如式(2)所示，K是速度-電壓變換系數(shù)(V/rpm);式(3)是有效值芯片輸出信號(hào)的關(guān)系式，其中的u02為有效值芯片ICl的輸出電壓信號(hào)(V)，K是直流電機(jī)Ml電樞電壓方波的峰值(V)，4是電機(jī)電樞電感(H)，/是電機(jī)電樞電壓方波的頻率(Hz)，Ce是電機(jī)的電勢(shì)系數(shù)(V/rpm);如式(4)所示，GD2是飛輪慣量(Nm2)，kg￡是慣量-電壓系數(shù)(V. Nm2);式(5)是偏置信號(hào)&的表達(dá)式，其中的VCC是正電源電壓(V);式(6)、式(7)分別是本實(shí)用新型電路的穩(wěn)態(tài)輸出信號(hào)び0訪與飛輪慣量GD2間的關(guān)系式及其系數(shù);！的表達(dá)式，其中的》 。、GD2mk分別是輸出信號(hào)Dbw的最大值、被測(cè)的飛輪慣量GD2的最大值；式(8)、式(9)是輸入電阻R5、反饋電阻R6及偏置電壓5間的參數(shù)配合公式與約束關(guān)系。這樣，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)飛輪慣量的在線檢測(cè)。
權(quán)利要求1.ー種直流電機(jī)飛輪慣量檢測(cè)電路，包括直流電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路和信號(hào)處理電路，其特征在于 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路包括直流電機(jī)Ml、聯(lián)軸器LZ、測(cè)速機(jī)TGl、上測(cè)速電阻R1、下測(cè)速電阻R2、測(cè)速濾波電容C3、隔直電容C4 ;直流電機(jī)Ml的電樞正端A+與外部輸入的電樞供電正端Ud+連接，直流電機(jī)Ml的電樞負(fù)端A-與外部輸入的電樞供電負(fù)端Ud-連接，直流電機(jī)Ml的電機(jī)軸MZ與聯(lián)軸器LZ的一端連接，聯(lián)軸器LZ的另一端與測(cè)速機(jī)TGl的測(cè)速機(jī)軸TZ連接，測(cè)速機(jī)TGl的正輸出端a+與上測(cè)速電阻Rl的一端連接，測(cè)速機(jī)TGl的負(fù)輸出端a-接地，上測(cè)速電阻Rl的另一端與下測(cè)速電阻R2的一端、測(cè)速濾波電容C3的一端、隔直電容C4的一端連接，下測(cè)速電阻R2的另一端、測(cè)速濾波電容C3的另一端接地，隔直電容C4的另一端與有效值芯片ICl的第一輸入端INl相連接； 信號(hào)處理電路包括有效值芯片ICl、運(yùn)放IC2、乘法器IC3、正電源電容Cl、負(fù)電源電容C2、輸出濾波電容C5、上分壓電阻R3、下分壓電阻R4、輸入電阻R5、反饋電阻R6 ;有效值芯片ICl的正電源端V+、運(yùn)放IC2的正電源端+V、乘法器IC3的正電源端+V均與外部輸入的正電源端VCC相連接，正電源電容Cl的正端與外部輸入的正電源端VCC相連接，負(fù)電源電容C2的負(fù)端與外部輸入的負(fù)電源端VSS相連接，正電源電容Cl的負(fù)端、負(fù)電源電容C2的正端接地；有效值芯片ICl的地端GND、第二輸入端IN2、使能端/EN、差分輸出端OUTRTN均接地，有效值芯片ICl的輸出端OUT與輸出濾波電容C5的一端、乘法器IC3的正X輸入端Xl相連接，輸出濾波電容C5的另一端接地，運(yùn)放IC2的負(fù)電源端-V、乘法器IC3的負(fù)電源端-V均與外部輸入的負(fù)電源端VSS相連接，運(yùn)放IC2的正輸入端+IN端接地，運(yùn)放IC2的負(fù)輸入端-IN與輸入電阻R5的一端、反饋電阻R6的一端相連接,輸入電阻R5的另一端與上分壓電阻R3的一端、下分壓電阻R4的一端連接，上分壓電阻R3的另一端與外部輸入的正電源端VCC端連接，下分壓電阻R4的另一端接地，反饋電阻R6的另一端與乘法器IC3的輸出端OUT連接，運(yùn)放IC2的輸出端OUT與乘法器IC3的負(fù)Y輸入端Y2、本電路的最終輸出端Uout端連接，乘法器IC3的正Y輸入端Y1、負(fù)X輸入端X2、偏置端Z均接地。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種直流電機(jī)飛輪慣量檢測(cè)電路。本實(shí)用新型包括直流電機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量檢測(cè)電路和信號(hào)處理電路，具體包括直流電機(jī)M1、聯(lián)軸器LZ、測(cè)速機(jī)TG1、上測(cè)速電阻R1、下測(cè)速電阻R2、測(cè)速濾波電容C3、隔直電容C4、有效值芯片IC1、運(yùn)放IC2、乘法器IC3、正電源電容C1、負(fù)電源電容C2、輸出濾波電容C5、上分壓電阻R3、下分壓電阻R4、輸入電阻R5、反饋電阻R6；聯(lián)軸器LZ的兩端分別接直流電機(jī)M1的電機(jī)軸MZ、測(cè)速機(jī)TG1的測(cè)速機(jī)軸TZ，上測(cè)速電阻R1與下測(cè)速電阻R2連接，有效值芯片IC1第一輸入端IN1與隔直電容C4連接。本實(shí)用新型通用性強(qiáng)、性價(jià)比高。
文檔編號(hào)G01M1/10GK202661228SQ20122033669
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者陳德傳, 盧玲 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)