專利名稱：直流電機速度控制裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流電機速度閉環(huán)控制裝置和方法。
背景技術：
目前，公知的直流電機速度控制必須采用閉環(huán)反饋控制方式才能獲得速度控制 性能，通過控制器產(chǎn)生速度控制信號從而為直流電機速度提供精確調節(jié)。閉環(huán)控制 需要專門用于檢測速度的傳感器，如利用機械、光電、電磁、激光等原理制成的模 擬或數(shù)字測速傳感器。在直流電機速度控制裝置中，使用這些測速傳感器加缺陷是-1、工程實際中沒有預留傳感器安裝的空間或位置，導致安裝困難。2、結構復雜， 導致傳感器反饋信號的傳送困難，使速度控制性能不佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述現(xiàn)有技術的問題，提供了一種不用速度反饋傳感器 的直流電機速度控制裝置，本發(fā)明另一方面是提供一種檢測和控制直流電機速度的 方法。
本發(fā)明中直流電機速度控制裝置采用的技術方案是包括串接在直流電機電樞 回路中的速度確定單元、速度確定單元連接控制器，速度指令信號輸入控制器，在 速度確定單元和控制器之間串接能量提供單元。
本發(fā)明中直流電機速度控制方法采用的技術方案是先通過速度確定單元確定 直流電機的轉速，將直流電機的該速度反饋信號輸入控制器，再通過控制器將輸入 的速度指令信號和速度反饋信號進行比較產(chǎn)生速度誤差信號，由控制器對速度誤差 信號進行運算和比較產(chǎn)生直流電機的速度控制信號，最后能量提供單元根據(jù)控制器 的速度控制信號對直流電機提供能量，使直流電機按照速度指令信號要求的轉速運 行。
本發(fā)明的有益效果是直流電機速度控制時不需要在裝置中安裝速度反饋傳感 器便可實現(xiàn)速度反饋閉環(huán)控制，節(jié)省安裝空間和安裝工藝步驟，可改善直流電機速 度控制的靜態(tài)性能和動態(tài)特性。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。 圖1是本發(fā)明中直流電機速度控制裝置的結構方框圖； 圖2是本發(fā)明中直流電機速度控制方法的運行流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，將速度確定單元110串接在直流電機100電樞回路中的，速度確
定單元no由第一減法器112并接在電阻器in的兩端，電阻器iii連接直流電機
100，第一減法器112的輸出依次串接第一乘法器113、第二減法器114和第二乘法 器115。其中，電阻器111基于直流電機100電樞繞組中的電流可取得其兩端的電壓
信號。第一減法器112是對電阻器111兩端電壓^和^相減得到電壓差值信號。第 一乘法器113是對電壓差值信號乘以比例系數(shù)，該乘法器的比例系數(shù)為《。，比例系 數(shù)《。是基于如下公式來確定的 《。=及, /及
式中，i m表示直流電機100電樞繞組的電阻值，i 表示電阻器111的電阻值， 由此確定直流電機100電樞電流和電樞繞組上的電壓降。第二減法器114是將電阻 器111其中一端電壓J^減去第一乘法器113的輸出信號，獲得的差值信號就能確定 反電動勢的信號；這是因為直流電機100的反電動勢大小跟轉速成正比。第二乘法 器115是對反電動勢乘以比例系數(shù)&就能確定直流電機100的速度反饋信號，比例
系數(shù)《4為直流電機100反電動勢和轉速之間的增益系數(shù)，該比例系數(shù)由直流電機結 構特征所決定，具體大小通過實驗測試獲得。
通過電阻器111兩端電壓Fi和&，根據(jù)下列公式確定直流電機100轉速為n時 的電壓反饋信號。<formula>formula see original document page 5</formula>
因此，速度確定單元iio的功能是根據(jù)電阻器111兩端的電壓先測量直流電機 ioo電樞繞組中的電壓，計算出直流電機ioo電樞回路中的電樞電流，根據(jù)電樞兩端的電壓和電樞電流確定直流電機100運行時的電樞電流和反電動勢，然后再確定直
流電機的運行速度。
將速度確定單元110連接控制器130,控制器130由第一比較器131、積分器 132和第二比較器134串聯(lián)在一起，將第二乘法器115的輸出端分別接入第一比較器 131和通過反饋比例器133接入第二比較器134;速度指令信號連接第一比較器131。 其中，第一比較器131將輸入速度指令信號和從速度確定單元110輸出的速度反饋 信號進行比較，產(chǎn)生速度誤差信號。積分器132考對第一比較器131輸出的速度誤
差信號進行積分并乘以積分控制系數(shù)《。反饋比例器133是對速度反饋信號乘以反
饋比例系數(shù)尺d。這兩個控制系數(shù)與能量提供單元和被控對象參數(shù)有關，公知的方法
仍然是采用試湊法進行調整。第二比較器134是對積分器132輸出信號和反饋比例 器133輸出信號進行比較，產(chǎn)生速度控制信號，控制能量提供單元120向直流電機 100提供適當?shù)哪芰俊?br> 因此，控制器130的功能是將速度指令信號和速度反饋信號進行比較產(chǎn)生誤差 信號，然后由積分器132對誤差信號進行積分運算并乘以積分控制系數(shù)，積分器132 輸出信號和反饋比例器133的輸出信號進行比較產(chǎn)生控制信號。
在速度確定單元110和控制器130之間串接能量提供單元120，能量提供單元 120是連接在第二比較器134上，速度指令信號輸入控制器130且連接第一比較器 131。能量提供單元120是根據(jù)速度控制器130輸出的控制信號，對直流電機100適 時提供適當?shù)哪芰?，驅動直流電機100以一定的速度運行。
本發(fā)明直流電機的閉環(huán)控制方法是先通過速度確定單元110確定直流電機 100的轉速，將直流電機100的該速度反饋信號輸入控制器130，再通過控制器130 將輸入的速度指令信號和速度反饋信號進行比較產(chǎn)生速度誤差信號，由控制器！30 對速度誤差信號進行運算和比較產(chǎn)生直流電機100的速度控制信號，最后由能量提 供單元120根據(jù)控制器130的速度控制信號對直流電機00提供能量，使直流電機 100按照速度指令信號要求的轉速運行。
如圖2,本發(fā)明控制方法具體運行步驟是-
首先，操作210步驟，通過電阻器111檢測直流電機100電樞回路電阻器111 兩端電壓，在操作220中，由第一減法器112、第一乘法器113根據(jù)電阻器111兩端 電壓和電阻值計算電樞電流；在操作230中，由第二減法器H4通過電樞電流計算
反電動勢；在操作240中，通過第二乘法器115對反電動勢乘以比例系數(shù)《6確定直
流電機100的轉速，獲得速度反饋信號送到控制器130。
得到直流電機100的轉速反饋信號后，在操作250中，通過控制器130中的第 一比較器131將速度指令信號作為參考速度信號和反饋速度信號進行比較產(chǎn)生速度 誤差信號；在操作260中，由積分器132對速度誤差信號進行積分并乘以積分控制
系數(shù)尺,.；在操作270中，由反饋比例器133將反饋速度信號乘以反饋比例系數(shù)&;
在操作280中，由第二比較器134將積分器132的輸出信號和反饋比例器133的輸 出信號再次進行比較產(chǎn)生控制信號；最后，在操作290中，由速度控制信號控制能 量提供單元120驅動電直流機100運轉。
權利要求
1. 一種直流電機速度控制裝置，包括串接在直流電機(100)電樞回路中的速度確定單元(110)、速度確定單元(110)連接控制器(130)，速度指令信號輸入控制器(130)，其特征是在速度確定單元(110)和控制器(130)之間串接能量提供單元(120)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的直流電機速度控制裝置，其特征是所述速度確定 單元(110)由第一減法器(112)并接在電阻器(111)的兩端，第一減法器(112) 的輸出依次串接第一乘法器(113)、第二減法器(114)和第二乘法器(115);所述 控制器(130)由第一比較器(131)、積分器(132)和第二比較器(134)串聯(lián)在一 起，將第二乘法器(115)的輸出端分別接入第一比較器(131)和通過反饋比例器(133) 接入第二比較器(134);速度指令信號連接第一比較器(131)，第二比較器(134) 連接能量提供單元(120)。
3. —種直流電機速度控制方法，其特征是先通過速度確定單元(110)確定 直流電機(100)的轉速，將該速度反饋信號輸入控制器(130)，再通過控制器(130) 將輸入的速度指令信號和速度反饋信號進行比較產(chǎn)生速度誤差信號，由控制器(130) 對速度誤差信號進行運算和比較產(chǎn)生直流電機(100)的速度控制信號，最后由能量 提供單元(120)根據(jù)控制器(130)的速度控制信號對直流電機(100)提供能量， 使直流電機(100)按照速度指令信號要求的轉速運行。
4. 根據(jù)權利要求3所述的直流電機速度控制方法，其特征是具體步驟為(1) 通過電阻器(111)檢測直流電機(100)電樞回路電阻器(111)兩端電壓；(2) 由第一減法器(112)和第一乘法器(113)根據(jù)電阻器(111)兩端電壓 和電阻值計算電樞電流；(3) 由第二減法器(114)通過電樞電流計算反電動勢；(4) 通過第二乘法器(115)對反電動勢乘以比例系數(shù)確定直流電機(100)的 轉速，獲得速度反饋信號送到控制器(130);(5) 通過控制器(130)中的第一比較器(131)將速度指令信號作為參考速度信號和反饋速度信號進行比較產(chǎn)生速度誤差信號；(6) 由積分器(132)對速度誤差信號進行積分并乘以積分控制系數(shù)；(7) 由反饋比例器(133)將反饋速度信號乘以反饋比例系數(shù)；(8) 由第二比較器(134)將積分器(132)的輸出信號和反饋比例器(133) 的輸出信號再次進行比較產(chǎn)生速度控制信號；(9)由速度控制信號控制能量提供單元(120)驅動電直流機(100)運轉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電機速度控制裝置和方法，包括串接在直流電機電樞回路中的速度確定單元、速度確定單元連接控制器，速度指令信號輸入控制器，在速度確定單元和控制器之間串接能量提供單元；先通過速度確定單元確定直流電機的轉速，將直流電機的該速度反饋信號輸入控制器，再通過控制器將輸入的速度指令信號和速度反饋信號進行比較產(chǎn)生速度誤差信號，由控制器對速度誤差信號進行運算和比較產(chǎn)生直流電機的速度控制信號，最后能量提供單元對直流電機提供能量，使直流電機按照速度指令信號要求的轉速運行；本發(fā)明不需要安裝速度反饋傳感器便可實現(xiàn)速度反饋閉環(huán)控制，節(jié)省安裝空間和安裝工藝步驟，可改善直流電機速度控制的靜態(tài)性能和動態(tài)特性。
文檔編號H02P7/18GK101394147SQ20081019589
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權日2008年9月12日
發(fā)明者曾文火, 朱鵬程 申請人:江蘇科技大學