專利名稱：一種直流電機補償控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電機補償控制電路。
技術(shù)背景直流電機補償控制電路， 一般包括測速電路、速度指令調(diào)速電路及驅(qū)動 緩沖制動電路。傳統(tǒng)的測速電路需要一個外部物理傳感器來測量電機轉(zhuǎn)速， 傳感器的輸出信號還需要經(jīng)過解調(diào)和濾波電路處理才能得到可用的速度信 號，電路復(fù)雜，所需器件多，成本高，速度信號準(zhǔn)確性不高。傳統(tǒng)的速度指 令調(diào)速電路采用開環(huán)P麗電路，電路復(fù)雜，所需器件多，成本高，速度控制 存在靜態(tài)誤差。傳統(tǒng)的驅(qū)動緩沖制動電路沒有采用半導(dǎo)體開關(guān)，開關(guān)速度慢， 接近US，開關(guān)功耗大。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種直流電機補償控制電路，其克服了現(xiàn)有的直流電機補償 控制電路所存在的不足。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種直流電機補償控制電路，它包括一測速電路，它包括一第一運算放大器，該第一運算放大器采集直流電 機二端的對地電壓信號U1、 U2，并產(chǎn)生速度測試信號Uv; 一速度指令閉環(huán)調(diào)速電路，它包括一速度指令調(diào)理電路，它包括一第一比較電路及一第二比較電路， 該第一比較電路用于將速度指令信號電壓整流為單極性電平并輸出電機 正反轉(zhuǎn)控制信號，該第二比較電路用于將整流后的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv范圍規(guī)格一致的速度指令信號Vg;一速度指令控制電路，它包括一誤差放大器及一比例積分電路，該 誤差放大器連接測試電路和速度指令調(diào)理電路以放大速度測試信號Uv 和速度指令信號Vg之間的誤差比較，并產(chǎn)生控制半導(dǎo)體開關(guān)器件的脈沖 信號，該比例積分電路連接誤差放大器以控制誤差放大器，其中，該誤 差放大器與比例積分電路組成閉環(huán)反饋控制；一驅(qū)動緩沖制動電路，它連接速度指令控制電路和直流電機，它包括有 半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中，該速度指令控制電路的脈沖信號控制驅(qū)動緩沖制動 電路的半導(dǎo)體開關(guān)器件以驅(qū)動緩沖制動直流電機。本發(fā)明一較佳實施例中，該測速電路還包括一平滑電路，它連接第一運 算放大器，用于平滑第一運算放大器動態(tài)特性。本發(fā)明一較佳實施例中，該速度指令控制電路還包括一提升電路，它連 接誤差放大器，以展寬脈沖信號的控制范圍。本發(fā)明 一較佳實施例中，該速度指令控制電路還包括一輸出旁路驅(qū)動電 路，它連接誤差放大器，以消除誤差放大器自身的共地耦合干擾，以消除自 激干擾。本發(fā)明 一較佳實施例中，該速度指令控制電路還包括一電流過載保護(hù)和 短路控制電路，它連接誤差》i:大器。本發(fā)明一較佳實施例中，該驅(qū)動緩沖制動電路，它包括一開關(guān)快速驅(qū)動電路，它包括三極管T2、 二極管D7及電容C13，該開關(guān) 快速驅(qū)動電路開通時直接通過加速電容C13和D7加速開通，開關(guān)快速驅(qū)動電 路關(guān)斷時由T2導(dǎo)通，C13反壓快速關(guān)斷；一電機制動電路，它包括一半導(dǎo)體開關(guān)Nl及一半導(dǎo)體開關(guān)Pl，該直流電動機高速運轉(zhuǎn)時，Nl基本不起作用，當(dāng)直流電動積在低速狀態(tài)時或要求降 速時，Nl開通會形成再生制動，使得直流電動機能夠快速停下來。本發(fā)明一較佳實施例中，該電機制動電路還包括一瞬態(tài)電壓抑制二極管 TVS,它連接開關(guān)快速驅(qū)動電路，以用來保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動極。本技術(shù)方案與背景技術(shù)相比本測速電路實現(xiàn)簡單，對于特定的直流電 機只要知道電機的特性參數(shù)，經(jīng)過參數(shù)配置就可測量到電機的速度，特別對 于Ta時間常數(shù)小的小功率直流電動機具有滿意的測速性能.采用了比例積分 調(diào)節(jié)閉環(huán)反饋控制，使得速度控制無靜態(tài)誤差。采用簡單的提升電路來展寬 P麗的控制范圍，而常規(guī)多采用負(fù)電源偏置。輸出旁路驅(qū)動，消除了芯片自身 的共地耦合干擾，消除了因此而產(chǎn)生的自激干擾，與傳統(tǒng)這類芯片控制相比， 使得直流電動機在低速控制下有極好的平穩(wěn)性，功耗低。傳統(tǒng)的過栽保護(hù)為 恒流保護(hù)，4艮容易在恒流點發(fā)生高頻開關(guān)控制切換，導(dǎo)致開關(guān)芯片發(fā)熱量大， 需要大功率的散熱器，本電路釆用施密特保護(hù)不會產(chǎn)生高頻開關(guān)保護(hù)動作， 死區(qū)控制使得開關(guān)功耗比正常工作時還低。與傳統(tǒng)開環(huán)PWM速度控制相比， 采用單電源進(jìn)行速度指令的調(diào)理，并且同時輸出極性信號，電路簡單可靠。 本電路實現(xiàn)了半導(dǎo)體開關(guān)速度快，開關(guān)速度低達(dá)幾十ns，傳統(tǒng)驅(qū)動方式的開 關(guān)速度接近us，因而本電路開關(guān)功耗大大降低，對散熱要求降低；本電路設(shè) 有再生制動，低速控制特性有明顯改善，綜合電樞的補償測速反饋效果，低 速下直流電動機的^it行特性的變硬，低速平穩(wěn)性較傳統(tǒng)的優(yōu)勢明顯。 附閨說明下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖l是本發(fā)明一較佳實施例的補償控制電路的電路圖。圖2是本發(fā)明一較佳實施例的測速電路的電路圖。圖3是本發(fā)明一較佳實施例的速度指令調(diào)理電路的電路圖。 圖4是本發(fā)明 一較佳實施例的速度指令控制電路的電路圖. 圖5是本發(fā)明一較佳實施例的驅(qū)動緩沖制動電路的電路圖，具體實施方式
請查閱

圖1， 一種直流電機補償控制電路，它包括一測速電路、 一速度 指令閉環(huán)調(diào)速電路及一驅(qū)動緩沖制動電路。該速度指令閉環(huán)調(diào)速電路包括一 速度指令調(diào)理電路及一速度指令控制電路。該測速電路，請查閱圖2，它包括一第一運算放大器、電阻R1、 2、 3、 4、 5、 6、 8、電容C1、 2、 4。該第一運算放大器采集直流電機二端的對地電壓信 號Ul、 U2，并產(chǎn)生速度測試信號Uv。該Rl、 2、 3、 4、 5、 6、 8、 Cl、 2、 4 組成平滑電路，用于平滑第一運算放大器動態(tài)特性。本測速電路的工作原理 為根據(jù)直流電機的電樞方程由上述方程可以得到電機的轉(zhuǎn)速公式A &，考慮到電樞時間錄Ta-La/Ra較小只有幾ms，落去電感對電流的慣性作用，那么電機的轉(zhuǎn)速7>式為上式中，U是電機兩端電壓，i是電機電樞電流，由于都是電量可以很容 易測量，Ra， Ka對于特定電機來說是固定值，因而根據(jù)上式可以設(shè)計出相應(yīng) 的測速電路。<formula>formula see original document page 8</formula>Rc為電流采樣電阻，對特定的電機，合理配置圖中的R1至R6電阻與相 應(yīng)的Ka， Ra， Rc匹配即可得到相應(yīng)的測速信號。此測速電路輸入電壓分別電機兩端的對地電壓U2，U1，輸出一個速度測 試信號Uv給速度指令控制電路。該速度指令調(diào)理電路，請查閱圖3，它包括一第一比較電路及一第二比 較電路。該第一比較電路包括一第二運算放大器A1、電阻R21、 22、 23、 24、 25、 二極管D1、 2、穩(wěn)壓二極管Z2、電抗W1。該第二運算放大器Al采集輸入 的速度指令信號電壓Vref、正反轉(zhuǎn)控制信號，而且，該第二運算放大器A1配 合二極管、穩(wěn)壓二極管實現(xiàn)整流與極性鑒別，將Vref外部給定范圍為+Z-10V 整流為單極性電平，并輸出電機的正反轉(zhuǎn)控制信號。該第二比較電路包括一 第三運算放大器A2、電容CIO、電阻R26。第三運算放大器A2用于將整流后 的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv范圍規(guī)格一致的速度指令信號 Vg。該速度指令控制電路，請查閱圖4，它包括一誤差放大器， 一比例積分 電路、 一提升電路、 一輸出旁路驅(qū)動電路、 一電流過載保護(hù)和短路控制電路。 該誤差放大器采用PWM芯片TL494;該比例積分電路包括R10和C5;該提升 電路包括三極管T1、電容C8;該輸出旁路驅(qū)動電路包括二極管D6;該電流過 載保護(hù)和短路控制電路包括R14、 15、 16、 17、電容。該誤差放大器TL494連接測試電路和速度指令調(diào)理電路，以比較速度測 試信號Uv和速度指令信號Vg，以形成誤差信號，以放大誤差信號。該比例積 分電路的比例積分控制芯片TL494。其中，該誤差放大器與比例積分電路組成閉環(huán)反饋控制，以使得最終的速JL^饋控制沒有靜態(tài)誤差。該由三極管Tl構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，能夠提升TL494的管腳pin7的參考電 位，能夠?qū)麗控制范圍從9(W展寬到100%。該TL494的PWM脈沖輸出由旁路D6 二極管驅(qū)動，不僅提高了脈沖的驅(qū)動 能力，而且從根本上消除了對反饋誤差信號的耦合干擾。該電流過栽保護(hù)和短路控制電路和芯片TL494配合，組成施密特比較觸 發(fā)器，施密特的回滯死區(qū)使得觸發(fā)保護(hù)可靠穩(wěn)定。本部分電路輸入信號有3個，分別是測速反饋信號Uv、速度指令給定信 號Vg，電樞電流檢測信號U1，輸出PWM脈沖控制信號。該驅(qū)動緩沖制動電路，請查閱圖5，它包括一開關(guān)快速驅(qū)動電路、 一電 機制動電路。該開關(guān)快速驅(qū)動電路包括三極管T2、 二極管D7、電容C13、 R18、 19、穩(wěn)壓二極管Zl、瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS。該開關(guān)快速驅(qū)動電路開通時 直接通過加速電容C13和D7加速開通，開關(guān)快速驅(qū)動電路關(guān)斷時由T2導(dǎo)通， C13反壓快速關(guān)斷。該瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS連接開關(guān)快速驅(qū)動電路，以用 來保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動極。該電機制動電路包括一半導(dǎo)體開關(guān)Nl、 一半導(dǎo) 體開關(guān)P1、 RX、 RC、 C20、穩(wěn)壓二極管SB560。該直流電動機高速運轉(zhuǎn)時，Nl 基本不起作用，當(dāng)直流電動機在低速狀態(tài)時或要求降速時，Nl開通會形成再 生制動，使得直流電動機能夠快速停下來。本部分電路輸入是PWM控制脈沖，輸出接到直流電動機上.以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能以此限定本發(fā)明實施的 范圍，即依本發(fā)明申請專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng) 仍屬^^發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直流電機補償控制電路，其特征是它包括一測速電路，它包括一第一運算放大器，該第一運算放大器采集直流電機二端的對地電壓信號U1、U2，并產(chǎn)生速度測試信號Uv；一速度指令閉環(huán)調(diào)速電路，它包括一速度指令調(diào)理電路，它包括一第一比較電路及一第二比較電路，該第一比較電路用于將速度指令信號電壓整流為單極性電平并輸出電機正反轉(zhuǎn)控制信號，該第二比較電路用于將整流后的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv范圍規(guī)格一致的速度指令信號Vg；一速度指令控制電路，它包括一誤差放大器及一比例積分電路，該誤差放大器連接測試電路和速度指令調(diào)理電路以放大速度測試信號Uv和速度指令信號Vg之間的誤差比較，并產(chǎn)生控制半導(dǎo)體開關(guān)器件的脈沖信號，該比例積分電路連接誤差放大器以控制誤差放大器，其中，該誤差放大器與比例積分電路組成閉環(huán)反饋控制；一驅(qū)動緩沖制動電路，它連接速度指令控制電路和直流電機，它包括有半導(dǎo)體開關(guān)器件，其中，該速度指令控制電路的脈沖信號控制驅(qū)動緩沖制動電路的半導(dǎo)體開關(guān)器件以驅(qū)動緩沖制動直流電機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特征是該 測速電路還包括一平滑電路，它連接第一運算放大器，用于平滑第一運算放 大器動態(tài)特性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特征是該 速度指令控制電路還包括一提升電路，它連接誤差放大器，以展寬脈沖信號 的控制范圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特征是該速度指令控制電路還包括一輸出旁路驅(qū)動電路，它連接誤差放大器，以消除 誤差放大器自身的共地耦合千擾，以消除自激干擾。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特征是該 速度指令控制電路還包括一電流過栽保護(hù)和短路控制電路，它連接誤差放大 器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特征是該 驅(qū)動緩沖制動電路，它包括一開關(guān)快速驅(qū)動電路，它包括三極管T2、 二極管D7及電容C13，該開 關(guān)快速驅(qū)動電路開通時直接通過加速電容C13和D7加速開通，開關(guān)快速驅(qū)動 電路關(guān)斷時由T2導(dǎo)通，C13反壓快速關(guān)斷；一電機制動電路，它包括一半導(dǎo)體開關(guān)N1及一半導(dǎo)體開關(guān)P1，該直流 電動機高速運轉(zhuǎn)時，Nl基本不起作用，當(dāng)直流電動機在低速狀態(tài)時或要求降 速時，Nl開通會形成再生制動，使得直流電動機能夠快速停下來。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種直流電機補償控制電路，其特征是該 電機制動電路還包括一瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS，它連接開關(guān)快速驅(qū)動電路， 以用來保護(hù)半導(dǎo)體開關(guān)的驅(qū)動極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電機補償控制電路，它包括一測速電路、一速度指令調(diào)理電路、一速度指令控制電路及一驅(qū)動緩沖制動電路。該測速電路，它采集直流電機二端的對地電壓信號U1、U2，并產(chǎn)生速度測試信號Uv。該速度指令調(diào)理電路，將速度指令信號電壓整流為單極性電平并輸出電機正反轉(zhuǎn)控制信號，將整流后的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv范圍規(guī)格一致的速度指令信號Vg。該速度指令控制電路包括一誤差放大器及一比例積分電路，該誤差放大器放大速度測試信號Uv和速度指令信號Vg之間的誤差比較，并產(chǎn)生控制半導(dǎo)體開關(guān)器件的脈沖信號，該比例積分電路控制誤差放大器。該驅(qū)動緩沖制動電路的半導(dǎo)體開關(guān)器件受脈沖信號控制，用于驅(qū)動緩沖制動直流電機。
文檔編號H02P7/00GK101615878SQ20091011182
公開日2009年12月30日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者吳世德, 曾維爾 申請人:漳州維德焊接技術(shù)開發(fā)有限公司