專(zhuān)利名稱(chēng)：一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路，一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)，用于小功率三相無(wú)刷力矩電機(jī)的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)控制與1 總線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
三相無(wú)刷力矩電機(jī)具有高可靠性，廣泛應(yīng)用于儀表測(cè)試、轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試等控制領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)采取不同的控制策略追求低功耗、小型化、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)， 但在方案的具體實(shí)施中會(huì)遇到不同的困難。《小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車(chē)》，第37卷第5期《發(fā)動(dòng)機(jī)用霍爾傳感器電磁干擾機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究》中介紹了霍爾開(kāi)關(guān)在電磁使用環(huán)境中會(huì)受到干擾出現(xiàn)故障，但卻沒(méi)有針對(duì)具體系統(tǒng)提出該干擾故障的具體解決措施。使用專(zhuān)用電機(jī)控制集成電路L6235可以大大提高電機(jī)控制器的可靠性和抗干擾能力，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，但該芯片普遍應(yīng)用在調(diào)速控制系統(tǒng)中，如碩士論文《基于 LabVIEff的無(wú)刷直流電機(jī)模糊自適應(yīng)PID控制研究》。對(duì)于L6235驅(qū)動(dòng)低速堵轉(zhuǎn)狀態(tài)力矩電機(jī)的應(yīng)用很少介紹。傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng)不具有與總線(xiàn)接口的能力，測(cè)試過(guò)程過(guò)分依賴(lài)測(cè)試人員，自動(dòng)化程度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步解決的技術(shù)問(wèn)題是采用專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L6235驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷力矩電機(jī)工作在低速堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過(guò)提高工作頻率和增加匹配電感等措施改善霍爾開(kāi)關(guān)使用的電磁環(huán)境，消除霍爾開(kāi)關(guān)的干擾故障，具有低功耗、小型化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)，包括信號(hào)處理電路、 比較器與光耦隔離電路、三角波電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、霍爾開(kāi)關(guān)、總線(xiàn)控制接口電路、1 監(jiān)測(cè)接口電路、微動(dòng)同步器、無(wú)刷力矩電機(jī)；微動(dòng)同步器輸出與角度成正比的交流信號(hào)，該交流信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路交流放大、相敏解調(diào)、低通濾波、直流放大后輸出直流信號(hào)給比較器與光耦隔離電路；三角波電路將信號(hào)源輸出的正弦波處理成三角波并輸入至比較器與光耦隔離電路；比較器與光耦隔離電路將輸入的直流信號(hào)與三角波進(jìn)行比較、隔離，輸出脈沖寬度與直流信號(hào)成正比的調(diào)寬信號(hào)即脈沖寬度控制信號(hào)，并將該脈沖寬度控制信號(hào)輸入至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；總線(xiàn)控制接口電路根據(jù)總線(xiàn)發(fā)出的控制信號(hào)，經(jīng)光耦隔離輸出驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；三個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)內(nèi)嵌于電機(jī)本體，敏感磁場(chǎng)強(qiáng)度，輸出相應(yīng)電壓輸入至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)為高電平有效時(shí)，根據(jù)三個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)確定的電機(jī)繞組導(dǎo)通位置信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出脈沖寬度信號(hào)至無(wú)刷力矩電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出相應(yīng)力矩，克服負(fù)載力矩和摩擦力矩，力矩電機(jī)為低速堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)器使
3能控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后輸出至1 監(jiān)測(cè)接口電路，1 監(jiān)測(cè)接口電路輸出8位二進(jìn)制數(shù)字至1 監(jiān)測(cè)總線(xiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)為低電平時(shí)，電機(jī)無(wú)輸出。三相無(wú)刷力矩電機(jī)包括定子、轉(zhuǎn)子和霍爾開(kāi)關(guān)三部分，轉(zhuǎn)子為永磁體，定子包括定子鐵芯、定子骨架和電機(jī)繞組。在圓周360度定子骨架均布36個(gè)槽，電機(jī)繞組、定子鐵芯、霍爾開(kāi)關(guān)都安裝在定子骨架上。為了保證電機(jī)正確換向，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上固定3個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)的安裝位置。電機(jī)3相定子繞組相隔120度電角度均布在定子上，3個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)也相隔120度電角度安裝在定子上，霍爾開(kāi)關(guān)位置與定子繞組起始槽固定電角度，通常為60度或者120 度?；魻栭_(kāi)關(guān)敏感電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)輸出相應(yīng)的高低電平，輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)邏輯處理， 給電機(jī)定子上相應(yīng)兩相繞組通電，產(chǎn)生定子磁勢(shì)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與定子磁勢(shì)相互作用，產(chǎn)生電磁力矩使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L6235、電阻Rl R13、電阻RX1、電容Cl C8、電感Ll L3、二極管V1、V2 ；電阻Rl，R2，R3，R4 —端短路接邏輯電源正極VD5，電阻R1， R2，R3的另一端分別接霍爾開(kāi)關(guān)，電阻R4的另一端接L6235的BRAKE管腳；電阻R5 —端接驅(qū)動(dòng)器使能控制，另一端接L6235的ENA管腳；電容C5 —端接L6235的ENA管腳，另一端接邏輯電源負(fù)極SGND ；L6235的DIAG管腳與ENA管腳短接；L6235的F/R管腳接脈沖寬度控制信號(hào)；L6235的TACKO管腳與RCP管腳短接；電阻R6 —端接L6235的TACKO管腳，另一端接SGND ；電阻R7與電容Cl并聯(lián)后一端接L6235的RCOFF管腳，另一端接SGND ；電阻R8 — 端接L6235的VCP管腳，另一端串聯(lián)電容C4 ；電容C4的另一端接二極管V2的陰極；二極管 V2與Vl陰陽(yáng)極串聯(lián)后與電容C3并聯(lián)，二極管V2的陽(yáng)極端接L6235的VS2管腳，L6235的 VSl管腳與VS2管腳短接后接入功率電源的正極VD^ ；二極管Vl的陰極端接L6235的BOOT 管腳；電容C2 —端接L6235的VS2管腳，另一端接SGND ；L6235的四個(gè)G管腳短接后接入 SGND,電阻R9與電阻RlO串聯(lián)后，電阻R9的一端接L6235的其中一個(gè)G管腳，電阻RlO的一端接VD5，L6235的REF管腳接入電阻R9與RlO之間；L6235的ISEm管腳與ISEN2管腳短接后串聯(lián)電阻RX1，電阻RXl的另一端接功率地PG，L6235的0UT1，0UT2, 0UT3管腳分別連接電感Li，L2，L3，電感Li，L2，L3的另一端分別分為兩路，Ll的一路連接力矩電機(jī)的A 相，另一路串聯(lián)電容C6、電阻Rll后接入PG ；L2的一路連接力矩電機(jī)的B相，另一路串聯(lián)電容C7、電阻R12后接入PG ；L3的一路連接力矩電機(jī)的C相，另一路串聯(lián)電容C8、電阻R13后接入PG。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)為高電平時(shí)，任意時(shí)刻，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的0UT1，0UT2，0UT3中一路為高電平，一路為低電平，一路為高阻，驅(qū)動(dòng)力矩電機(jī)輸出力矩；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)為低電平時(shí)，任意時(shí)刻，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的0UT1，0UT2, 0UT3均為高阻，力矩電機(jī)無(wú)力矩輸出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明使用內(nèi)嵌霍爾開(kāi)關(guān)力矩電機(jī)，著重解決霍爾開(kāi)關(guān)在使用中的電磁干擾故障?；魻栭_(kāi)關(guān)是磁敏感元件，當(dāng)敏感N極磁場(chǎng)時(shí)，輸出高電平，敏感S極磁場(chǎng)時(shí)，輸出低電平。當(dāng)電路采用調(diào)寬控制方式時(shí)，電樞繞組中的脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生交流磁場(chǎng)，當(dāng)交流磁場(chǎng)強(qiáng)度大于霍爾開(kāi)關(guān)的磁敏感閾值時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)的輸出就會(huì)受到干擾，影響電機(jī)正常換向。本發(fā)明提出了一種電機(jī)中霍爾開(kāi)關(guān)換向干擾的解決措施，通過(guò)提高提調(diào)寬頻率，增加匹配電感，減小電樞繞組的交流磁場(chǎng)，使交流磁場(chǎng)強(qiáng)度小于霍爾開(kāi)關(guān)的磁敏感閾值，保證霍爾開(kāi)關(guān)不受到電磁干擾，力矩電機(jī)正常換向。(2)本發(fā)明提供了一種采用L6235驅(qū)動(dòng)低速堵轉(zhuǎn)狀態(tài)力矩電機(jī)的應(yīng)用實(shí)例，L6235是專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的速度反饋環(huán)，因此設(shè)計(jì)人員多將L6235用于調(diào)速系統(tǒng)。本發(fā)明利用L6235的高度集成小型化、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)個(gè)別參數(shù)的特殊設(shè)計(jì)，使其應(yīng)用于低速堵轉(zhuǎn)力矩電機(jī)的控制。(3)本發(fā)明提供了解決小功率電機(jī)伺服系統(tǒng)電機(jī)發(fā)熱與功率器件發(fā)熱之間矛盾的辦法。通常小電流輸入時(shí)，采用線(xiàn)性模擬控制方式，功率器件壓降大，發(fā)熱功率大；調(diào)寬控制方式，電源電壓都加在電機(jī)繞組上，小功率電機(jī)電氣時(shí)間常數(shù)小(小于0. 1ms)，交流阻抗小，電機(jī)本體發(fā)熱大，降低了電源的效率。本發(fā)明通過(guò)采用專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，利用其導(dǎo)通電阻小(0.3歐姆)的優(yōu)點(diǎn)，減小了電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱；在不改變電機(jī)本體結(jié)構(gòu)的前提下增大電機(jī)電氣時(shí)間常數(shù)，提高調(diào)寬頻率，增大電機(jī)的交流阻抗，可減小力矩電機(jī)的發(fā)熱。通過(guò)這兩項(xiàng)措施，有效提高了電源的效率，降低了電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器無(wú)用發(fā)熱，降低了系統(tǒng)的功耗。(4)本發(fā)明使用三相無(wú)刷力矩電機(jī)，內(nèi)嵌3個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)，具有體積小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。3個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證電機(jī)正確換向，霍爾開(kāi)關(guān)集成度高，設(shè)計(jì)和使用簡(jiǎn)單， 可靠性高。傳統(tǒng)電機(jī)有的使用兩相有刷電機(jī)，其電機(jī)換向使用的金屬導(dǎo)電電刷，在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，電刷由于打火、老化等原因出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，影響電機(jī)的正常換向，電機(jī)的可靠性降低；現(xiàn)有的三相無(wú)刷力矩電機(jī)，有采用變磁阻傳感器和光柵傳感器作為換向傳感器，它們?cè)陔姍C(jī)本體外，體積大、使用調(diào)試?yán)щy，且需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的方向識(shí)別電路才能保證電機(jī)正確換向，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試復(fù)雜，不利于系統(tǒng)的小型化和高可靠性。(5)本發(fā)明包括總線(xiàn)接口電路和1 監(jiān)測(cè)接口電路，具備與總線(xiàn)通信的功能。通過(guò)該接口電路，計(jì)算機(jī)總線(xiàn)可以實(shí)時(shí)控制并監(jiān)測(cè)回路工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，總線(xiàn)控制系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測(cè)情況作出相應(yīng)判斷，控制系統(tǒng)工作或斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。避免系統(tǒng)測(cè)試過(guò)分依賴(lài)操作人員，反映速度慢，自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)方框圖；圖2為本發(fā)明信號(hào)處理電路圖；圖3為本發(fā)明三角波電路圖；圖4為本發(fā)明比較器與光耦隔離電路圖；圖5為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；圖6為本發(fā)明總線(xiàn)控制接口電路圖；圖7為本發(fā)明1 監(jiān)測(cè)接口電路圖。
具體實(shí)施例方式該系統(tǒng)電源包括士 12V(代號(hào)為士EC)信號(hào)電源；+5V(代號(hào)為VM)為邏輯電源， +28V(代號(hào)為VD28)功率電源；+5V(代號(hào)為VCC)總線(xiàn)控制電源；+5V(代號(hào)為觀幻1 監(jiān)測(cè)電源。各電源之間相互隔離。下面結(jié)合

系統(tǒng)具體實(shí)施方式
。圖1為一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)方框圖，包括信號(hào)處理電路1、比較器與光耦隔離電路2、三角波電路3、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路4、霍爾開(kāi)關(guān)5、總線(xiàn)控制接口電路6、fC監(jiān)測(cè)接口電路7、微動(dòng)同步器8、無(wú)刷力矩電機(jī)9。微動(dòng)同步器輸出與角度成正比的交流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理電路、三角波電路、比較器與光耦隔離電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出相應(yīng)力矩，克服負(fù)載力矩與摩擦力矩。同時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)總線(xiàn)控制系統(tǒng)通斷，通過(guò)1 總線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通斷狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)控制與總線(xiàn)監(jiān)測(cè)，也可用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。圖2為信號(hào)處理電路圖，輸入微動(dòng)同步器8kHz激磁和輸出，經(jīng)過(guò)交流放大、相敏解調(diào)、低通濾波、直流放大電路輸出為直流信號(hào)。由5部分功能電路組成，R0, CO為微動(dòng)同步器的匹配負(fù)載，要根據(jù)傳感器調(diào)試情況確定具體值；U1A，Rl, R2，R3為同相輸入交流放大電路，放大倍數(shù)約為10倍，輸出為8kHz交流信號(hào)，UlA為L(zhǎng)F412A雙運(yùn)算放大器，Rl = IOkQ, R2 = 91kQ,R3 = IOkQ ；U2，R10，C10，CB1，CB2為全波相敏解調(diào)電路，放大倍數(shù)為0. 9，U2 為全波相敏解調(diào)器LZX2，解調(diào)后為16kHz交流信號(hào)，RIO, ClO為移相電路，移相后，同步器激磁與同步器輸出同相，CBl = CB2 = IOOnF為電源濾波電容；U1B，R4，R5，R6，R7，C2，C3 為二階低通濾波器，轉(zhuǎn)折頻率為530Hz，將前級(jí)16kHz交流信號(hào)濾波為直流信號(hào)，該級(jí)放大倍數(shù)為 2，UlB 為 LF412A 雙運(yùn)算放大器，R4 = R5 = 30k Ω，R6 = R7 = 120k Ω，C2 = C3 = IOnF ；U2A, R8，R9，RlO為同相輸入直流放大器，放大倍數(shù)為2，U2A為L(zhǎng)F158雙運(yùn)算放大器， R8 = IOkQ, R9 = RlO = 20kQ。電路具體布局如下R0，CO并聯(lián)后一端接信號(hào)地，一端接同步器輸出；R3 —端接同步器輸出，一端接Ul的管腳3 ；Rl 一端接信號(hào)地，一端接Ul的管腳2 ；R2 一端接Ul的管腳2，一端接Ul的管腳1 ；Ul管腳1接U2管腳7 ；Ul管腳4接-EC， 管腳8接+EC ；CBl 一端接U2管腳2，一端接U2管腳8 ；CB2 一端接U2管腳5，一端接U2管腳4 ；U2管腳5接+EC，管腳2接-EC，管腳4和8接信號(hào)地；RlO —端接同步器激磁，一端接 U2的管腳3 ；ClO 一端接信號(hào)地，一端接U2的管腳3 ；R4 一端接U2管腳6，一端接R5 ；R5 一端接Ul管腳5，一端接R4 ；C2 一端接信號(hào)地，一端接Ul管腳5 ；C3 一端R5，一端接Ul管腳 7 ；R6 一端信號(hào)地，一端接Ul管腳6 ；R7 一端Ul管腳7，一端接Ul管腳6 ；R8 一端Ul管腳 7，一端接U2管腳3 ；R9 一端接信號(hào)地，一端接U2管腳2 ；RlO 一端U2管腳1，一端接U2管腳2 ；U2管腳4接-EC，管腳8接+EC ；U2管腳1接直流輸出。圖3為三角波電路圖，輸入為16kHz，峰峰值為4V的正弦波，經(jīng)過(guò)三角波電路，輸出為峰峰值19V，頻率為16kHz的三角波。U1A，Rl, R2，R3為比較器電路，將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成方波，UlA 為 LM193 比較器，Rl = R2 = R3 = IOk Ω , Cl = IOOnF 為隔直電容；U2A，R4， R5，R6，C2為微分電路，將前級(jí)輸入的方波微分為三角波，U2A為L(zhǎng)F412A雙運(yùn)算放大器，R4 =R5 = 39k Ω , R6 = IM Ω , C2 = 470pF ；C3，R7 起到隔離直流電壓的作用，C3 = IOnF, R7 = IOkQ。電路具體布局如下R1 —端接信號(hào)源16kHz正弦輸入，一端接Ul的管腳3 ；R2 一端接信號(hào)地，一端接Ul的管腳2 ；R3 一端接+EC，一端接Ul的管腳1 ；Ul的管腳4接-EC，管腳 8接+EC ；Cl 一端接Ul的管腳1，一端接R5 ；R4 一端接信號(hào)地，一端接U2管腳3 ；R5 一端接 Cl，一端接U2管腳2 ；C2和R6并聯(lián)，一端接U2管腳2，一端接U2管腳1 ；U2管腳4接-EC， 管腳8接+EC ；C3 一端接Ul的管腳1，一端接16kHz三角波輸出；R7 —端接16kHz三角波輸出，一端接信號(hào)地。圖4為比較器與光耦隔離電路圖，電路作用是將直流輸入與16kHz三角波輸入比較，隔離，輸出脈沖寬度與直流輸入成正比的調(diào)寬信號(hào)，供電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用。U1A，R1為比較器電路，UlA為L(zhǎng)M193雙比較器，Rl = IOkQ ;U2，R2，R3，C1為光耦隔離電路，光耦隔離前電壓為0 -12V，隔離后電壓為0 +5V。U2為高速光電耦合器GH1205Z，為OC輸出，上拉電
6阻R3 = 360Ω，R2 = IkQ，C1為U2電源濾波電容，Cl = IOOnF0電路具體布局如下R1 — 端接直流輸入，一端接Ul的管腳3 ；Ul的管腳2接16kHz三角波輸入，管腳4接-EC，管腳8 接+EC，管腳1接R2 ；R2 一端接Ul的管腳1，一端接U2的管腳3 ；U2的管腳2接信號(hào)地，管腳5接邏輯地SGND，管腳7與管腳8短路接到VD5 ；R3 一端接U2的管腳7，一端接U2的管腳6 ；U2的管腳6接脈沖寬度控制信號(hào)；Cl 一端接U2的管腳7，一端接邏輯地SGND。圖5為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖，輸入為脈沖寬度控制信號(hào)、驅(qū)動(dòng)器使能控制、霍爾開(kāi)關(guān)A、 B、C，輸出為力矩電機(jī)A、B、C。電路具體布局如下R1，R2，R3，R4—端短路接VD5，Rl另一端接霍爾開(kāi)關(guān)C，R2另一端接霍爾開(kāi)關(guān)B，R3另一端接霍爾開(kāi)關(guān)A，R4另一端接Ul管腳14 ； R5 一端接驅(qū)動(dòng)器使能控制，一端接Ul管腳12 ；C5 一端接Ul管腳12，一端接SGND ；Ul管腳 2與管腳12短接；Ul管腳11接脈沖寬度控制信號(hào)；Ul管腳8與管腳9短接；R6 —端接Ul 管腳8，一端接SGND ；R7與Cl并聯(lián)，一端接Ul管腳4，一端接SGND ；R8 一端接Ul管腳22， 一端接C4 ；C4, VI，V2 一端短接，C4另一端接R8，V2另一端接Ul管腳17，Vl另一端接Ul 管腳15 ；C3 一端接Ul管腳17，一端接Ul管腳15 ；C2 一端接Ul管腳17，一端接SGND ；Ul管腳17和管腳20短接，接VD28 ；Ul管腳6，7，18，19短接，接SGND ；R9 一端接Ul管腳19，一端接Ul管腳13 ；RlO 一端接Ul管腳13，一端接VD5 ；RXl 一端接功率地PG，一端接Ul管腳 10 ；Ul管腳10與管腳3短接；Ll 一端接Ul的管腳5，一端接力矩電機(jī)A相；C6 —端接力矩電機(jī)A相，一端接Rll ；Rll 一端接C6，一端接PG ；L2 一端接Ul的管腳21，一端接力矩電機(jī) B相；C7 —端接力矩電機(jī)B相，一端接R12 ；R12 一端接C7，一端接PG ；L3 一端接Ul的管腳 16，一端接力矩電機(jī)C相；C8 —端接力矩電機(jī)C相，一端接R13 ；R13 一端接C8，一端接PG。 Ul為三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L6235，包含驅(qū)動(dòng)器使能控制端(管腳1 ，控制力矩電機(jī)A，B，C輸出。 驅(qū)動(dòng)器使能控制高電平有效。脈沖寬度控制信號(hào)為正向占空比為0 100%方波。占空比大于50%時(shí)，電機(jī)輸出正向力矩，占空比小于50%時(shí)，輸出負(fù)向力矩。占空比為100%時(shí)，輸出正向最大平均力矩；占空比為50%時(shí)，力矩輸出0平均力矩；占空比為0%時(shí)，力矩輸出負(fù)向最大平均力矩， 因此脈沖寬度控制信號(hào)控制電機(jī)力矩輸出大小與方向。Ul包含邏輯控制電路與DMOS功率驅(qū)動(dòng)電路兩部分，霍爾開(kāi)關(guān)為120度電角度工作方式，Ul邏輯控制與功率驅(qū)動(dòng)關(guān)系見(jiàn)表1，表2。Ul的DMOS功率管導(dǎo)通電阻小于0. 3歐姆，輸出電流大于2. 8A，最大工作頻率100kHz，具有邏輯控制簡(jiǎn)單，功耗低，工作頻率高等優(yōu)點(diǎn)。表1電機(jī)正方向輸出力矩時(shí)邏輯控制與DMOS功率驅(qū)動(dòng)關(guān)系
狀態(tài)1狀態(tài)2狀態(tài)3狀態(tài)4狀態(tài)5狀態(tài)6霍爾開(kāi)關(guān)AHHLLLH霍爾開(kāi)關(guān)BLHHHLL霍爾開(kāi)關(guān)CLLLHHH力矩電機(jī)AVD28HIGHPGPGHIGHVD28
權(quán)利要求
1.一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)，其特征在于包括信號(hào)處理電路(1)、比較器與光耦隔離電路O)、三角波電路(3)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路0)、霍爾開(kāi)關(guān)(5)、總線(xiàn)控制接口電路(6)、fC監(jiān)測(cè)接口電路(7)、微動(dòng)同步器(8)、無(wú)刷力矩電機(jī)(9)；微動(dòng)同步器(8) 輸出與角度成正比的交流信號(hào)，該交流信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路(1)交流放大、相敏解調(diào)、低通濾波、直流放大后輸出直流信號(hào)給比較器與光耦隔離電路O)；三角波電路C3)將信號(hào)源輸出的正弦波處理成三角波并輸入至比較器與光耦隔離電路⑵；比較器與光耦隔離電路(2)將輸入的直流信號(hào)與三角波進(jìn)行比較、隔離，輸出脈沖寬度與直流信號(hào)成正比的調(diào)寬信號(hào)即脈沖寬度控制信號(hào)，并將該脈沖寬度控制信號(hào)輸入至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；總線(xiàn)控制接口電路(6)根據(jù)總線(xiàn)發(fā)出的控制信號(hào)，經(jīng)光耦隔離輸出驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；三個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)(5)內(nèi)嵌于電機(jī)本體，敏感磁場(chǎng)強(qiáng)度，輸出相應(yīng)電壓輸入至電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路⑷；當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)為高電平有效時(shí)，根據(jù)三個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)(5)確定的電機(jī)繞組導(dǎo)通位置信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路⑷輸出脈沖寬度信號(hào)至無(wú)刷力矩電機(jī)(9)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出相應(yīng)力矩，克服負(fù)載力矩和摩擦力矩，力矩電機(jī)為低速堵轉(zhuǎn)工作狀態(tài)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路(4)的驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)經(jīng)光耦隔離后輸出至1 監(jiān)測(cè)接口電路(7)，1 監(jiān)測(cè)接口電路(7)輸出 8位二進(jìn)制數(shù)字至1 監(jiān)測(cè)總線(xiàn)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器使能控制信號(hào)為低電平時(shí)，電機(jī)無(wú)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)，其特征在于所述的三個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)( 相隔120度電角度安裝在三相無(wú)刷力矩電機(jī)定子上，電機(jī)三相定子繞組相隔120度電角度均布在定子上，霍爾開(kāi)關(guān)位置與定子繞組起始槽固定電角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)，其特征在于所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L6235、電阻Rl R13、電阻RX1、電容Cl C8、電感Ll L3、二極管VI、V2 ；電阻Rl，R2，R3，R4 一端短路接邏輯電源正極VD5，電阻Rl，R2， R3的另一端分別接霍爾開(kāi)關(guān)，電阻R4的另一端接L6235的BRAKE管腳；電阻R5 —端接驅(qū)動(dòng)器使能控制，另一端接L6235的ENA管腳；電容C5 —端接L6235的ENA管腳，另一端接邏輯電源負(fù)極SGND ；L6235的DIAG管腳與ENA管腳短接；L6235的F/R管腳接脈沖寬度控制信號(hào)；L6235的TACKO管腳與RCP管腳短接；電阻R6 —端接L6235的TACKO管腳，另一端接SGND ；電阻R7與電容Cl并聯(lián)后一端接L6235的RCOFF管腳，另一端接SGND ；電阻R8 — 端接L6235的VCP管腳，另一端串聯(lián)電容C4 ；電容C4的另一端接二極管V2的陰極；二極管 V2與Vl陰陽(yáng)極串聯(lián)后與電容C3并聯(lián)，二極管V2的陽(yáng)極端接L6235的VS2管腳，L6235的 VSl管腳與VS2管腳短接后接入功率電源的正極VD^ ；二極管Vl的陰極端接L6235的BOOT 管腳；電容C2 —端接L6235的VS2管腳，另一端接SGND ；L6235的四個(gè)G管腳短接后接入 SGND,電阻R9與電阻RlO串聯(lián)后，電阻R9的一端接L6235的其中一個(gè)G管腳，電阻RlO的一端接VD5，L6235的REF管腳接入電阻R9與RlO之間；L6235的ISEm管腳與ISEN2管腳短接后串聯(lián)電阻RX1，電阻RXl的另一端接功率地PG，L6235的0UT1，0UT2, 0UT3管腳分別連接電感Li，L2，L3，電感Li，L2，L3的另一端分別分為兩路，Ll的一路連接力矩電機(jī)的A 相，另一路串聯(lián)電容C6、電阻Rll后接入PG ；L2的一路連接力矩電機(jī)的B相，另一路串聯(lián)電容C7、電阻R12后接入PG ；L3的一路連接力矩電機(jī)的C相，另一路串聯(lián)電容C8、電阻R13后接入PG。
全文摘要
一種可控可監(jiān)測(cè)的無(wú)刷力矩電機(jī)調(diào)寬伺服系統(tǒng)，用于加速度計(jì)、轉(zhuǎn)臺(tái)的位置控制。由信號(hào)處理電路、比較器與光耦隔離電路、三角波電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、霍爾開(kāi)關(guān)、總線(xiàn)控制接口電路、I2C監(jiān)測(cè)接口電路、微動(dòng)同步器、無(wú)刷力矩電機(jī)組成。微動(dòng)同步器輸出與角度成正比的交流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理電路、三角波電路、比較器與光耦隔離電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出相應(yīng)力矩，克服負(fù)載力矩與摩擦力矩。該系統(tǒng)有總線(xiàn)接口電路和I2C監(jiān)測(cè)接口電路，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)總線(xiàn)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通斷，實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)控制與監(jiān)測(cè)的功能，也可用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用了專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、工作可靠、體積小的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采用三相無(wú)刷力矩電機(jī)，霍爾開(kāi)關(guān)內(nèi)嵌于電機(jī)本體，具有體積小、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P6/08GK102158156SQ20111006935
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者嚴(yán)小軍, 孫璐, 岳輝, 徐長(zhǎng)智, 李慶溥, 王小輝, 趙曉萍 申請(qǐng)人:北京航天控制儀器研究所