專利名稱：平面懸浮電機(jī)與其微處理器控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)的控制。
平面懸浮電機(jī)的現(xiàn)有控制方式均為直流伺服控制方式。如圖3所示，由霍爾元件H感應(yīng)出轉(zhuǎn)子磁環(huán)磁場(chǎng)位置信號(hào)，經(jīng)處理放大后送到驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)平面懸浮電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)測(cè)速磁頭測(cè)得平面懸浮電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)放大整形后送到鑒頻器與基準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較。鑒頻器的輸出經(jīng)低通濾波器濾波后輸出直流控制信號(hào)，經(jīng)放大后送到力矩控制電路。力矩控制電路控制閉環(huán)放大倍數(shù)的大小，達(dá)到控制平面懸浮電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。增益選擇電路用來(lái)選擇平面懸浮電機(jī)的運(yùn)行速度。這種控制方式的控制電路相當(dāng)復(fù)雜，電路功耗大、可靠性差，控制參數(shù)無(wú)法調(diào)節(jié)，且控制方式單一。它只能控制平面懸浮電機(jī)運(yùn)行于直流伺服電機(jī)方式，使平面懸浮電機(jī)的使用場(chǎng)合受到限制。
本發(fā)明的目的是提供一種平面懸浮電機(jī)的微處理器控制裝置，它可使平面懸浮電機(jī)運(yùn)行于無(wú)刷直流電機(jī)狀態(tài)、或交流同步電機(jī)狀態(tài)、或步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)，并具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、穩(wěn)速性能及方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。此外微處理器還可控制平面懸浮電機(jī)實(shí)現(xiàn)超低速同步運(yùn)行。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的平面懸浮電機(jī)的微處理器控制是由可編程微處理器，與平面懸浮電機(jī)相數(shù)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)或三個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)或三個(gè)放大及控制單元、兩個(gè)或三個(gè)連接定子繞組的功率放大器、兩個(gè)或三個(gè)繼電器J組成。繼電器J控制功率放大器與對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器或放大及控制單元的導(dǎo)通，繼電器J由微處理器控制。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)
1.使平面懸浮電機(jī)集無(wú)刷直流電機(jī)、交流同步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)功能于一身，能以各種運(yùn)行方式進(jìn)行工作，來(lái)滿足不同場(chǎng)合的需求;這特別適用于需要直接驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合使用，如高級(jí)音響設(shè)備的電唱機(jī)、錄音機(jī)，視頻設(shè)備的錄像機(jī)，儀器儀表等。
2.使用微處理器控制，使硬件邏輯最大限度地減少，并大大地提高了其可靠性。
3.用軟件技術(shù)控制平面懸浮電機(jī)的快速起動(dòng)、制動(dòng)及正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，無(wú)需增加相應(yīng)的硬件電路。
4.用微處理器產(chǎn)生的波形，可通過(guò)軟件不受限制地設(shè)置各種頻率和幅值。
5.其參數(shù)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)加以設(shè)定、調(diào)整，從而獲得最佳的控制性能。
6.轉(zhuǎn)速穩(wěn)定異步狀態(tài)下比例積分微分調(diào)節(jié)即PID調(diào)節(jié)使平面懸浮電機(jī)具有良好的穩(wěn)速性能;同步狀態(tài)下其轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度則具有和晶體振蕩頻率相同的數(shù)量級(jí)。
以下將結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明的方框結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是圖1的線路原理圖;
圖3是現(xiàn)有技術(shù)線路原理方框圖。
參照?qǐng)D1、圖2，可編程微處理器IC1是單片微處理器1?？删幊涛⑻幚砥骺梢允怯晌⑻幚砥?、數(shù)據(jù)鎖存器和可編程程序存儲(chǔ)器組成的微處理器系統(tǒng)。集成電路IC4、IC，及運(yùn)算放大器A1、A2組成兩路8位D/A轉(zhuǎn)換器2。運(yùn)算放大器A3、A4構(gòu)成兩相霍爾元件H信號(hào)的放大及控制單元3。運(yùn)算放大器A5、A6、三極管BG1～BG8等構(gòu)成二路功率放大器4，給兩相定子繞組輸出功率信號(hào)。在異步狀態(tài)下，繼電器J的J2-1、J2-2吸合。單片微處理器通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)S10～S17、S20～S27控制霍爾元件H輸出信號(hào)閉環(huán)放大倍數(shù)的大小、來(lái)調(diào)節(jié)平面懸浮電機(jī)5的轉(zhuǎn)速。霍爾元件H感應(yīng)到的平面懸浮電機(jī)5轉(zhuǎn)速信號(hào)，再經(jīng)集成電路IC2、IC3、IC7、IC8整形后送到單片微處理器，亦即是送到集成電路IC1。在同步狀態(tài)下，繼電器J的J1-1、J1-2吸合。此時(shí)單片微處理器輸出兩相變頻信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器2、功率放大器4放大后輸出給兩相定子繞組。當(dāng)單片微處理器控制繼電器J接通對(duì)應(yīng)的功率放大器4與放大及控制單元3時(shí)，平面懸浮電機(jī)5即可運(yùn)行于無(wú)刷直流電機(jī)狀態(tài)，同時(shí)可進(jìn)行良好的調(diào)速和穩(wěn)速。這是由單片微處理器閉環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)的。起動(dòng)時(shí)閉環(huán)放大倍數(shù)為最大，平面懸浮電機(jī)5可快速起動(dòng)。單片微處理器根據(jù)霍爾元件H的輸出信號(hào)，計(jì)算出平面懸浮電機(jī)的運(yùn)行速度，并將測(cè)速值與程序中速度給定值相比較，把轉(zhuǎn)速誤差按電機(jī)的控制要求經(jīng)運(yùn)算后，送到相應(yīng)的放大及控制單元3以調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組的電流，使平面懸浮電機(jī)5的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定值上。單片微處理器輸出信號(hào)可控制霍爾元件H的電流方向，從而控制平面懸浮電機(jī)5的正反轉(zhuǎn)向。當(dāng)單片微處理器控制繼電器J接通對(duì)應(yīng)的功率放大器4與D/A轉(zhuǎn)換器2時(shí)，平面懸浮電機(jī)5即可運(yùn)行于交流同步電機(jī)狀態(tài)、或步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)。單片微處理器輸出兩相相位差為90°的交流信號(hào)，分別經(jīng)兩個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器變換后，送到相應(yīng)的功率放大器4，兩個(gè)功率放大器4輸出的交流信號(hào)，再加到相應(yīng)的定子繞組上，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子磁環(huán)旋轉(zhuǎn)。這又可分為以下三種情況(一)低速運(yùn)行，要求平面懸浮電機(jī)5轉(zhuǎn)速在1000rpm以下時(shí)，采用變頻起動(dòng)同步運(yùn)行方式。此時(shí)單片微處理器輸出兩相相位差為90°的正弦信號(hào)，平面懸浮電機(jī)可從120rpm8Hz直接起動(dòng)后，按起動(dòng)曲線變頻升高頻率，直到平面懸浮電機(jī)5運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速上。當(dāng)微處理器輸出兩相超低頻交流信號(hào)時(shí)，可驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)超低速同步穩(wěn)定運(yùn)行。如果使單片微處理器輸出的兩相正弦信號(hào)的相位差為270°，即可使平面懸浮電機(jī)5反轉(zhuǎn)。(二)高速運(yùn)行，要求平面懸浮電機(jī)5轉(zhuǎn)速超過(guò)1000rpm時(shí)，采用異步起動(dòng)同步運(yùn)行方式。此時(shí)單片微處理器先控制繼電器J2-1、J2-2吸合，接通對(duì)應(yīng)功率放大器4與放大及控制單元3，使平面懸浮電機(jī)5以異步方式快速起動(dòng)。同時(shí)，單片微處理器檢測(cè)霍爾元件H輸出信號(hào)所反應(yīng)出的平面懸浮電機(jī)5的轉(zhuǎn)速和定子繞組電流的相位。當(dāng)平面懸浮電機(jī)運(yùn)行到接近轉(zhuǎn)速給定值，并達(dá)到電流同相點(diǎn)時(shí)，單片微處理器即控制繼電器J1-1、J1-2吸合，并通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器2輸出兩相交流信號(hào)給功率放大器4。當(dāng)平面懸浮電機(jī)5實(shí)現(xiàn)同步穩(wěn)定運(yùn)行后，單片微處理器控制J2-1、J2-2斷開(kāi)以切斷異步信號(hào)，使平面懸浮電機(jī)5同步運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速上。實(shí)際上當(dāng)平面懸浮電機(jī)5異步起動(dòng)速度達(dá)到給定轉(zhuǎn)速的96%后，即可可靠地切入同步運(yùn)行狀態(tài);在完全實(shí)現(xiàn)同步之前，異步信號(hào)和同步信號(hào)一起作用于定子繞組。單片微處理器通過(guò)程序控制霍爾元件H的電流方向及兩相交流信號(hào)的相位，可使平面懸浮電機(jī)5實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)起動(dòng)和運(yùn)行。(三)當(dāng)單片微處理器輸出細(xì)分步進(jìn)控制信號(hào)時(shí)，平面懸浮電機(jī)5即可運(yùn)行于步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)。平面懸浮電機(jī)5的制動(dòng)方式有(一)摩擦制動(dòng)此時(shí)定子繞組完全斷電，J1-1、J1-2、J2-1、J2-2均斷開(kāi)，這適合于小慣量負(fù)載。(二)快速定位制動(dòng)由單片微處理器控制，根據(jù)定位的需要，分別給兩個(gè)定子繞組輸入一定的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)此種制動(dòng)方式。(三)反接制動(dòng)由單片微處理器控制，使平面懸浮電機(jī)5改變旋轉(zhuǎn)方向。所編程序可控制制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短和制動(dòng)電流的大小。反接制動(dòng)時(shí)，平面懸浮電機(jī)5均處于無(wú)刷直流電機(jī)狀態(tài)，此種制動(dòng)方式適合于大慣量負(fù)載的快速制動(dòng)。
單片微處理器的軟件功能按控制系統(tǒng)的要求及性能設(shè)計(jì)，主要有(一)實(shí)現(xiàn)平面懸浮電機(jī)5無(wú)刷直流狀態(tài)時(shí)的閉環(huán)控制，軟件精確地計(jì)算出平面懸浮電機(jī)5的轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速誤差按比例積分微分公式即PID方式進(jìn)行運(yùn)算處理。(二)平面懸浮電機(jī)5運(yùn)行于交流同步狀態(tài)時(shí)，用來(lái)產(chǎn)生可變頻變幅的正余弦信號(hào)。正余弦函數(shù)值及變頻起動(dòng)曲線根據(jù)不同的負(fù)載、運(yùn)行速度及精度要求，以表格的形式存于存儲(chǔ)器中。這種方式加快了程序運(yùn)行速度，以滿足快速變頻實(shí)時(shí)控制的要求。(三)根據(jù)不同的要求使平面懸浮電機(jī)5實(shí)現(xiàn)各種起動(dòng)、制動(dòng)方式及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。(四)當(dāng)負(fù)載發(fā)生故障時(shí)，平面懸浮電機(jī)5能自動(dòng)鎖定，并給出提示信號(hào)。
圖3所示，5-平面懸浮電機(jī)，放大與驅(qū)動(dòng)電路由6-位置信號(hào)處理電路、7-放大電路、8-驅(qū)動(dòng)電路組成，控制電路由9-測(cè)速磁頭、10-放大電路、11-整形電路、12-計(jì)數(shù)器、13-鑒頻器、14-標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器、15-低通濾波器、16-增益控制電路、17-增益選擇電路、18-放大電路、19-力矩控制電路組成。
權(quán)利要求
1.一種平面懸浮電機(jī)與其微處理器控制包括平面懸浮電機(jī)，本發(fā)明的特征在于由可編程微處理器[1]，與平面懸浮電機(jī)相數(shù)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)或三個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器[2]、兩個(gè)或三個(gè)放大及控制單元[3]、兩個(gè)或三個(gè)連接定子繞組的功率放大器[4]、兩個(gè)或三個(gè)繼電器J組成；控制功率放大器[4]與對(duì)應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器[2]或放大及控制單元[3]的導(dǎo)通的、是微處理器[1]控制的繼電器J。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面懸浮電機(jī)與其微處理器控制，其特征在于可編程序微處理器〔1〕是單片微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平面懸浮電機(jī)的微處理器控制，其特征在于可編程微處理器可以是由微處理器、數(shù)據(jù)鎖存器和可編程程序存儲(chǔ)器組成的微處理器系統(tǒng)。
全文摘要
一種平面懸浮電機(jī)與其微處理器控制，由微處理器、D/A轉(zhuǎn)換器、放大及控制單元、功率放大器組成。微處理器控制可使平面懸浮電機(jī)運(yùn)行于無(wú)刷直流電機(jī)狀態(tài)、交流同步電機(jī)狀態(tài)、步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)；還可使該電機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速、穩(wěn)速性能；又可方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。這種控制技術(shù)亦可適用于其它類型電機(jī)的控制。
文檔編號(hào)H02P7/00GK1053976SQ9010068
公開(kāi)日1991年8月21日 申請(qǐng)日期1990年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月10日
發(fā)明者陳孝榕, 王文榮 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)