專(zhuān)利名稱(chēng)：一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)化領(lǐng)域，特別涉及一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
直流電機(jī)必須通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)各種工作模式，比如速度環(huán)控制模式、電流環(huán) 控制模式、位置環(huán)控制模式?，F(xiàn)有技術(shù)中要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的速度閉環(huán)控制，都必須利用一個(gè) 獨(dú)立于驅(qū)動(dòng)器的外加部件即速度傳感器，如光電編碼器(也稱(chēng)為光電碼盤(pán))、磁編碼器、旋轉(zhuǎn) 變壓器等作為速度反饋元件，根據(jù)速度反饋元件的輸出感知電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，再通過(guò)一定的控 制方法來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，其驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有直接測(cè)速的動(dòng)能。
光電碼盤(pán)測(cè)速的原理是光源發(fā)出恒定的光，光調(diào)制器根據(jù)被測(cè)轉(zhuǎn)速將光源發(fā)出的光調(diào)制 成光脈沖或光碼信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換部件將光信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和 加工，變換成被測(cè)轉(zhuǎn)速的相應(yīng)輸出值。磁編碼器是根據(jù)磁路磁阻的變化引起磁通的變化，從 而在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成一個(gè)個(gè)電脈沖，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到被測(cè)轉(zhuǎn)速。還有用霍爾元件來(lái) 進(jìn)行測(cè)速的，其原理是霍爾芯片緊貼齒輪，磁鐵放在芯片后面。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)可以改變通過(guò)霍爾 芯片的磁通量，霍爾芯片可以輸出類(lèi)似正弦的波形。用運(yùn)放放大波形后接一級(jí)比較器，把正 弦波轉(zhuǎn)換為方波。方波的頻率和齒輪的轉(zhuǎn)速正比，因而得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。
盡管光電碼盤(pán)、霍爾元件等速度傳感器作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的速度反饋元件，是目前廣泛應(yīng) 用的手段，但其外接在直流電機(jī)或者負(fù)載機(jī)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、成本較高，并且接 線相對(duì)復(fù)雜，因此在對(duì)成本比較敏感、速度閉環(huán)控制精度要求不高的場(chǎng)合，以及在微小型機(jī) 器人等安裝空間有限，要求驅(qū)動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、接線盡量簡(jiǎn)化的場(chǎng)合，探索一種直接 測(cè)速并對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法就有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用獨(dú)立于驅(qū)動(dòng)器的外加速度傳感器作為速度反 饋元件帶來(lái)的不利因素，本發(fā)明提出了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法。所述技術(shù)方案如下
一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述驅(qū)動(dòng)器包括測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊、指令電壓輸入模塊、 誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊；
所述測(cè)量模塊與直流電機(jī)相連，用于測(cè)量直流電機(jī)的電樞電流和電樞端電壓，并將所述 電樞電流和電樞電壓輸入到轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊；
所述轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述測(cè)量模塊輸出的直流電機(jī)的電樞電流和端電壓，計(jì)算 直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，并將所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速輸入到誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊；
所述指令電壓輸入模塊，用于獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，并根據(jù)所述指令電壓得到期望 目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并將所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速輸入到誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊；
所述誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速，計(jì)算 所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的誤差，并根據(jù)所述誤差生成控制信號(hào)，并 用所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。
其中，所述轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊具體包括
電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路，用于根據(jù)所述直流電機(jī)的電樞電流和端電壓，按照如下公式計(jì) 算電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；
設(shè)五。為直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，r。為電機(jī)電樞兩端的端電壓，/。為電機(jī)電樞電流，^:￡為反
電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，7 。是電機(jī)電樞電阻； ￡。 =Ka-J 。/。；
電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路，用于根據(jù)所述電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路求解出的電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，按照 如下公式計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速； 設(shè)"為電機(jī)轉(zhuǎn)速，"=五。/《￡。 一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，所述方法包括 測(cè)量直流電機(jī)的電樞電流和電樞端電壓； 根據(jù)所述電樞電流和電樞端電壓計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速； 獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，根據(jù)所述指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速；
計(jì)算所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差，根據(jù)所述誤差生成控制信 號(hào)，用所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述直流電機(jī)。
其中，根據(jù)所述電樞電流和電樞端電壓計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，具體包括 根據(jù)所述電樞電流和電樞端電壓，按照如下公式計(jì)算電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；
設(shè)五。為直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，^為電機(jī)電樞兩端的端電壓，/。為電機(jī)電樞電流，《￡為反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，i 。是電機(jī)電樞電阻；
& = W。；
根據(jù)所述電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，按照如下公式計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速； 設(shè)"為電機(jī)轉(zhuǎn)速，n = ￡。//CE。
本發(fā)明的有益效果在于通過(guò)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電路直接實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的測(cè)量并
對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不需要外加碼盤(pán)等速度反饋元件，大大簡(jiǎn)化了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，降
低了成本；另外，通過(guò)本發(fā)明所述方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其體積及重量比現(xiàn)有驅(qū) 動(dòng)器顯著減小。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明實(shí)施例2提供的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明實(shí)施例2提供的H橋驅(qū)動(dòng)電路和電樞電流檢測(cè)電路的電路圖4是本發(fā)明實(shí)施例2提供的電樞端電壓檢測(cè)電路圖5是本發(fā)明實(shí)施例2提供的電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路和電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例2提供的指令電壓輸入電路圖7是本發(fā)明實(shí)施例2提供的轉(zhuǎn)速誤差求解電路和控制信號(hào)生成電路圖8是本發(fā)明實(shí)施例3提供的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn) 一步地詳細(xì)描述。 實(shí)施例1
參見(jiàn)圖l，本發(fā)明實(shí)施例l提供了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器l，該驅(qū)動(dòng)器1包括測(cè)量模塊2、 轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊3、指令電壓輸入模塊4、誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊5;
其中，該驅(qū)動(dòng)器1的測(cè)量模塊2與直流電機(jī)相連，用于測(cè)量直流電機(jī)的電樞電流和電樞 端電壓，并將該電樞電流和電樞電壓輸入到轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊3;
其中，轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊3根據(jù)測(cè)量模塊2輸出的直流電機(jī)的電樞電流和端電壓，計(jì)算直流 電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，并將該直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速輸入到誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊5;
6其中，指令電壓輸入模塊4用于獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，并根據(jù)該指令電壓得到期望 目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并將該期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速輸入到誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊5;
其中，誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊5根據(jù)該直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速，計(jì)算直流電機(jī) 實(shí)際轉(zhuǎn)速和期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的誤差，并根據(jù)該誤差生成控制信號(hào)，用該控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)直 流電機(jī)。
其中，轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊3具體包括
a，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路，用于根據(jù)直流電機(jī)的電樞電流和端電壓計(jì)算反電動(dòng)勢(shì)； 設(shè)i 。為直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，為電機(jī)電樞兩端的端電壓，/。為電機(jī)電樞電流，《￡為反 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，i 。是電機(jī)電樞電阻；
b，電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路，用于根據(jù)電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路求解出來(lái)的電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算直 流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；
設(shè)w為電機(jī)轉(zhuǎn)速，"=(F。—i 。厶)/i^。
本發(fā)明實(shí)施例提供的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)計(jì)算直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速 和期望轉(zhuǎn)速之間誤差，根據(jù)該誤差生成控制信號(hào)，用該控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。該驅(qū)動(dòng)器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧、接線容易、成本較低。在對(duì)成本比較敏感、速度閉環(huán)控制精度要求又 不很高的場(chǎng)合，以及在微小型機(jī)器人等安裝空間有限，要求驅(qū)動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、接線 盡量簡(jiǎn)化的應(yīng)用場(chǎng)合，該驅(qū)動(dòng)器具有十分重要的意義。
實(shí)施例2
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明實(shí)施例2提供了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器200,所述驅(qū)動(dòng)器200包括穩(wěn)壓電 路202、 //橋驅(qū)動(dòng)電路204、電樞電流檢測(cè)電路205、電樞端電壓檢測(cè)電路206、電機(jī)反電動(dòng)勢(shì) 求解電路207、電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路208、指令電壓輸入電路209、轉(zhuǎn)速誤差求解電路210、控制 信號(hào)生成電路211。
該驅(qū)動(dòng)器200的穩(wěn)壓電路202與電源201相連，由電源201為穩(wěn)壓電路202供電，然后穩(wěn)壓電 路202為該驅(qū)動(dòng)器200中所有電路提供控制電源；同時(shí)，電源201通過(guò)/Z橋型驅(qū)動(dòng)電路204與直 流電機(jī)203相連，為直流電機(jī)203提供動(dòng)力電源。
其中，電樞電流檢測(cè)電路205與H橋驅(qū)動(dòng)電路204相連，測(cè)量流過(guò)/f橋驅(qū)動(dòng)電路204的 電流，即直流電機(jī)電樞電流/。，然后將該直流電機(jī)電樞電流/。輸入到電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路 207。電樞端電壓檢測(cè)電路206與直流電機(jī)203的兩端相連，用于測(cè)量直流電機(jī)電樞端電壓^ ， 然后將該直流電機(jī)電樞兩端的端電壓F。輸入到電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路207 。
電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路207收到電樞電流檢測(cè)電路205輸入的直流電機(jī)電樞電流/ 和電 樞端電壓檢測(cè)電路206輸入的直流電機(jī)電樞兩端的端電壓F。后，根據(jù)該直流電機(jī)電樞電流/。 和直流電機(jī)電樞兩端的端電壓^計(jì)算反電動(dòng)勢(shì)五。，并將計(jì)算出的反電動(dòng)勢(shì)￡。輸入到電機(jī)轉(zhuǎn)速 求解電路208;
由直流電機(jī)控制方程
K = ￡。+ W。/?？傻玫轿濉?F" - &/。
電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路208收到電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路207輸入的反電動(dòng)勢(shì)五。后，計(jì)算直流電 機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速w ，然后將計(jì)算出的直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速"輸入到轉(zhuǎn)速誤差求解電路210。 即由￡。 二^"得到"五。/^ ，進(jìn)而得到"=(7?！? 。/。)/《￡ 其中，^是反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，W。是電機(jī)電樞電阻。
指令電壓輸入電路209用于獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，并根據(jù)該指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn) 速，并將得到的期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速輸入到轉(zhuǎn)速誤差求解電路210;
轉(zhuǎn)速誤差求解電路210收到電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路208輸入的直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速w和指令電壓 輸入電路209輸入的期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速后，計(jì)算期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速與直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差，然 后將該誤差輸入到控制信號(hào)生成電路211;
控制信號(hào)生成電路21 l收到轉(zhuǎn)速誤差求解電路209輸入的轉(zhuǎn)速誤差后，通過(guò)PID控制算法生 成控制信號(hào)，用該控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)/Z橋驅(qū)動(dòng)電路204，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)203，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。
圖3是/7橋驅(qū)動(dòng)電路204和電樞電流檢測(cè)電路205的電路圖。其中，四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管^、込、 込、04組成//橋驅(qū)動(dòng)電路204，及31、們2、 i 33、 i 34為場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電阻，爿/ZO 、爿厶<9 、 B/fO、 aLO為控制信號(hào)生成電路ll的四個(gè)輸出信號(hào)，M +接直流電機(jī)的正極，M-接直流 電機(jī)的負(fù)極，F(xiàn)D接驅(qū)動(dòng)電源的正極，Or接驅(qū)動(dòng)電源的負(fù)極。電阻i 47和i 48用于把電機(jī)電 樞電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)被由運(yùn)算放大器U2C以及W25 i 28組成的電路進(jìn)
一歩放大輸出W。信號(hào)，F(xiàn)/。的大小與電機(jī)電樞電流之間存在著線性比例關(guān)系。其比例關(guān)系為
W =(h騰一、鼎"25 a i 28 腿
其中，^為流過(guò)i 48的電流，即對(duì)應(yīng)從電機(jī)電樞M+流過(guò)M-端的電流；^為流過(guò)/J47的電流， 即對(duì)應(yīng)從電機(jī)電樞M-流過(guò)M+端的電流。電機(jī)電樞電流/。為厶和^的平均值。圖4是電樞端電壓檢測(cè)電路206的電路圖。其中，M +接直流電機(jī)的正極，M-接直流電 機(jī)的負(fù)極，電樞端電壓經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器t/LD以及/ 18 及21、 Cll、 C14組成的差分放大電 路放大后輸出F^， FK"的大小與電機(jī)電樞端電壓之間存在線性比例關(guān)系。其比例關(guān)系為
FK。 =(^-i)*i 18 a i 21 及19
其中，VM+、 f/^為電機(jī)電樞端電壓。
圖5是電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路207和電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路208的電路圖。其中，F(xiàn)7。是電樞電 流檢測(cè)電路205的輸出，F(xiàn)F。是電樞端電壓檢測(cè)電路206的輸出，運(yùn)算放大器f/2^與、 、 ra組成反相比例運(yùn)算電路，實(shí)現(xiàn)-i 。/。運(yùn)算，如下式
Wf / 24 。
其中，圖5中已得出r/。與/。的比例關(guān)系。
運(yùn)算放大器"25與i 15、及16、及17、 C10組成反相比例運(yùn)算電路，其(^-凡/。 )/《￡運(yùn) 算，其結(jié)果即與轉(zhuǎn)速n成線性比例關(guān)系。如下式
T, ,及15^n 奶H,、
Fn =—(——* Wi +——* F") 及17 雄
圖6是指令電壓輸入電路209的電路圖。其中，F(xiàn)&是用戶(hù)輸入的指令電壓信號(hào)，范圍為 Or 10K， 5K為輸入零點(diǎn)，S卩5F以上正轉(zhuǎn)，5F以下反轉(zhuǎn)。"i:S為經(jīng)過(guò)這個(gè)指令電壓輸入 電路后的輸出，該輸出將輸入到轉(zhuǎn)速誤差求解電路210。
圖7是轉(zhuǎn)速誤差求解電路210和控制信號(hào)生成電路211的電路圖。其中Di S是指令電壓輸 入電路209的輸出，W是電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路208的輸出，兩者經(jīng)過(guò)由運(yùn)算放大器f/lS、 i 7、 C3 組成的轉(zhuǎn)速誤差求解電路210運(yùn)算之后輸出最后的控制結(jié)果，這個(gè)控制結(jié)果經(jīng)過(guò)由H/尸4082為 核心的控制信號(hào)生成電路211轉(zhuǎn)化為^ffO、 ^Z0、萬(wàn)HO、 S丄O控制信號(hào)，直接輸出給//橋 驅(qū)動(dòng)電路204。
一般在電路中，電流、轉(zhuǎn)速等的信息都是通過(guò)電爪來(lái)表達(dá)的，所以在用符號(hào)表示時(shí)都有 電壓符號(hào)，例如，電流/。表示為F/。。
本發(fā)明實(shí)施例提供的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)一系列組合模擬電路，通過(guò)測(cè)量直流電機(jī)的 電樞電流和電樞端電壓來(lái)計(jì)算直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速， 然后通過(guò)根據(jù)用戶(hù)輸入的指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并計(jì)算直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和期望轉(zhuǎn) 速之間誤差，再根據(jù)該誤差生成控制信號(hào)，用該控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。該驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 體積小巧、接線容易、成本較低。在對(duì)成本比較敏感、速度閉環(huán)控制精度要求又不很高的場(chǎng)
9合，以及在微小型機(jī)器人等安裝空間有限，要求驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單、接線盡量簡(jiǎn)化的應(yīng)用 場(chǎng)合，該驅(qū)動(dòng)器具有十分重要的意義。
實(shí)施例3
參見(jiàn)圖8，本發(fā)明實(shí)施例3提供了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，該方法具體包括 步驟101:測(cè)量直流電機(jī)的電樞電流和電樞端電壓。
步驟102:根據(jù)步驟101得到的電樞電流和電樞端電壓計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。 歩驟103:獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，并根據(jù)該指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速。 步驟104:計(jì)算步驟103得到的期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速和步驟102得到的直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速之間 的誤差，根據(jù)該誤差生成控制信號(hào)，用所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。
其中，根據(jù)電樞電流和電樞端電壓計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，具體包括 根據(jù)直流電機(jī)電樞電流和電樞端電壓計(jì)算電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)￡。； 由直流電機(jī)控制方程
r。 = 凡/?？傻玫健辍?= ^ - &/。 根據(jù)該電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。 即由￡。=《￡"得到，進(jìn)而得到"=(F。 — &/。 )/《￡
其中，《￡是反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，凡是電機(jī)電樞電阻。
本發(fā)明實(shí)施例提供的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)測(cè)量直流電機(jī)的電樞電流和電樞端電壓來(lái) 計(jì)算直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)計(jì)算直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過(guò)根據(jù)用戶(hù)輸入 的指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并計(jì)算直流電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和期望轉(zhuǎn)速之間誤差，然后根據(jù) 該誤差生成控制信號(hào)，用該控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)橋式電路，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，形成閉環(huán)控制。該 控制方法簡(jiǎn)單、成本較低。在對(duì)成本比較敏感、速度閉環(huán)控制精度要求又不很高的場(chǎng)合，以 及在微小型機(jī)器人中的應(yīng)用，具有十分重要的意義。
權(quán)利要求
1. 一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器包括測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊、指令電壓輸入模塊、誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊；所述測(cè)量模塊與直流電機(jī)相連，用于測(cè)量直流電機(jī)的電樞電流和電樞端電壓，并將所述電樞電流和電樞電壓輸入到轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊；所述轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述測(cè)量模塊輸出的直流電機(jī)的電樞電流和端電壓，計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，并將所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速輸入到誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊；所述指令電壓輸入模塊，用于獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，并根據(jù)所述指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速，并將所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速輸入到誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊；所述誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速，計(jì)算所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速和所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的誤差，并根據(jù)所述誤差生成控制信號(hào)，并用所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述直流電機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊具體包括 電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路，用于根據(jù)所述直流電機(jī)的電樞電流和端電爪，按照如下公式計(jì)算電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；設(shè)五。為直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，F(xiàn)。為電機(jī)電樞兩端的端電壓，/。為電機(jī)電樞電流，《￡為反 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，/ 。是電機(jī)電樞電阻；￡。 = W。；電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路，用于根據(jù)所述電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)求解電路求解出的電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，按照如下公式計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速； 設(shè)"為電機(jī)轉(zhuǎn)速，"=￡。/《￡。
3. —種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述方法包括 測(cè)量直流電機(jī)的電樞電流和電樞端電壓； 根據(jù)所述電樞電流和電樞端電壓計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速； 獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，并根據(jù)所述指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速；計(jì)算所述期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差，根據(jù)所述誤差生成控制信 號(hào)，用所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述直流電機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，根據(jù)所述電樞電流和電樞端 電壓計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，具體包括根據(jù)所述電樞電流和電樞端電壓，按照如下公式計(jì)算電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；設(shè)五。為直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，F(xiàn)。為電機(jī)電樞兩端的端電壓，/。為電機(jī)電樞電流，《￡為反 電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，凡是電機(jī)電樞電阻；根據(jù)所述電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，按照如下公式計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速； 設(shè)"為電機(jī)轉(zhuǎn)速，
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法，屬于自動(dòng)化領(lǐng)域。所述驅(qū)動(dòng)器包括測(cè)量模塊、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊、指令電壓輸入模塊、誤差計(jì)算及驅(qū)動(dòng)模塊。所述驅(qū)動(dòng)方法包括根據(jù)測(cè)量得到的直流電機(jī)的電樞電流和電樞端電壓來(lái)計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；獲取用戶(hù)輸入的指令電壓，根據(jù)所述指令電壓得到期望目標(biāo)轉(zhuǎn)速；計(jì)算所述目標(biāo)轉(zhuǎn)速和所述實(shí)際轉(zhuǎn)速之間的誤差，用所述誤差生成的控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。本發(fā)明提供的一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法，直接實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的測(cè)量并對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，不需要外加碼盤(pán)等速度反饋元件，大大簡(jiǎn)化了直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，降低了成本。
文檔編號(hào)H02P6/00GK101478279SQ20081022457
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者李建璽, 李科杰, 段星光, 強(qiáng) 黃 申請(qǐng)人:北京華凱匯信息科技有限公司