專利名稱：一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，特別是涉及一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器是轉(zhuǎn)角電機(jī)完成精確轉(zhuǎn)角定位的控制裝置。轉(zhuǎn)角電機(jī)的理想 要求是轉(zhuǎn)矩大并且速度快，這種電機(jī)的技術(shù)特征是電樞時(shí)間常數(shù)大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。由于轉(zhuǎn) 角電機(jī)的電樞時(shí)間常數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的差距越大，其可控性越差，因此，在一定程度上，控制 技術(shù)制約了高性能轉(zhuǎn)角電機(jī)的應(yīng)用。轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器的現(xiàn)有技術(shù)為目標(biāo)轉(zhuǎn)角位置信號(hào)與轉(zhuǎn)角電機(jī)輸出的實(shí)際轉(zhuǎn) 角位置信號(hào)比較；得到的位置偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)PID校正調(diào)節(jié)，作為控制電流與實(shí)際的電樞電 流比較；得到的電流偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)PD校正調(diào)節(jié)，作為控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)脈沖寬度調(diào)制和H橋 功率放大，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)角電機(jī)。精確定位控制由置于轉(zhuǎn)角偏差信號(hào)處理環(huán)節(jié)的積分調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)；H 橋采用雙邊單極性驅(qū)動(dòng)方式?，F(xiàn)有轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器的不足之處在于 位置偏差量至控制量的增益較小； 相當(dāng)于比例，積分所占的增益份額較大； 相當(dāng)于雙邊雙極性控制的H橋，雙邊單極性控制的H橋驅(qū)動(dòng)電樞電流的速度較 慢； 控制轉(zhuǎn)角電機(jī)響應(yīng)速度慢、控制能力低并且易于發(fā)生振蕩； 對(duì)于高速、大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角電機(jī)，存在著控制不了的問(wèn)題； 對(duì)于一般轉(zhuǎn)角電機(jī)，存在著對(duì)大信號(hào)或突變載荷響應(yīng)時(shí)，發(fā)生振蕩的問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電樞時(shí)間常數(shù)較大的轉(zhuǎn)角電機(jī)的 控制問(wèn)題，以及轉(zhuǎn)角電機(jī)響應(yīng)大信號(hào)或突變載荷時(shí)發(fā)生振蕩的問(wèn)題，提供一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位 置驅(qū)動(dòng)器。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器由殼體和內(nèi)部電路構(gòu)成，所述的內(nèi)部電路包 括電源電路、目標(biāo)電路、反饋電路、控制電路、H橋電路；外接的位置控制裝置與目標(biāo)電路的 輸入端相連，外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)的位置傳感器與反饋電路的輸入端相連，所述的目標(biāo)電路的 目標(biāo)位置輸出端、反饋電路輸出的電機(jī)位置信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、傳感器故障輸出信號(hào)、H橋 電路反饋輸出的電機(jī)電流信號(hào)分別與控制電路的輸入端相連，所述的控制電路的控制輸出 端與H橋電路的輸入端相連，H橋電路的電樞電流輸出端與外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)的電樞繞組相 連。所述的目標(biāo)電路包括輸入接口電路、延時(shí)電路；外接的位置控制裝置輸出的位置 電流信號(hào)與輸入接口電路的輸入端相連，輸入接口電路輸出的位置電壓信號(hào)與延時(shí)電路的輸入端相連，延時(shí)電路輸出目標(biāo)位置信號(hào)。所述的反饋電路包括傳感器接口電路、檢測(cè)電路、微分電路；外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)的位 置傳感器信號(hào)與傳感器接口電路的輸入端相連，傳感器接口電路輸出電機(jī)位置信號(hào)，電機(jī) 位置信號(hào)與檢測(cè)電路和微分電路的輸入端相連，檢測(cè)電路輸出傳感器故障信號(hào)、微分電路 輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。所述的控制電路包括位置電路、轉(zhuǎn)速電路、電流電路、調(diào)制電路、波形電路、窗口電 路、限幅電路；所述的H橋電路反饋輸出的電機(jī)電流信號(hào)與窗口電路的輸入端相連，目標(biāo)位 置信號(hào)、電機(jī)位置信號(hào)、傳感器故障信號(hào)分別與位置電路的輸入端相連，位置電路輸出目標(biāo) 轉(zhuǎn)速信號(hào)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)分別與轉(zhuǎn)速電路的輸入端相連，轉(zhuǎn)速電路輸出目標(biāo) 電流信號(hào)，目標(biāo)電流信號(hào)與窗口電路的雙向端口相連，目標(biāo)電流信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)、波形 電路輸出的微動(dòng)電流信號(hào)分別與電流電路的輸入端相連，電流電路輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)與限幅 電路的雙向端口相連，調(diào)節(jié)信號(hào)、三角波信號(hào)分別與調(diào)制電路的輸入端相連，調(diào)制電路輸出 控制信號(hào)。所述的H橋電路包括時(shí)序電路、驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路、保護(hù)電路、極性電路，放大電 路、濾波電路；控制信號(hào)與時(shí)序電路的輸入端相連，時(shí)序電路輸出的正向和反向控制信號(hào)分 別與驅(qū)動(dòng)電路的控制輸入端相連，時(shí)序電路輸出的同步信號(hào)與極性電路的極性選擇輸入端 相連，驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電源與采樣電路串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)過(guò)濾波電路輸出 電樞電流，采樣電路輸出的電流采樣信號(hào)與極性電路的輸入端相連，采樣電路輸出的電流 采樣信號(hào)和短路信號(hào)分別與保護(hù)電路的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路輸出的低邊控制信號(hào)與保護(hù) 電路的屏蔽輸入端相連，保護(hù)電路輸出的關(guān)閉信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電路的關(guān)閉控制輸入端相連，極 性電路輸出的反饋信號(hào)與放大電路的輸入端相連，放大電路輸出電機(jī)電流信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果1、本實(shí)用新型所述的轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器采用轉(zhuǎn)角電機(jī)的轉(zhuǎn)角位置、轉(zhuǎn)角速度和 電樞電流三重反饋控制并且對(duì)這三個(gè)反饋信號(hào)進(jìn)行了超前補(bǔ)償；位置環(huán)和速度環(huán)采用比例 調(diào)節(jié)，電流環(huán)采用比例和積分調(diào)節(jié)，H橋采用雙邊雙極性驅(qū)動(dòng)方式；通過(guò)這些技術(shù)手段的運(yùn) 用，本實(shí)用新型系統(tǒng)增益高，積分速度快；2、本實(shí)用新型所述的轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器能夠很好地控制相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電樞 時(shí)間常數(shù)較大的轉(zhuǎn)角電機(jī)，充分發(fā)揮電機(jī)的性能，達(dá)到較高的控制要求，拓展了轉(zhuǎn)角電機(jī)位 置驅(qū)動(dòng)器的控制范圍；3、本實(shí)用新型所述的轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器在控制轉(zhuǎn)角電機(jī)時(shí)，響應(yīng)速度快、定位 精度高、無(wú)振蕩。
圖1是本實(shí)用新型外部接線示意圖；圖2是本實(shí)用新型原理的方框圖；圖3是本實(shí)用新型功能的方框圖；圖4是電源電路的原理圖；圖5是H橋電路的原理圖；圖6是輸入接口電路的原理圖；[0028]圖7是延時(shí)電路的原理圖；圖8是位置電路的原理圖；圖9是轉(zhuǎn)速電路的原理圖；圖10是電流電路的原理圖；圖11是調(diào)制電路的原理圖；圖12是傳感器接口電路的原理圖；圖13是檢測(cè)電路的原理圖；圖14是微分電路的原理圖；圖15是波形電路的原理圖；圖16是窗口電路的原理圖；圖17是限幅電路的原理圖；圖18是H橋電路的方框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本實(shí)用新型提供的轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器包括殼體10和內(nèi)部電路。工 作時(shí)，驅(qū)動(dòng)器外部要接以下部件電源、位置控制裝置11、轉(zhuǎn)角電機(jī)12。殼體10上有9個(gè)連 接線，其中，轉(zhuǎn)角電機(jī)12的電樞正極引腳、電樞負(fù)極引腳、轉(zhuǎn)角電機(jī)12的位置傳感器電源正 極引腳、轉(zhuǎn)角電機(jī)12的位置傳感器輸出引腳和轉(zhuǎn)角電機(jī)12的位置傳感器電源負(fù)極引腳分 別與殼體10上的連接線1、2、3、4和5相連，電源的負(fù)極引腳和正極引腳分別與殼體10上 的連接線6和7相連，位置控制裝置11的位置電流正極引腳和位置電流負(fù)極引腳分別與殼 體10上的連接線8和9相連。本實(shí)用新型提供的位置驅(qū)動(dòng)器接收位置控制裝置11輸出的 位置信號(hào)，控制轉(zhuǎn)角電機(jī)12，按比例將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械擺角或位移。如圖2所示，所述的內(nèi)部電路包括目標(biāo)電路39、反饋電路40、控制電路41、H橋電 路26、電源電路25 ；外接的電源與電源電路25相連，電源電路25為內(nèi)部電路的各個(gè)部分供 電；外接的位置控制裝置11與目標(biāo)電路39相連；外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)12的位置傳感器與反饋 電路40的輸入端相連；目標(biāo)電路39輸出的目標(biāo)位置信號(hào)、反饋電路40輸出的電機(jī)位置信 號(hào)、傳感器故障信號(hào)和電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、H橋電路26輸出的電機(jī)電流信號(hào)分別與控制電路41 的輸入相連，控制電路41輸出的控制信號(hào)與H橋電路26的輸入相連；H橋電路26輸出的 電樞電流與外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)12的電樞相連。如圖3所示，目標(biāo)電路39包括輸入接口電路27、延時(shí)電路28 ；外接的位置控制裝 置11輸出的位置電流信號(hào)與輸入接口電路27的輸入端相連，輸入接口電路27輸出的位置 電壓信號(hào)與延時(shí)電路28的輸入端相連，延時(shí)電路28輸出目標(biāo)位置信號(hào)。外接的反饋電路40包括傳感器接口電路29、檢測(cè)電路30、微分電路31 ；外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)12的位置傳感器信號(hào)與傳感器接口電路29的輸入端相連，傳感器接口電路29輸出 電機(jī)位置信號(hào)，電機(jī)位置信號(hào)與檢測(cè)電路30和微分電路31的輸入端相連，檢測(cè)電路30輸 出傳感器故障信號(hào)、微分電路31輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。控制電路41包括位置電路32、轉(zhuǎn)速電路33、電流電路34、調(diào)制電路35、波形電路 36、窗口電路37、限幅電路38 ；H橋電路26反饋輸出的電機(jī)電流信號(hào)與窗口電路37的輸入端相連；目標(biāo)位置信號(hào)、電機(jī)位置信號(hào)、傳感器故障信號(hào)分別與位置電路32的輸入端相連； 位置電路32輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)分別與轉(zhuǎn)速電路33的輸入 端相連；轉(zhuǎn)速電路33輸出目標(biāo)電流信號(hào)，目標(biāo)電流信號(hào)與窗口電路37的雙向端口相連，目 標(biāo)電流信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)、波形電路輸出的微動(dòng)電流信號(hào)分別與電流電路34的輸入端相 連，電流電路34輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)與限幅電路38的雙向端口相連，調(diào)節(jié)信號(hào)、波形電路38輸 出的三角波信號(hào)分別與調(diào)制電路35的輸入端相連，調(diào)制電路35輸出控制信號(hào)。電路的工作原理為外接的位置控制裝置11輸出的位置電流信號(hào)經(jīng)過(guò)目標(biāo)電路 39的后輸出目標(biāo)位置信號(hào)，外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)12的位置傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋電路40的后由 傳感器接口電路29輸出電機(jī)位置信號(hào)、微分電路31輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和檢測(cè)電路30輸出 傳感器故障信號(hào)，H橋電路26輸出電樞電流到轉(zhuǎn)角電機(jī)12，H橋電路26還反饋輸出電機(jī)電 流信號(hào)；在控制電路41中，目標(biāo)位置信號(hào)與電機(jī)位置信號(hào)相比較，得到位置偏差信號(hào)，位置 偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大，作為目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)；目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)相比較，得 到轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)，轉(zhuǎn)速偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大，作為目標(biāo)電流信號(hào)；目標(biāo)電流信號(hào)與電 機(jī)電流信號(hào)相比較，得到電流偏差信號(hào)，電流偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)比例積分電路放大，作為調(diào)節(jié)信 號(hào)；調(diào)節(jié)信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制電路的脈沖寬度調(diào)制作為控制信號(hào)；控制信號(hào)控制H橋電路26輸出 電樞電流到轉(zhuǎn)角電機(jī)12 ；當(dāng)位置傳感器故障信號(hào)有效時(shí)，將強(qiáng)制轉(zhuǎn)角電機(jī)12到最小轉(zhuǎn)角位 置。如圖4所示，電源電路25包括三端穩(wěn)壓器U17、電壓基準(zhǔn)Ul、電感器L4、L5和L6、 扼流圈T3、二極管D11、D12和D13、電阻器R99 R102、電容器C61 C67 ；電源輸入端經(jīng)過(guò) 電感器、扼流圈、電容器濾波電路、整流二極管、JI形濾波電路與電源的第一路輸出端相連， 再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路與電源的第二路輸出端相連，再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路與電 源的第三路輸出端相連，再經(jīng)過(guò)電壓基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路與電源的第四路輸出端相連，電源的公 共回路端與地輸出端相連。具體連接方式是連接線7與L5的一引腳相連，L5的另一引腳與T3 —繞組的輸入引腳相連，連接 線6與L4的一引腳相連，L4的另一引腳與T3另一繞組的輸入引腳相連，T3另一繞組的輸 出引腳與C61和C63的一引腳、Dll的陽(yáng)極相連，C61的另一引腳、C62和R99的一引腳與殼 體相連，Dll的陰極與D13的陰極、R102和L6的一引腳、C65的正極相連，L6的另一引腳與 C66和C67的正極、RlOO和RlOl的一引腳與輸出電壓V4相連，RlOO和RlOl的另一引腳與 D12的陽(yáng)極、C64的負(fù)極、U17的電源引腳、Ul的電源引腳、輸出電壓V3相連，U17的輸出引 腳與輸出電壓V2相連，Ul的輸出引腳與輸出電壓Vl相連，U17和Ul的地引腳、T3 一繞組 的輸出引腳、D12和D13的陽(yáng)極、C62、C63、R99和R102的另一引腳、C64、C65、C66和C67的 負(fù)極與GND相連。如圖5、圖18所示，H橋電路26包括VMOS驅(qū)動(dòng)器U3和U4、三二輸入模擬選擇開 關(guān)U6、放大器U8B、比較器U7B、反相器U9A、U9B和U9C、電感L2和L3、扼流圈Tl、電流互感 器T2、VM0S三極管Ql Q5、二極管D2 D6、采樣電阻器R63、電阻器R51 R62和R64 R78、電容器C28 C47 ；U9A、U9B、U9C 連接成時(shí)序電路 42，U3、U4、Q1 Q4、D2 D5、C29、C30、C31、C34 C40、R51 R62連接成驅(qū)動(dòng)電路43，T2、R63連接成采樣電路44，U7B、Q5、D6、C41、C42、 R64 R70連接成保護(hù)電路45，U6、C43、C44、R71、R72連接成極性電路46，U8B、C45、C46、
6C47、R73 R78連接成放大電路47，Tl、L2、L3、C32、C33、C28連接成濾波電路48 ；控制信號(hào)與時(shí)序電路42的輸入端相連，時(shí)序電路42輸出的正向和反向控制信號(hào) 分別與驅(qū)動(dòng)電路43的控制輸入端相連，時(shí)序電路42輸出的同步信號(hào)與極性電路46的極性 選擇輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路43的驅(qū)動(dòng)電源與采樣電路44串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)電路43輸出的驅(qū)動(dòng)電 流經(jīng)過(guò)濾波電路48輸出電樞電流，采樣電路44輸出的電流采樣信號(hào)與極性電路46的輸入 端相連，采樣電路44輸出的電流采樣信號(hào)和短路信號(hào)分別與保護(hù)電路45的輸入端相連，驅(qū) 動(dòng)電路43輸出的低邊控制信號(hào)與保護(hù)電路45的屏蔽輸入端相連，保護(hù)電路45輸出的關(guān)閉 信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電路43的關(guān)閉控制輸入端相連，極性電路46輸出的反饋信號(hào)與放大電路47的 輸入端相連，放大電路47輸出電機(jī)電流信號(hào)。具體連接方式是連接線18與U9A和U9C的輸入引腳相連，U9A的輸出引腳與D5的陰極、R62的一 引腳相連，D5的陽(yáng)極、R62的另一引腳與C38的一引腳、U4的低邊和高邊輸入引腳相連，C38 的另一引腳與GND相連，U9C的輸出引腳與U9B的輸入引腳、U6的一和二模擬選擇開關(guān)的 選擇引腳相連，U9B的輸出引腳與D2的陰極、R51的一引腳相連，D2的陽(yáng)極、R51的另一引 腳與C29的一引腳、U3的低邊和高邊輸入引腳相連，C29的另一引腳與GND相連，U3的輸出 邊電源引腳與D3的陽(yáng)極、V3相連，U3的靴極電壓引腳與D3的陰極、C34的一引腳相連，U3 的源極電壓引腳與C34的另一引腳、R53的一引腳、Ql的源極、Q4的漏極、Tl的一繞組的輸 入引腳相連，U3的高邊輸出引腳與R52的一引腳相連，R52的另一引腳與R53的另一引腳、 Ql的柵極相連，Ql的漏極與Q3的漏極、T2的一輸入線的一引腳相連，T2的一輸入線的另 一引腳與V4相連，U3的低邊輸出引腳與C35和R54的一引腳相連，R54的另一引腳與R55 一引腳、Q2的柵極相連，U3的輸出邊的公共回路引腳與R56、C30和C31的一引腳相連，C30 的另一引腳與V3相連，C31的另一引腳與GND相連，U4的輸出邊電源引腳與V3、D4的陽(yáng)極 相連，U4的靴極電壓引腳與D4的陰極、C36的一引腳相連，U4的源極電壓引腳與C36的另 一引腳、R58的一引腳、Q3的源極、Q2的漏極、Tl的另一繞組的輸入引腳相連，U4的高邊輸 出引腳與R57的一引腳相連，R57的另一引腳與R58的另一引腳、Q3的柵極相連，U4的低邊 輸出引腳與C37和R59的一引腳相連，R59的另一引腳與R60的一引腳、Q4的柵極相連，U4 的輸出邊的公共回路引腳與R61、C39和C40的一引腳相連，C39的另一引腳與V3相連，C40 的另一引腳與GND相連，Q2和Q4的源極、R60、R61、R55和R56的另一引腳與T2的另一輸入 線的一引腳相連，T2的另一輸入線的另一引腳與R63的一引腳相連，R63的另一輸入引腳與 GND相連，Tl的一繞組的輸出引腳與C33和L3的一引腳相連，C33的另一引腳與GND相連， L3的另一引腳與C28的一引腳、連接線1相連，Tl的另一繞組的輸出引腳與C32和L2的一 引腳相連，C32的另一引腳與GND相連，L2的另一引腳與C28的另一引腳、外殼上的連接線2 相連，C35和C37的另一引腳與R67的一引腳、Q5的柵極相連，R67的另一引腳、Q5的源極、 C42的負(fù)極、R68的一引腳與GND相連，R68的另一引腳、C42的正極與U7B的反相引腳、R66 的一引腳相連，R66的另一引腳與V2相連，T2的輸出繞組的一引腳與GND相連，T2的輸出 繞組的另一引腳與D6的陽(yáng)極相連，R63的一輸出引腳與R65和R72的一引腳相連，R63的另 一引腳與R71的一引腳相連，R65的另一引腳、D6的陰極與C41和R64的一引腳、Q5的漏極 相連，R64的另一引腳與R69的一引腳、U7B的同相引腳相連，U7B的輸出引腳、R69的另一 引腳與R70的一引腳、U3和U4的關(guān)閉輸出引腳相連，R70的另一引腳與V2相連，R72的另 一引腳與C44的一引腳、TO的一模擬選擇開關(guān)的低輸入引腳和二模擬選擇開關(guān)的高輸入引腳相連，C44的另一引腳與GND相連，R71的另一引腳與C43的一引腳、U6的一模擬選擇開 關(guān)的高輸入引腳和二模擬選擇開關(guān)的低輸入引腳相連，C43的另一引腳與GND相連，TO的一 模擬選擇開關(guān)的輸出引腳與R74的一引腳相連，R74的另一引腳與C46和R77的一引腳相 連，R77的另一引腳與C47和R78的一引腳、U8B的同相引腳相連，C47的另一引腳與GND相 連，R78的另一引腳與Vl相連，R73的另一引腳與C46的另一引腳、R75的一引腳相連，R75 的另一引腳與C45和R76的一引腳、U8B的反相引腳相連，C45和R76的另一引腳與U8B的 輸出引腳、連接線19相連，U3和U4的輸入邊電源引腳、U6的正電源引腳與V2相連，U3和 U4的輸入邊地引腳、U6的負(fù)電源引腳、禁止引腳、地引腳和三模擬選擇開關(guān)的選擇引腳、低 輸入引腳、高輸入引腳和輸出引腳與GND相連。如圖6所示，輸入接口電路27包括放大器U14A、電容器Cl C5、電阻器Rl RlO ； 位置電流信號(hào)分別與采樣電阻器的兩端相連，采樣電阻器的兩端與RC低通濾波電路的輸 入端相連，放大器、電阻器、電容器構(gòu)成差分放大電路，低通濾波器的輸出端與差分放大電 路的輸入端相連，差分放大電路輸出位置電壓信號(hào)。具體連接方式是外殼上的連接線8與R2 R5的一引腳相連，R4和R5的另一引腳與R6的一引腳 相連，R6的另一引腳與C5、C3和R9的一引腳相連，R9的另一引腳與U14A的反相引腳、RlO 和C4的一引腳相連，RlO和C4的另一引腳與U14A的輸出引腳、連接線13相連，連接線9、 R2和R3的另一引腳與Rl的一引腳相連，Rl的另一引腳與C2和R7的一引腳、C3的另一引 腳相連，C2和C5的另一引腳與GND相連，R7的另一引腳與U14A的同相引腳、R8和Cl的一 引腳相連，R8的另一引腳與Vl相連，Cl的另一引腳與GND相連。如圖7所示，延時(shí)電路28包括放大器U14B、帶寬電位器RVl、電容器C6和C7、電阻 器Rll和R12 ；電阻器、電容器、頻響電位器連接成RC低通濾波電路，放大器連接成電壓跟 隨器電路，位置電壓信號(hào)與RC低通濾波電路的輸入端相連，RC低通濾波電路的輸出端與電 壓跟隨器電路的輸入端相連，電壓跟隨器輸出目標(biāo)位置信號(hào)。具體連接方式是連接線13與Rll的一引腳相連，Rll的另一引腳與RVl的一固定端和滑動(dòng)端相連， RVl的另一固定端與C7和R12的一引腳、U14B的同相引腳相連，R12的另一引腳與C6的一 引腳相連，C6和C7的另一引腳與Vl相連，U14B的反相引腳和輸出引腳與連接線14相連， U14B的電源引腳與V3相連，U14B的地引腳與GND相連。如圖8所示，位置電路32包括放大器Ul3B、增益電位器RV2、偏置電位器RV3、二極 管D1、電容器C8、C9和C10、電阻器R13 R21 ；這些器件構(gòu)成增益可調(diào)和偏置可調(diào)控的反 向加法放大電路，目標(biāo)位置信號(hào)、電機(jī)位置信號(hào)、傳感器故障信號(hào)分別與加法放大電路的相 加端和偏置控制端相連，加法放大電路輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)。具體連接方式是連接線21與R16的一引腳、RV3的一固定端相連，RV3的另一固定端與R21的一 引腳相連，R21的另一引腳與GND相連，RV3的滑動(dòng)端與R20的一引腳相連，R20的另一引腳 與U13B的同相引腳、C9的一引腳相連，C9和R16的另一引腳與Vl相連，連接線20與C8和 R15的一引腳相連，C8的另一引腳與R14的一引腳相連，連接線14與RV2的一固定端相連， RV2的另一固定端和滑動(dòng)端與R13的一引腳相連，R13、R14和R15的另一引腳與U13B的反 相引腳、R17、R18和ClO的一引腳相連，R17的另一引腳與GND相連，ClO的另一引腳與U13B 的輸出引腳、R19的一引腳相連，R18和R19的另一引腳與Dl的陽(yáng)極、連接線15相連，Dl的陰極與V2相連。如圖9所示，轉(zhuǎn)速電路33包括放大器U13A、電容器C11、C12和C13、電阻器R22 R27 ；放大器、電阻器、電容器連接成反向加法放大電路，目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)分別 與加法放大電路的相加端相連，加法放大電路輸出目標(biāo)電流信號(hào)。具體連接方式是連接線15與R22的一引腳相連，連接線22與C12和R23的一引腳相連，C12的另 一引腳與R24的一引腳相連，R22、R23和R24的另一引腳與U13A的反相引腳、Cll和R25 的一引腳相連，Cll的另一引腳與U13A的輸出引腳、R26的一引腳相連，R25的另一引腳與 C13和R27的一引腳相連，R26、R27和C13的另一引腳與連接線16相連，U13A的同相引腳 與Vl相連，U13A的電源引腳與V3相連，U13A的地引腳與GND相連。如圖10所示，電流電路34包括放大器U8A、電容器C14 C17、電阻器R28 R33 ； 放大器、電阻器、電容器連接成具有加法構(gòu)造的反相比例微分電路，目標(biāo)電流信號(hào)、電機(jī)電 流信號(hào)、微動(dòng)電流信號(hào)分別與加法比例微分電路的相加端相連，加法比例微分電路輸出調(diào) 節(jié)信號(hào)。具體連接方式是連接線16與R31的一引腳相連，連接線19與C14和R30的一引腳相連，C14的另 一引腳與R28的一引腳相連，連接線23與C15的一引腳相連，C15的另一引腳與R32的一 引腳相連，R28、R30、R31和R32的另一引腳與U8A的反相引腳、C16和R33的一引腳相連， C16的另一引腳與U8A的輸出引腳、R29的一引腳相連，R33的另一引腳與C17的一引腳相 連，C17和R29的另一引腳與連接線17相連，U8A的電源引腳與V3相連，U8A的地引腳與 GND相連。如圖11所示，調(diào)制電路35包括比較器U10B、電阻器R34、R35和R36 ；比較器、電阻
器連接成具有正向回差的比較電路，調(diào)節(jié)信號(hào)、三角波信號(hào)分別與比較電路的比較輸入端 相連，比較電路輸出控制信號(hào)。具體連接方式是連接線24與UlOB的反相引腳相連，連接線17與R34的一引腳相連，R34的另一 引腳與UlOB的同相引腳、R35的一引腳相連，R35的另一引腳與UlOB的輸出引腳、R36的一 引腳、連接線18相連，R36的另一引腳與V2相連。如圖12所示，傳感器接口電路29包括放大器U16A、電感器Li、電容器C18、C19和 C20、電阻器R37、R38和R39 ；電源經(jīng)過(guò)LC濾波電路后與位置傳感器的電源端相連，位置傳 感器的輸出信號(hào)與RC低通濾波電路的輸入端相連，RC低通濾波電路的輸出端與電壓跟隨 器的輸入端相連，電壓跟隨器輸出電機(jī)位置信號(hào)。具體連接方式是連接線3與C18和Ll的一引腳相連，Ll的另一引腳與Vl相連，C18的另一引腳 與連接線5、GND相連，連接線4與R37和R38的一引腳相連，R37的另一引腳與R39和C19 的一引腳相連，R39的另一引腳與C20的一引腳、U16A的同相引腳相連，R38、C19和C20的 另一引腳與Vl相連，U16A的反相引腳和輸出引腳與連接線20相連，U16A的電源引腳與V3 相連，U16A的地引腳與GND相連。如圖13所示，檢測(cè)電路30包括比較器U7A、電容器C21和C22、電阻器瑞R40、R41 和R42 ；電機(jī)位置信號(hào)經(jīng)過(guò)RC低通濾波電路與比較器的同相輸入端相連，分壓電阻器的輸 出端與比較器的反相輸入端相連，比較器輸出位置傳感器故障信號(hào)。具體連接方式是連接線20與R42的一引腳相連，R42的另一引腳與U7A的同相引腳、C22的一引 腳相連，C22的另一引腳與GND相連，U7A的反相引腳與C2UR40和R41的一引腳相連，C21和R40的另一引腳與Vl相連，R41的另一引腳、U7A的地引腳與GND相連，U7A的電源引腳 與V3相連。如圖14所示，微分電路31包括放大器U16B、電容器C23和C24、電阻器R43和R44 ； 放大器、電阻器、電容器連接成微分電路，電機(jī)位置信號(hào)與微分電路的輸入端相連，微分電 路輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。具體連接方式是連接線20與C24的一引腳相連，C24的另一引腳與R43的一引腳相連，R43的另一 引腳與U16B的反相引腳、C23和R44的一引腳相連，C23和R44的另一引腳與U16B的輸出 引腳、連接線22相連，U16B的同相引腳與Vl相連。如圖15所示，波形電路36包括放大器U11A、比較器U10A、反相器U9F、分頻計(jì)數(shù)器 U2、電容器C25、C26和C27、電阻器R45 R50 ；放大器連接成積分電路，比較器連接成具有 回差的與固定電壓相比較的比較電路，積分電路、比較電路和反相器連接成三角波和方波 振蕩電路，方波經(jīng)過(guò)分頻計(jì)數(shù)器分頻后輸出微動(dòng)電流信號(hào)，三角波作為三角波信號(hào)輸出。具 體連接方式是UllA的同相引腳與C27和R50的一引腳相連，R50的另一引腳與Vl相連，C27的 另一引腳與GND相連，UlIA的輸出引腳、R47和C26的一引腳與連接線24相連，R47的另一 引腳與UlOA的反相引腳、R48的一引腳相連，C26的另一引腳與UllA的反相引腳、R49的一 引腳相連，R48和R49的另一引腳與U9F的輸出引腳、U2的時(shí)鐘引腳相連，UlOA的同相引腳 與C25和R45的一引腳相連，R45的另一引腳與Vl相連，C25的另一引腳與GND相連，UlOA 的輸出引腳與U9F的輸入引腳、R46的一引腳相連，R46的另一引腳與V2相連，U2的六十四 分頻輸出引腳與連接線23相連，U2的電源引腳與V2相連，U2的清零引腳和地引腳、UlOA 和UllA的地引腳與GND相連，UlOA和UllA的電源引腳與V3相連。如圖16所示，窗口電路37包括放大器U12A和U12B、比較器U15A和U15B、反相器 U9D和U9E、二極管D7和D8、電容器C48 C55、電阻器R79 R93 ；這些元器件連接成窗口 選擇電路和窗口限幅電路，電機(jī)電流信號(hào)與窗口選擇電路的輸入端相連，窗口選擇電路的 輸出端與窗口限幅電路的輸入端相連，窗口限幅電路的雙向端口與目標(biāo)電流信號(hào)相連。具 體連接方式是連接線19與R79的一引腳相連，R79的另一引腳與C48和R80的一引腳相連，R80 的另一引腳與C49的一引腳、U15A和U15B的反相引腳相連，U15A的同相引腳與R81、C50和 R82的一引腳相連，R82的另一引腳與U15B的同相引腳、R83和C51的一引腳相連，C48 C51的另一引腳與Vl相連，U15A的輸出引腳與U9D的輸入引腳、R84的一引腳相連，U15B 的輸出引腳與U9E的輸入引腳、R87的一引腳相連，U15A的電源引腳與V3相連，U9D的電源 引腳、R83、R84和R87的另一引腳與V2相連，R81的另一引腳、U15A和U9D的地引腳與GND 相連，U9D的輸出引腳與R85的一引腳相連，R85的另一引腳與U12A的同相引腳、R86、C52 和R91的一引腳相連，U9E的輸出引腳與R89的一引腳相連，R89的另一引腳與U12B的同 相引腳、R88、C53和R93的一引腳相連，R86和R88的另一引腳與V2相連，C52和C53的另 一引腳與Vl相連，R91和R93的另一引腳與GND相連，U12A的輸出引腳與D7的陰極、C54 的一引腳相連，C54的另一引腳與U12A的反相引腳、R90的一引腳相連，U12B的輸出引腳與 D8的陽(yáng)極、C55的一引腳相連，C55的另一引腳與U12B的反相引腳、R92的一引腳相連，D7 的陽(yáng)極、D8的陰極、R90和R92的另一引腳與連接線16相連，U12A的電源引腳與V3相連，U12A的地引腳與GND相連。如圖17所示，限幅電路包括放大器、二極管、電阻器、電容器；這些元器件連接成 窗口限幅電路，窗口限幅電路的雙向端口與調(diào)節(jié)信號(hào)相連。具體為限幅電路38包括放大器U5A和U5B、二極管D9和D10、電容器C56 C60、電阻器 R94 R98 ；U5B的同相引腳與C57、R95和R96的一引腳相連，R95的另一引腳與V2相連， R96的另一引腳與U5A的同相引腳、C59和R97的一引腳相連，C58的一引腳、C57和C59的 另一引腳與Vl相連，C58和R97的另一引腳、U5A的地引腳與GND相連，U5B的輸出引腳與 D9的陰極、C56的一引腳相連，C56的另一引腳與U5B的反相引腳、R94的一引腳相連，U5A 的輸出引腳與DlO的陽(yáng)極、C60的一引腳相連，C60的另一引腳與TOA的反相引腳、R98的一 引腳相連，D9的陽(yáng)極、DlO的陰極、R94和R98的另一引腳與連接線17相連。
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器，其特征在于該驅(qū)動(dòng)器由殼體和內(nèi)部電路構(gòu)成，所述 的內(nèi)部電路包括電源電路05)、目標(biāo)電路(39)、反饋電路(40)、控制電路01)、H橋電路 (26)；外接的位置控制裝置(11)與目標(biāo)電路(39)的輸入端相連，外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)的位置 傳感器與反饋電路GO)的輸入端相連，所述的目標(biāo)電路(39)的目標(biāo)位置輸出端、反饋電路 (40)輸出的電機(jī)位置信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、傳感器故障輸出信號(hào)、H橋電路06)反饋輸出的 電機(jī)電流信號(hào)分別與控制電路Gl)的輸入端相連，所述的控制電路Gl)的控制輸出端與 H橋電路06)的輸入端相連，所述的H橋電路06)的電樞電流輸出端與外接的轉(zhuǎn)角電機(jī) (12)的電樞繞組相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的目標(biāo)電路 (39)包括輸入接口電路(27)、延時(shí)電路08)；外接的位置控制裝置(11)輸出的位置電流 信號(hào)與輸入接口電路07)的輸入端相連，輸入接口電路(XT)輸出的位置電壓信號(hào)與延時(shí) 電路08)的輸入端相連，延時(shí)電路08)輸出目標(biāo)位置信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的反饋電 路^))包括傳感器接口電路( )、檢測(cè)電路(30)、微分電路(31)；外接的轉(zhuǎn)角電機(jī)(12)的 位置傳感器信號(hào)與傳感器接口電路09)的輸入端相連，傳感器接口電路09)輸出電機(jī)位 置信號(hào)，電機(jī)位置信號(hào)與檢測(cè)電路(30)和微分電路(31)的輸入端相連，檢測(cè)電路(30)輸 出傳感器故障信號(hào)、微分電路(31)輸出電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的控制電 路(41)包括位置電路(32)、轉(zhuǎn)速電路(33)、電流電路(34)、調(diào)制電路(35)、波形電路(36)、 窗口電路(37)、限幅電路(38)；所述的H橋電路(26)反饋輸出的電機(jī)電流信號(hào)與窗口電路 (37)的輸入端相連，目標(biāo)位置信號(hào)、電機(jī)位置信號(hào)、傳感器故障信號(hào)分別與位置電路(32) 的輸入端相連，位置電路(3 輸出目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)、電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)分別與轉(zhuǎn) 速電路(33)的輸入端相連，轉(zhuǎn)速電路(33)輸出目標(biāo)電流信號(hào)，目標(biāo)電流信號(hào)與窗口電路 (37)的雙向端口相連，目標(biāo)電流信號(hào)、電機(jī)電流信號(hào)、波形電路輸出的微動(dòng)電流信號(hào)分別與 電流電路(34)的輸入端相連，電流電路(34)輸出的調(diào)節(jié)信號(hào)與限幅電路(38)的雙向端口 相連，調(diào)節(jié)信號(hào)、三角波信號(hào)分別與調(diào)制電路(3 的輸入端相連，調(diào)制電路(3 輸出控制 信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的H橋電 路(26)包括時(shí)序電路(42)、驅(qū)動(dòng)電路(43)、采樣電路(44)、保護(hù)電路(45)、極性電路(46)， 放大電路(47)、濾波電路08)；控制信號(hào)與時(shí)序電路G2)的輸入端相連，時(shí)序電路G2) 輸出的正向和反向控制信號(hào)分別與驅(qū)動(dòng)電路G3)的控制輸入端相連，時(shí)序電路G2)輸出 的同步信號(hào)與極性電路G6)的極性選擇輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)電源與采樣電 路G4)串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)過(guò)濾波電路0 輸出電樞電流，采樣電路 (44)輸出的電流采樣信號(hào)與極性電路G6)的輸入端相連，采樣電路G4)輸出的電流采樣 信號(hào)和短路信號(hào)分別與保護(hù)電路0 的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路輸出的低邊控制信號(hào) 與保護(hù)電路G5)的屏蔽輸入端相連，保護(hù)電路G5)輸出的關(guān)閉信號(hào)與驅(qū)動(dòng)電路G3)的關(guān) 閉控制輸入端相連，極性電路G6)輸出的反饋信號(hào)與放大電路G7)的輸入端相連，放大電 路G7)輸出電機(jī)電流信號(hào)。
專利摘要本實(shí)用新型提供的一種轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器屬于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器存在著控制不了高速、大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角電機(jī)的問(wèn)題和控制一般轉(zhuǎn)角電機(jī)在響應(yīng)大信號(hào)或突變載荷時(shí)發(fā)生振蕩的問(wèn)題。本實(shí)用新型采用轉(zhuǎn)角電機(jī)的轉(zhuǎn)角位置、轉(zhuǎn)角速度和電樞電流三重反饋控制并且對(duì)這三個(gè)反饋信號(hào)進(jìn)行了超前補(bǔ)償；位置環(huán)和速度環(huán)采用比例調(diào)節(jié)，電流環(huán)采用比例和積分調(diào)節(jié)，H橋采用雙邊雙極性驅(qū)動(dòng)方式。本實(shí)用新型解決了高速、大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角電機(jī)的控制問(wèn)題，拓展了轉(zhuǎn)角電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)器的控制范圍；解決了控制轉(zhuǎn)角電機(jī)在響應(yīng)大信號(hào)或突變載荷時(shí)發(fā)生振蕩的問(wèn)題。本實(shí)用新型系統(tǒng)增益高、積分速度快、定位精度高、無(wú)振蕩。
文檔編號(hào)H02P6/06GK201878080SQ20102059351
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者劉宏, 呂田有, 張少飛, 胡錫梅, 賈帥儒, 趙昌周, 邢寶喜, 陳志瑞, 陳艾君, 高仲山 申請(qǐng)人:大同北方天力增壓技術(shù)有限公司