一種直流電機補償控制電路的製作方法

2023-09-16 07:27:15 1

專利名稱：一種直流電機補償控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流電機補償控制電路。
技術背景直流電機補償控制電路， 一般包括測速電路、速度指令調速電路及驅動 緩沖制動電路。傳統的測速電路需要一個外部物理傳感器來測量電機轉速， 傳感器的輸出信號還需要經過解調和濾波電路處理才能得到可用的速度信 號，電路複雜，所需器件多，成本高，速度信號準確性不高。傳統的速度指 令調速電路採用開環P麗電路，電路複雜，所需器件多，成本高，速度控制 存在靜態誤差。傳統的驅動緩沖制動電路沒有採用半導體開關，開關速度慢， 接近US，開關功耗大。 發明內容本發明提供一種直流電機補償控制電路，其克服了現有的直流電機補償 控制電路所存在的不足。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 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，該第一運算放大器採集直流電 機二端的對地電壓信號U1、 U2，並產生速度測試信號Uv; 一速度指令閉環調速電路，它包括一速度指令調理電路，它包括一第一比較電路及一第二比較電路， 該第一比較電路用於將速度指令信號電壓整流為單極性電平並輸出電機 正反轉控制信號，該第二比較電路用於將整流後的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv範圍規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，並產生控制半導體開關器件的脈沖 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反饋控制；一驅動緩沖制動電路，它連接速度指令控制電路和直流電機，它包括有 半導體開關器件，其中，該速度指令控制電路的脈衝信號控制驅動緩衝制動 電路的半導體開關器件以驅動緩衝制動直流電機。本發明一較佳實施例中，該測速電路還包括一平滑電路，它連接第一運 算放大器，用於平滑第一運算放大器動態特性。本發明一較佳實施例中，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範圍。本發明 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幹擾，以消除自 激幹擾。本發明 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和 短路控制電路，它連接誤差》i:大器。本發明一較佳實施例中，該驅動緩沖制動電路，它包括一開關快速驅動電路，它包括三極體T2、 二極體D7及電容C13，該開關 快速驅動電路開通時直接通過加速電容C13和D7加速開通，開關快速驅動電 路關斷時由T2導通，C13反壓快速關斷；一電機制動電路，它包括一半導體開關Nl及一半導體開關Pl，該直流電動機高速運轉時，Nl基本不起作用，當直流電動積在低速狀態時或要求降 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。本發明一較佳實施例中，該電機制動電路還包括一瞬態電壓抑制二極體 TVS,它連接開關快速驅動電路，以用來保護半導體開關的驅動極。本技術方案與背景技術相比本測速電路實現簡單，對於特定的直流電 機只要知道電機的特性參數，經過參數配置就可測量到電機的速度，特別對 於Ta時間常數小的小功率直流電動機具有滿意的測速性能.採用了比例積分 調節閉環反饋控制，使得速度控制無靜態誤差。採用簡單的提升電路來展寬 P麗的控制範圍，而常規多採用負電源偏置。輸出旁路驅動，消除了晶片自身 的共地耦合幹擾，消除了因此而產生的自激幹擾，與傳統這類晶片控制相比， 使得直流電動機在低速控制下有極好的平穩性，功耗低。傳統的過栽保護為 恆流保護，4艮容易在恆流點發生高頻開關控制切換，導致開關晶片發熱量大， 需要大功率的散熱器，本電路釆用施密特保護不會產生高頻開關保護動作， 死區控制使得開關功耗比正常工作時還低。與傳統開環PWM速度控制相比， 採用單電源進行速度指令的調理，並且同時輸出極性信號，電路簡單可靠。 本電路實現了半導體開關速度快，開關速度低達幾十ns，傳統驅動方式的開 關速度接近us，因而本電路開關功耗大大降低，對散熱要求降低；本電路設 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，低速平穩性較傳統的優勢明顯。 附閨說明下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。圖l是本發明一較佳實施例的補償控制電路的電路圖。圖2是本發明一較佳實施例的測速電路的電路圖。圖3是本發明一較佳實施例的速度指令調理電路的電路圖。 圖4是本發明 一較佳實施例的速度指令控制電路的電路圖. 圖5是本發明一較佳實施例的驅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 指令閉環調速電路及一驅動緩衝制動電路。該速度指令閉環調速電路包括一 速度指令調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。該第一運算放大器採集直流電機二端的對地電壓信 號Ul、 U2，並產生速度測試信號Uv。該Rl、 2、 3、 4、 5、 6、 8、 Cl、 2、 4 組成平滑電路，用於平滑第一運算放大器動態特性。本測速電路的工作原理 為根據直流電機的電樞方程由上述方程可以得到電機的轉速公式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，那麼電機的轉速7>式為上式中，U是電機兩端電壓，i是電機電樞電流，由於都是電量可以很容 易測量，Ra， Ka對於特定電機來說是固定值，因而根據上式可以設計出相應 的測速電路。formula see original document page 8Rc為電流採樣電阻，對特定的電機，合理配置圖中的R1至R6電阻與相 應的Ka， Ra， Rc匹配即可得到相應的測速信號。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、 二極體D1、 2、穩壓二極體Z2、電抗W1。該第二運算放大器Al採集輸入 的速度指令信號電壓Vref、正反轉控制信號，而且，該第二運算放大器A1配 合二極體、穩壓二極體實現整流與極性鑑別，將Vref外部給定範圍為+Z-10V 整流為單極性電平，並輸出電機的正反轉控制信號。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用於將整流後 的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv範圍規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、 一輸出旁路驅動電路、 一電流過載保護和短路控制電路。 該誤差放大器採用PWM晶片TL494;該比例積分電路包括R10和C5;該提升 電路包括三極體T1、電容C8;該輸出旁路驅動電路包括二極體D6;該電流過 載保護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晶片TL494。其中，該誤差放大器與比例積分電路組成閉環反饋控制，以使得最終的速JL^饋控制沒有靜態誤差。該由三極體Tl構成的穩壓電路，能夠提升TL494的管腳pin7的參考電 位，能夠將P麗控制範圍從9(W展寬到100%。該TL494的PWM脈衝輸出由旁路D6 二極體驅動，不僅提高了脈沖的驅動 能力，而且從根本上消除了對反饋誤差信號的耦合幹擾。該電流過栽保護和短路控制電路和晶片TL494配合，組成施密特比較觸 發器，施密特的回滯死區使得觸發保護可靠穩定。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。該驅動緩沖制動電路，請查閱圖5，它包括一開關快速驅動電路、 一電 機制動電路。該開關快速驅動電路包括三極體T2、 二極體D7、電容C13、 R18、 19、穩壓二極體Zl、瞬態電壓抑制二極體TVS。該開關快速驅動電路開通時 直接通過加速電容C13和D7加速開通，開關快速驅動電路關斷時由T2導通， C13反壓快速關斷。該瞬態電壓抑制二極體TVS連接開關快速驅動電路，以用 來保護半導體開關的驅動極。該電機制動電路包括一半導體開關Nl、 一半導 體開關P1、 RX、 RC、 C20、穩壓二極體SB560。該直流電動機高速運轉時，Nl 基本不起作用，當直流電動機在低速狀態時或要求降速時，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，僅為本發明較佳實施例而已，故不能以此限定本發明實施的 範圍，即依本發明申請專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應 仍屬^^發明專利涵蓋的範圍內。
權利要求
1.一種直流電機補償控制電路，其特徵是它包括一測速電路，它包括一第一運算放大器，該第一運算放大器採集直流電機二端的對地電壓信號U1、U2，並產生速度測試信號Uv；一速度指令閉環調速電路，它包括一速度指令調理電路，它包括一第一比較電路及一第二比較電路，該第一比較電路用於將速度指令信號電壓整流為單極性電平並輸出電機正反轉控制信號，該第二比較電路用於將整流後的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv範圍規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，並產生控制半導體開關器件的脈衝信號，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反饋控制；一驅動緩衝制動電路，它連接速度指令控制電路和直流電機，它包括有半導體開關器件，其中，該速度指令控制電路的脈衝信號控制驅動緩衝制動電路的半導體開關器件以驅動緩衝制動直流電機。
2. 根據權利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特徵是該 測速電路還包括一平滑電路，它連接第一運算放大器，用於平滑第一運算放 大器動態特性。
3. 根據權利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特徵是該 速度指令控制電路還包括一提升電路，它連接誤差放大器，以展寬脈衝信號 的控制範圍。
4. 根據權利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特徵是該速度指令控制電路還包括一輸出旁路驅動電路，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，以消除自激幹擾。
5. 根據權利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特徵是該 速度指令控制電路還包括一電流過栽保護和短路控制電路，它連接誤差放大 器。
6. 根據權利要求1所述的一種直流電機補償控制電路，其特徵是該 驅動緩沖制動電路，它包括一開關快速驅動電路，它包括三極體T2、 二極體D7及電容C13，該開 關快速驅動電路開通時直接通過加速電容C13和D7加速開通，開關快速驅動 電路關斷時由T2導通，C13反壓快速關斷；一電機制動電路，它包括一半導體開關N1及一半導體開關P1，該直流 電動機高速運轉時，Nl基本不起作用，當直流電動機在低速狀態時或要求降 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. 根據權利要求6所述的一種直流電機補償控制電路，其特徵是該 電機制動電路還包括一瞬態電壓抑制二極體TVS，它連接開關快速驅動電路， 以用來保護半導體開關的驅動極。
全文摘要
本發明公開了一種直流電機補償控制電路，它包括一測速電路、一速度指令調理電路、一速度指令控制電路及一驅動緩衝制動電路。該測速電路，它採集直流電機二端的對地電壓信號U1、U2，並產生速度測試信號Uv。該速度指令調理電路，將速度指令信號電壓整流為單極性電平並輸出電機正反轉控制信號，將整流後的速度指令信號偏置放大為與速度測試信號Uv範圍規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，並產生控制半導體開關器件的脈衝信號，該比例積分電路控制誤差放大器。該驅動緩衝制動電路的半導體開關器件受脈衝信號控制，用於驅動緩衝制動直流電機。
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 優先權日2009年5月14日
發明者吳世德, 曾維爾 申請人:漳州維德焊接技術開發有限公司