平面懸浮電機與其微處理器控制的製作方法

2023-06-01 16:41:46 1

專利名稱：平面懸浮電機與其微處理器控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機的控制。
平面懸浮電機的現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感應出轉子磁環磁場位置信號，經處理放大後送到驅動電路驅動平面懸浮電機旋轉。電機測速磁頭測得平面懸浮電機的轉速信號，經放大整形後送到鑑頻器與基準頻率進行比較。鑑頻器的輸出經低通濾波器濾波後輸出直流控制信號，經放大後送到力矩控制電路。力矩控制電路控制閉環放大倍數的大小，達到控制平面懸浮電機轉速的目的。增益選擇電路用來選擇平面懸浮電機的運行速度。這種控制方式的控制電路相當複雜，電路功耗大、可靠性差，控制參數無法調節，且控制方式單一。它只能控制平面懸浮電機運行於直流伺服電機方式，使平面懸浮電機的使用場合受到限制。
本發明的目的是提供一種平面懸浮電機的微處理器控制裝置，它可使平面懸浮電機運行於無刷直流電機狀態、或交流同步電機狀態、或步進電機狀態，並具有良好的起動、制動、調速、穩速性能及方便地實現正反轉運行。此外微處理器還可控制平面懸浮電機實現超低速同步運行。
本發明的目的是這樣實現的平面懸浮電機的微處理器控制是由可編程微處理器，與平面懸浮電機相數相對應的兩個或三個D/A轉換器、兩個或三個放大及控制單元、兩個或三個連接定子繞組的功率放大器、兩個或三個繼電器J組成。繼電器J控制功率放大器與對應的D/A轉換器或放大及控制單元的導通，繼電器J由微處理器控制。
本發明具有下列優點
1.使平面懸浮電機集無刷直流電機、交流同步電機、步進電機功能於一身，能以各種運行方式進行工作，來滿足不同場合的需求;這特別適用於需要直接驅動的場合使用，如高級音響設備的電唱機、錄音機，視頻設備的錄像機，儀器儀表等。
2.使用微處理器控制，使硬體邏輯最大限度地減少，並大大地提高了其可靠性。
3.用軟體技術控制平面懸浮電機的快速起動、制動及正轉或反轉，無需增加相應的硬體電路。
4.用微處理器產生的波形，可通過軟體不受限制地設置各種頻率和幅值。
5.其參數用數位訊號處理技術加以設定、調整，從而獲得最佳的控制性能。
6.轉速穩定異步狀態下比例積分微分調節即PID調節使平面懸浮電機具有良好的穩速性能;同步狀態下其轉速穩定度則具有和晶體振蕩頻率相同的數量級。
以下將結合附圖對發明作進一步的詳細描述。


圖1是本發明的方框結構示意圖;
圖2是圖1的線路原理圖;
圖3是現有技術線路原理方框圖。
參照圖1、圖2，可編程微處理器IC1是單片微處理器1。可編程微處理器可以是由微處理器、數據鎖存器和可編程程序存儲器組成的微處理器系統。集成電路IC4、IC，及運算放大器A1、A2組成兩路8位D/A轉換器2。運算放大器A3、A4構成兩相霍爾元件H信號的放大及控制單元3。運算放大器A5、A6、三極體BG1～BG8等構成二路功率放大器4，給兩相定子繞組輸出功率信號。在異步狀態下，繼電器J的J2-1、J2-2吸合。單片微處理器通過多路模擬開關S10～S17、S20～S27控制霍爾元件H輸出信號閉環放大倍數的大小、來調節平面懸浮電機5的轉速。霍爾元件H感應到的平面懸浮電機5轉速信號，再經集成電路IC2、IC3、IC7、IC8整形後送到單片微處理器，亦即是送到集成電路IC1。在同步狀態下，繼電器J的J1-1、J1-2吸合。此時單片微處理器輸出兩相變頻信號，經D/A轉換器2、功率放大器4放大後輸出給兩相定子繞組。當單片微處理器控制繼電器J接通對應的功率放大器4與放大及控制單元3時，平面懸浮電機5即可運行於無刷直流電機狀態，同時可進行良好的調速和穩速。這是由單片微處理器閉環控制方式實現的。起動時閉環放大倍數為最大，平面懸浮電機5可快速起動。單片微處理器根據霍爾元件H的輸出信號，計算出平面懸浮電機的運行速度，並將測速值與程序中速度給定值相比較，把轉速誤差按電機的控制要求經運算後，送到相應的放大及控制單元3以調節電機定子繞組的電流，使平面懸浮電機5的轉速穩定在給定值上。單片微處理器輸出信號可控制霍爾元件H的電流方向，從而控制平面懸浮電機5的正反轉向。當單片微處理器控制繼電器J接通對應的功率放大器4與D/A轉換器2時，平面懸浮電機5即可運行於交流同步電機狀態、或步進電機狀態。單片微處理器輸出兩相相位差為90°的交流信號，分別經兩個D/A轉換器變換後，送到相應的功率放大器4，兩個功率放大器4輸出的交流信號，再加到相應的定子繞組上，產生旋轉磁場，驅動轉子磁環旋轉。這又可分為以下三種情況(一)低速運行，要求平面懸浮電機5轉速在1000rpm以下時，採用變頻起動同步運行方式。此時單片微處理器輸出兩相相位差為90°的正弦信號，平面懸浮電機可從120rpm8Hz直接起動後，按起動曲線變頻升高頻率，直到平面懸浮電機5運行在額定轉速上。當微處理器輸出兩相超低頻交流信號時，可驅動電機實現超低速同步穩定運行。如果使單片微處理器輸出的兩相正弦信號的相位差為270°，即可使平面懸浮電機5反轉。(二)高速運行，要求平面懸浮電機5轉速超過1000rpm時，採用異步起動同步運行方式。此時單片微處理器先控制繼電器J2-1、J2-2吸合，接通對應功率放大器4與放大及控制單元3，使平面懸浮電機5以異步方式快速起動。同時，單片微處理器檢測霍爾元件H輸出信號所反應出的平面懸浮電機5的轉速和定子繞組電流的相位。當平面懸浮電機運行到接近轉速給定值，並達到電流同相點時，單片微處理器即控制繼電器J1-1、J1-2吸合，並通過D/A轉換器2輸出兩相交流信號給功率放大器4。當平面懸浮電機5實現同步穩定運行後，單片微處理器控制J2-1、J2-2斷開以切斷異步信號，使平面懸浮電機5同步運行於給定轉速上。實際上當平面懸浮電機5異步起動速度達到給定轉速的96%後，即可可靠地切入同步運行狀態;在完全實現同步之前，異步信號和同步信號一起作用於定子繞組。單片微處理器通過程序控制霍爾元件H的電流方向及兩相交流信號的相位，可使平面懸浮電機5實現正反轉起動和運行。(三)當單片微處理器輸出細分步進控制信號時，平面懸浮電機5即可運行於步進電機狀態。平面懸浮電機5的制動方式有(一)摩擦制動此時定子繞組完全斷電，J1-1、J1-2、J2-1、J2-2均斷開，這適合於小慣量負載。(二)快速定位制動由單片微處理器控制，根據定位的需要，分別給兩個定子繞組輸入一定的電流來實現此種制動方式。(三)反接制動由單片微處理器控制，使平面懸浮電機5改變旋轉方向。所編程序可控制制動時間的長短和制動電流的大小。反接制動時，平面懸浮電機5均處於無刷直流電機狀態，此種制動方式適合於大慣量負載的快速制動。
單片微處理器的軟體功能按控制系統的要求及性能設計，主要有(一)實現平面懸浮電機5無刷直流狀態時的閉環控制，軟體精確地計算出平面懸浮電機5的轉速。電機轉速誤差按比例積分微分公式即PID方式進行運算處理。(二)平面懸浮電機5運行於交流同步狀態時，用來產生可變頻變幅的正餘弦信號。正餘弦函數值及變頻起動曲線根據不同的負載、運行速度及精度要求，以表格的形式存於存儲器中。這種方式加快了程序運行速度，以滿足快速變頻實時控制的要求。(三)根據不同的要求使平面懸浮電機5實現各種起動、制動方式及正反轉運行。(四)當負載發生故障時，平面懸浮電機5能自動鎖定，並給出提示信號。
圖3所示，5-平面懸浮電機，放大與驅動電路由6-位置信號處理電路、7-放大電路、8-驅動電路組成，控制電路由9-測速磁頭、10-放大電路、11-整形電路、12-計數器、13-鑑頻器、14-標準頻率發生器、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。
權利要求
1.一種平面懸浮電機與其微處理器控制包括平面懸浮電機，本發明的特徵在於由可編程微處理器[1]，與平面懸浮電機相數相對應的兩個或三個D/A轉換器[2]、兩個或三個放大及控制單元[3]、兩個或三個連接定子繞組的功率放大器[4]、兩個或三個繼電器J組成；控制功率放大器[4]與對應的D/A轉換器[2]或放大及控制單元[3]的導通的、是微處理器[1]控制的繼電器J。
2.根據權利要求1所述的平面懸浮電機與其微處理器控制，其特徵在於可編程序微處理器〔1〕是單片微處理器。
3.根據權利要求1或2所述的平面懸浮電機的微處理器控制，其特徵在於可編程微處理器可以是由微處理器、數據鎖存器和可編程程序存儲器組成的微處理器系統。
全文摘要
一種平面懸浮電機與其微處理器控制，由微處理器、D/A轉換器、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運行於無刷直流電機狀態、交流同步電機狀態、步進電機狀態；還可使該電機具有良好的起動、制動、調速、穩速性能；又可方便地實現正反轉。這種控制技術亦可適用於其它類型電機的控制。
文檔編號H02P7/00GK1053976SQ9010068
公開日1991年8月21日 申請日期1990年2月10日 優先權日1990年2月10日
發明者陳孝榕, 王文榮 申請人:浙江大學