電動機轉速檢測方法和裝置製造方法
2023-11-05 20:14:37 3
電動機轉速檢測方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開一種電動機轉速檢測方法和裝置，其基於施密特觸發電路對頻率發動機發出的頻率信號進行整形，得到整形後的方波信號；將整形後得到的方波信號轉換成窄脈衝信號；並對所述窄脈衝信號進行與頻率發動機的輸出頻率行對應的ON/OFF控制，輸出鋸齒波信號或者三角波信號；然後再與轉速設定用的基準電壓信號ES進行比較，並根據比較結果控制電動機的轉速。由於信號處理過程中基本上不會產生誤差，所以能夠精確控制電動機的轉速。
【專利說明】電動機轉速檢測方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量技術，尤其涉及一種電動機轉速控制方法和裝置。
【背景技術】
[0002]電動機轉速的穩定性，對於產品的品質影響越來越明顯。要想提高電動機工作的穩定性，必須能夠正確地檢測出電動機的轉速並對其進行有效的控制。
[0003]目前檢測和控制電動機轉速一般是採用橋式伺服控制技術，橋式伺服控制系統的基本原理如圖1所示，橋式伺服控制電路應能自動調節電源電壓Eb，使橋臂輸出電壓始終保持Eab = 0，這時應有EcZEk= (R1+R2)/Rl。由於橋臂參數Rl和R2的電阻值已經確定，因此如果事先設定好了 ^值，則反電動勢E。就是確定的，也就是說，電動機的轉速N就被確定了。如果Ek不變，轉速N就會穩定不變，這樣一來就達到穩定電動機轉速的目的。改變設定電壓Ek的大小，電動機的轉速N也會隨之改變，從而可以達到調節電動機轉速的目的。
[0004]現有技術一般利用直流橋式伺服控制系統檢測和控制電動機轉速，電動機轉速控制系統的電路如圖2所示。這種電路通過設定基準電壓E1，利用可變電阻器Vk作為分壓器， 用來獲得轉速設定電壓^，繼而控制電動機的轉速。由於電動機本身的材質容易受溫度影響，隨著溫度的變化，電動機的反電動勢E。和電樞電阻都會產生較大誤差，從而導致上述現有技術的直流橋式伺服控制系統的轉速控制精度降低。
【發明內容】
[0005]為解決上述現有技術中存在的問題與缺陷，本發明提供一種電動機轉速控測方法和裝置，通過本發明，能夠將頻率發電機FG (Frequency Generator)輸出的交流頻率信號直接轉換成與之成比例的頻率信號來對電動機轉速進行檢測和控制，且信號處理過程中不會產生誤差，所以能夠精確控制電動機的轉速。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]本發明提供一種電動機轉速控制方法，其包括:
[0008]基於施密特觸發電路對頻率發動機發出的頻率信號進行整形，得到整形後的方波信號;
[0009]將整形後得到的方波信號轉換成窄脈衝信號；並對所述窄脈衝信號進行與頻率發動機的輸出頻率行對應的0N/0FF控制，輸出鋸齒波信號或者三角波信號；
[0010]將鋸齒波信號和基準電壓方波信號進行比較，得到與所述鋸齒波信號頻率一致且與所述基準電壓方波信號電壓一致的方波信號；
[0011]利用積分電路，對比較後得到的方波信號進行低通濾波處理，得到電動機頻率控制信號；
[0012]基於所述電動機 頻率控制信號對電動機轉速進行控制。
[0013]更進一步地，所述電動機轉速控制方法還包括:對所述電動機頻率控制信號進行放大；所述基於所述電動機頻率控制信號對電動機轉速進行控制的過程，具體包括:基於放大後的電動機頻率控制信號對電動機轉速進行控制。
[0014]本發明還提供一種電動機轉速控制裝置，其包括:
[0015]施密特觸發電路，適於輸入電動機頻率信號並對其整形輸出方波信號的；
[0016]連接所述施密特觸發電路輸出端，並適於將得到的方波信號轉換成窄脈衝信號， 並對所述窄脈衝信號進行與電動機的輸出頻率行對應的0N/0FF控制輸出鋸齒波或三角波 信號的單穩觸發電路；
[0017]適於獲得基準電壓方波信號的基準電壓電路；
[0018]連接所述單穩觸發電路輸出端和基準電壓電路輸出端，適於將鋸齒波信號和基準 電壓方波信號進行比較得到與所述鋸齒波信號頻率一致且與所述基準電壓方波信號電壓 一致的方波信號的比較電路；
[0019]連接比較電路另一端並適於低頻濾波的積分電路；
[0020]所述積分電路輸出端連接被控制的電動機控制端引線。
[0021]更進一步地，所述電動機轉速控制裝置還包括:放大電路，所述放大電路的一端連 接所述積分電路，另一端連接電動機轉速控制端引線。
[0022]更進一步地，所述施密特觸發電路包括:
[0023]頻率發動機，電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4，比較器Al，穩壓二極體Dl、穩壓二 極管D2 ；
[0024]頻率發動機的一端連接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端連接比較器的同相輸入 端，頻率發動機的另一端連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端連接比較器的反向輸入端， 比較器的反相輸入端連接電阻R3和穩壓二極體Dl的陰極的中間，電阻R3的另一端連接電 源VI，穩壓二極體Dl的陽極接地；比較器Al的輸出端與電阻R4和穩壓二極體D2的陽極 連接，並連接到比較器Al的同相出入端；穩壓二極體D2的陰極連接所述施密特觸發電路的 輸出端引線。
[0025]更進一步地，所述單穩觸發電路包括:
[0026]電源，三極體Trt,電容Cl，電阻R6、電阻R7，二極體D3 ；
[0027]三極體Tr1的基極連接所述施密特觸發電路的輸出端引線，三極體Tr1的發射極連 接電源，三極體Tr1的集電極引出兩條支路，一條連接電阻R6的一端，電阻R6的另一端引出 兩條支路，一條連接電阻R7的一端，另一條連接二極體D3的陽極並接地，三極體Trt的另一 條支路與電容Cl串聯，並連接電阻R7的另一端和二極體D3的陰極；電容Cl的另一端接所 述單穩觸發電路的輸出端引線。
[0028]更進一步地，所述基準電壓電路包括:
[0029]電源，穩壓二極體D2，電容C2，電阻R12、電阻R13和電阻R14 ；
[0030]電源連接電阻R14並連接三條支路，第一條連接電容C2的一端，電容C2的另一端 接地；第二條連接穩壓二極體D2的陰極，穩壓二極體D2的陽極接地；第三條與電阻R13和 電阻R12串聯，電阻R12的另一端接地；電阻R13的滑動端連接所述基準電壓電路的輸出端。
[0031]更進一步地，所述比較電路包括:
[0032]比較器A2，電阻R15;
[0033]比較器A2的同相輸入端連接所述單穩觸發電路的輸出端引線，比較器A2的反向輸入端連接所述基準電壓電路的輸出端，比較器A2的輸出端連接電阻R15並接到比較器A2 的同相輸入端和所述比較電路的輸出端引線。
[0034]更進一步地，所述積分電路包括:
[0035]電阻R17、電阻R18，電容C3 ;
[0036]電阻R18與電容C3串聯並與電阻R17並聯；所述電容C3的另一端接地，所述積分 電路的輸出端引線連接在所述電阻Rl8與電容C3之間。
[0037]更進一步地，所述放大電路包括:
[0038]達林頓三極體Trt和達林頓三極體Irf ；
[0039]達林頓三極體Trt的基極連接所述積分電路的輸出端引線，發射極連接電源，集電 極連接所述達林頓三極體Tr5的基極；所述達林頓三極體Tri的發射極連接被控制電動機的 輸入引線，集電極接地。
[0040]由本發明上述方案可以看出，本發明將頻率發電機FG處理後輸出的頻率信號直 接轉換成與之成比例的鋸齒波信號(或三角波信號)Vf，然後再與轉速設定用的基準電壓信 號Es進行比較，並根據比較結果控制電動機的轉速。由於信號處理過程中基本上不會產生 誤差，所以能夠精確控制電動機的轉速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1是現有技術中的橋式伺服控制系統的基本原理圖；
[0042]圖2是現有技術中的電動機轉速控制系統的電路圖；
[0043]圖3是一種F-V轉換電路基本原理圖；
[0044]圖4是本發明中的一種電動機轉速控制裝置的電路圖；
[0045]圖5是本發明中的一種電動機轉速控制裝置的電路的等效電路。
【具體實施方式】
[0046]為使本發明專利的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明專 利作進一步地詳細描述。
[0047]本發明提出了一種電動機轉速控制裝置，該裝置是基於F-V轉換電路來實現電動 機轉速檢測和控制的。
[0048]如圖3所不是一種F-V轉換電路。其基本原理是:從頻率發電機FG或光電編碼器 輸出交流頻率信號(轉速)，該頻率信號經過施密特觸發電路進行波形整形後，即變換成與 輸入的頻率信號成正比例的電壓信號Vf，接下來輸入到單觸發諧振振蕩器，變成具有一定 寬度的脈衝信號(單觸發的脈衝寬度設定為略小於最大輸入頻率的周期)，然後通過低通濾 波器對輸出的電壓信號Vf進行濾波。
[0049]若直接利用濾波後的電壓信號％對電動機轉速進行控制，就會影響伺服控制系統 的輸出精度。這是因為F-V轉換電路所採用的低通濾波器，該低通濾波器的積分能力有限， 所以低通濾波器的輸出的電壓信號Vf中仍然存在著一定的紋波(脈動)，假設利用電壓信號 Vf與設定的基準電壓信號直接進行比較，最後在低通濾波器積分的時候，電壓信號Vf中還 會含有較大的紋波，這樣勢必會影響伺服控制系統的輸出精度。若單純為了消除電壓信號 Vf中的紋波，則需要將低通濾波器的積分時間常數去的很大，然而這樣一來，F-V轉換環節將會造成很大的時間延遲，也就很難保證伺服控制系統的穩定性。
[0050]考慮到上述原因，本發明提出的一種電動機轉速控制裝置在利用F-V轉換電路 時，首先將頻率發動機FG輸出的信號轉換為鋸齒波(或者三角波)，然後再與基準電壓的方 波信號比較，這樣比較後輸出的方波信號的頻率是鋸齒波(或者三角波)的頻率，因此輸出 的電壓信號中的紋波會大大減少，這樣不僅能夠保證伺服控制系統的穩定性，而且也能夠 提高伺服控制系統的輸出精度。
[0051]圖4為本發明提出的一種電動機轉速控制裝置的電路示意圖，圖5為電動機轉速 控制裝置的等效電路示意圖。該電動機轉速控制裝置包括:施密特觸發電路、單穩觸發電 路、基準電壓電路、比較電路、積分電路和放大電路。
[0052]施密特觸發電路，用於輸入電動機頻率信號並對其整形輸出方波信號；
[0053]單穩觸發電路，連接於所述施密特觸發電路，用於將得到的方波信號轉換成窄脈 衝信號，並對所述窄脈衝信號進行與電動機的輸出頻率行對應的0N/0FF控制輸出鋸齒波 信號或者三角波信號；
[0054]基準電壓電路，用於獲得基準電壓方波信號；
[0055]比較電路的輸入端連接單穩觸發電路的輸出端和基準電壓電路的輸出端；比較電 路的輸出端連接積分電路；
[0056]放大電路的一端連接所述積分電路，另一端連接電動機轉速控制端。
[0057]上述施密特觸發電路包括:頻率發電機FG，電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4，比 較器Al，穩壓二極體D1、穩壓二極體D2 ;其連接關係如下:FG —端的信號連接電阻Rl的一 端，電阻Rl的另一端連接比較器Al的同相輸入端，FG的另一端的信號連接電阻R2的一端， 電阻R2的另一端連接比較器Al的反向輸入端，比較器的反相輸入端連接電阻R3和穩壓二 極管Dl的陰極的中間，電阻R3的另一端連接電源VI，穩壓二極體Dl的陽極接地。比較器 Al的輸出端與電阻R4和穩壓二極體D2的陽極連接，並連接到比較器Al的同相出入端；穩 壓二極體D2的陰極連接單穩觸發電路的輸出端引線。
[0058]單穩觸發電路包括:電源(如+12V的電源)，三極體Trt，電容Cl，電阻R6、R7，二極 管D3 ;其連接關係如下:三極體Trt的基極連接所述施密特觸發電路的輸出端引線，三極體 Trl的發射極連接電源，三極體Tr1的集電極引出兩條支路，一條連接電阻R6的一端，電阻R6 的另一端引出兩條支路，一條連接電阻R7的一端，另一條連接二極體D3的陽極並接地，三 極管Trt的另一條支路與電容Cl串聯，並連接電阻R7的另一端和二極體D3的陰極；電容 Cl的另一端接所述單穩觸發電路的輸出端引線。
[0059]基準電壓電路包括:電源(如+12V的電源)，穩壓二極體D2，電容C2，電阻R12、電 阻R13、電阻R14 ;其連接關係如下:電源連接電阻R14並連接三條支路，第一條連接電容C2 的一端，電容C2的另一端接地；第二條連接穩壓二極體D2的陰極，穩壓二極體D2的陽極接 地；第三條與電阻R13和電阻R12串聯，電阻R12的另一端接地；電阻R13的滑動端連接所 述基準電壓電路的輸出端。
[0060]比較電路包括:比較器A2，電阻R15 ;比較器A2的同相輸入端連接所述單穩觸發 電路的輸出端引線，比較器A2的反向輸入端連接所述基準電壓電路的輸出端，比較器A2的 輸出端連接電阻R15並接到比較器A2的同相輸入端和所述比較電路的輸出端引線。
[0061]積分電路包括:電阻R17、電阻R18，電容C3 ;其連接關係如下:電阻R18與電容C3串聯並與電阻R17並聯；所述電容C3的另一端接地，所述積分電路的輸出端引線連接在所 述電阻R18與電容C3之間。
[0062]放大電路包括:達林頓三極體Tri和達林頓三極體Tri ;其連接關係如下:達林頓三 極管Trt的基極連接所述積分電路的輸出端引線，發射極連接電源，集電極連接所述達林頓 三極體Tr5的基極；所述達林頓三極體Trf的發射極連接被控制電動機的輸入引線，集電極 接地。
[0063]上述一種電動機轉速控制裝置的電路的工作原理如下:
[0064]首先，利用施密特觸發電路中的運算放大器A1和晶體三極體Trt,對頻率發動機FG 發出的頻率(轉速)信號a的波形進行整形，得到的方波信號b。
[0065]整形後得到的方波信號b經單穩觸發電路(微分電路)變換成窄脈衝C。然後，由 晶體三極體Trf進行與頻率發動機FG的輸出頻率行對應的0N/0FF控制，並在1；2的集電極 端輸出鋸齒波(或三角波)，如圖中的信號d。
[0066]利用比較電路中的比較器A2,將鋸齒波(或三角波)信號d和基準電壓方波信號h 進行比較，進而得到與鋸齒波或三角波信號的頻率一致的方波信號e (基準電壓是方波信 號，與鋸齒波或三角波信號進行比較，進而得到的方波信號是基準電壓根據鋸齒波或三角 波的頻率得到的，也就是說得到的方波信號與鋸齒波或三角波信號的頻率一致)。然後，經 過電晶體Tri對方波信號e進行電平轉換，轉換為方波信號的電壓(電平轉換是針對方波信 號的電壓進行轉換，如圖中上拉電壓是12v，電平轉換之後幾乎就是12v)。
[0067]由積分電路進行積分(積分電路就是低通濾波電路，把不合適的低頻率的紋波濾 掉)，並驅動達林頓三極體對電流進行放大，然後對電動機進行恆轉速控制。
[0068]由上述實施例可以看出，本發明通過晶體三極體1；2進行與FG的輸出頻率行對應 的0N/0FF控制，並在1；2的集電極端輸出鋸齒波d，用鋸齒波信號Vf與轉速設定用的基準電 壓信號&進行比較，繼而控制電動機轉速。由於鋸齒波的顯著特性在於:信號的振幅是時間 的函數，振幅與時間之間保持嚴格的比例關係。因此，鋸齒波信號Vf與轉速設定用的基準電 壓信號Es進行比較，完全等效於輸入頻率Fin與Es所進行的直接比較，比較過程中不存在時 間上的延遲，比較之後輸出的方波信號的頻率是鋸齒波(或者三角波)的頻率，因此輸出的 電壓信號中的紋波會大大減少，電壓信號已經比較穩定，所以而後積分出來的電流也是比 較穩定的，穩定的電流經過達林頓三極體進行放大後，能穩定地控制電動機轉速。採用這種 F-V伺服控制時，低通濾波器的積分時間常數所引起的時間延遲很小，系統調整也變得簡單 方便。
[0069]雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但實施例並不是用來限定本發明的。在不 脫離本發明之精神和範圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬於本發明之保護範圍。因 此本發明的保護範圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。
【權利要求】
1.一種電動機轉速控制方法,其特徵在於,包括:基於施密特觸發電路對頻率發動機發出的頻率信號進行整形，得到整形後的方波信號;將整形後得到的方波信號轉換成窄脈衝信號；並對所述窄脈衝信號進行與頻率發動機的輸出頻率行對應的ON/OFF控制，輸出鋸齒波信號或者三角波信號；將鋸齒波信號和基準電壓方波信號進行比較，得到與所述鋸齒波信號頻率一致且與所述基準電壓方波信號電壓一致的方波信號；利用積分電路，對比較後得到的方波信號進行低通濾波處理，得到電動機頻率控制信號;基於所述電動機頻率控制信號對電動機轉速進行控制。
2.根據權利要求1所述的一種電動機轉速控制方法，其特徵在於，所述電動機轉速控制方法還包括:對所述電動機頻率控制信號進行放大；所述基於所述電動機頻率控制信號對電動機轉速進行控制的過程，具體包括:基於放大後的電動機頻率控制信號對電動機轉速進行控制。
3.一種電動機轉速控制裝置，包括:施密特觸發電路，適於輸入電動機頻率信號並對其整形輸出方波信號的；連接所述施密特觸發電路輸出端，並適於將得到的方波信號轉換成窄脈衝信號，並對所述窄脈衝信號進行與電動機的輸出頻率行對應的ON/OFF控制輸出鋸齒波或三角波信號的單穩觸發電路；適於獲得基準電壓方波信號的基準電壓電路；連接所述單穩觸發電路輸出端和基準電壓電路輸出端，適於將鋸齒波信號和基準電壓方波信號進行比較得到與所述鋸齒波信號頻率一致且與所述基準電壓方波信號電壓一致的方波信號的比較電路；連接比較電路另一端並適於低頻濾波的積分電路；所述積分電路輸出端連接被控制的電動機控制端引線。
4.根據權利要求3所述的電動機轉速控制裝置，其特徵在於，所述電動機轉速控制裝置還包括:放大電路，所述放大電路的一端連接所述積分電路，另一端連接電動機轉速控制端引線。
5.根據權利要求3或4所述的電動機轉速控制裝置，其特徵在於，所述施密特觸發電路包括:頻率發動機，電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4，比較器Al，穩壓二極體Dl、穩壓二極體D2 ；頻率發動機的一端連接電阻Rl的一端，電阻Rl的另一端連接比較器的同相輸入端，頻率發動機的另一端連接電阻R2的一端，電阻R2的另一端連接比較器的反向輸入端，比較器的反相輸入端連接電阻R3和穩壓二極體Dl的陰極的中間，電阻R3的另一端連接電源VI， 穩壓二極體Dl的陽極接地；比較器Al的輸出端與電阻R4和穩壓二極體D2的陽極連接，並連接到比較器Al的同相出入端；穩壓二極體D2的陰極連接所述施密特觸發電路的輸出端引線。
6.根據權利要求3或4所述的電動機轉速控制裝置，其特徵在於，所述單穩觸發電路包括:電源，三極體Trt,電容Cl，電阻R6、電阻R7，二極體D3 ；三極體Tr1的基極連接所述施密特觸發電路的輸出端引線，三極體Tr1的發射極連接電源，三極體Tr1的集電極引出兩條支路，一條連接電阻R6的一端，電阻R6的另一端引出兩條支路，一條連接電阻R7的一端，另一條連接二極體D3的陽極並接地，三極體Trt的另一條支路與電容Cl串聯，並連接電阻R7的另一端和二極體D3的陰極；電容Cl的另一端接所述單穩觸發電路的輸出端引線。
7.根據權利要求3或4所述的電動機轉速控制裝置，其特徵在於，所述基準電壓電路包括:電源，穩壓二極體D2，電 容C2，電阻R12、電阻R13和電阻R14 ;電源連接電阻R14並連接三條支路，第一條連接電容C2的一端，電容C2的另一端接地；第二條連接穩壓二極體D2的陰極，穩壓二極體D2的陽極接地；第三條與電阻R13和電阻R12串聯，電阻R12的另一端接地；電阻R13的滑動端連接所述基準電壓電路的輸出端。
8.根據權利要求3或4所述的電動機轉速控制裝置，其特徵在於，所述比較電路包括: 比較器A2，電阻R15 ；比較器A2的同相輸入端連接所述單穩觸發電路的輸出端引線，比較器A2的反向輸入端連接所述基準電壓電路的輸出端，比較器A2的輸出端連接電阻R15並接到比較器A2的同相輸入端和所述比較電路的輸出端引線。
9.根據權利要求3或4所述的電動機轉速控制裝置，其特徵在於，所述積分電路包括: 電阻R17、電阻R18，電容C3 ；電阻R18與電容C3串聯並與電阻R17並聯；所述電容C3的另一端接地，所述積分電路的輸出端引線連接在所述電阻R18與電容C3之間。
10.根據權利要求4所述的電動機轉速控制裝置，其特徵在於，所述放大電路包括: 達林頓三極體Trt和達林頓三極體Tri ；達林頓三極體Trt的基極連接所述積分電路的輸出端引線，發射極連接電源，集電極連接所述達林頓三極體Irf的基極；所述達林頓三極體Tri的發射極連接被控制電動機的輸入引線，集電極接地。
【文檔編號】H02P27/04GK103560743SQ201310504704
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】嚴敢, 王啟銀, 趙銳, 尚文, 薛輝, 王震, 李增強 申請人:國家電網公司, 山西省電力公司大同供電分公司