[發(fā)明專利]一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810224576.0
• 申請(qǐng)日: 2008-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN101478279A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃強(qiáng);段星光;李建璽;李科杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京華凱匯信息科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P6/06
• 分類號(hào): H02P6/06;H02P6/18
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 何文彬

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(也稱為光電碼盤)、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，再通過一定的控制方法來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制，其驅(qū)動(dòng)器沒有直接測速的動(dòng)能。

光電碼盤測速的原理是光源發(fā)出恒定的光，光調(diào)制器根據(jù)被測轉(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，形成一個(gè)個(gè)電脈沖，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到被測轉(zhuǎn)速。還有用霍爾元件來進(jìn)行測速的，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)可以改變通過霍爾芯片的磁通量，霍爾芯片可以輸出類似正弦的波形。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、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)盡量簡單、接線盡量簡化的場合，探索一種直接測速并對(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；

所述測量模塊與直流電機(jī)相連，用于測量直流電機(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；

設(shè)E_a為直流電機(jī)反電動(dòng)勢，V_a為電機(jī)電樞兩端的端電壓，I_a為電機(jī)電樞電流，K_E為反電動(dòng)勢常數(shù)，R_a是電機(jī)電樞電阻；

E_a＝V_a-R_aI_a；

電機(jī)轉(zhuǎn)速求解電路，用于根據(jù)所述電機(jī)反電動(dòng)勢求解電路求解出的電機(jī)反電動(dòng)勢，按照如下公式計(jì)算直流電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速；

設(shè)n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，n＝E_a/K_E。

一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方法，所述方法包括：

測量直流電機(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；

設(shè)E_a為直流電機(jī)反電動(dòng)勢，V_a為電機(jī)電樞兩端的端電壓，I_a為電機(jī)電樞電流，K_E為反電動(dòng)勢常數(shù)，R_a是電機(jī)電樞電阻；