[發明專利]一種利用編碼器直接輸出絕對位置的角度定位系統

有效

• 申請號: 201210351657.3
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN102891640A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 丁一明
• 申請（專利權）人: 南京中科天文儀器有限公司
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 奚幼堅

技術領域

本發明涉及旋轉角度的定位技術，尤其是一種利用旋轉編碼器直接輸出絕對位置的角度定位系統，屬于自動控制機、電一體化的技術領域。

背景技術

在目標跟蹤定位的控制系統中，常常會遇到旋轉角度的定位問題，通常這種系統包括以下幾部分：位置給定、驅動控制、執行電機、目標位置、位置鎖定以及位置反饋?(如圖1)。系統的驅動執行電動機對目標跟蹤控制的鎖定制動方法分為兩種：一種是直流電動機驅動控制（見圖2）：圖2（a）是直流電動機的模型，電樞引出導線a，b，通入電樞的脈沖電壓為Uab波形見圖2（b）。圖2表示的是當直流電壓通過a，b端將脈沖電壓Uab輸入直流電動機的電樞時，直流電動機驅動系統就實現了位置鎖定。在圖2的直流電動機位置控制的系統中，由控制器對直流電動機的電樞回路輸入一個正負（±U）變化的脈振電壓Uab，這個脈振電壓通過直流電動機的電樞形成一個正負變化的脈沖電流，這個正負變化的脈沖電流，使電動機輸出正負交替變化的正負脈沖轉矩，這個脈沖轉矩將對負載位置進行正反向的制動鎖定。另一種是三相交流異步電動機的驅動控制（見圖3）。圖3（a）是三相交流電動機的模型，三相交流異步電動機的定子A相引出線：A-x；B相引出線：B-y；C相引出線：C-z。三相交流異步電動機三相繞組的任一相通入直流電壓（電流），交流異步電動機也可實現位置鎖定。在圖3的交流異步電動機位置控制的系統中，由控制器對三相交流異步電動機的三相定子繞組中的任意一相（如：A相A-x）通入直流電壓UAx（圖3（b）），這個直流電壓通過定子繞組形成直流電流，這個通過直流電流的定子繞組將產生一個固定的直流電磁場，直流電磁場對轉子進行制動，從而實現對負載位置的鎖定。

在以上的位置鎖定的方法中,驅動電動機可以在任意位置制動，但都無法對位置辨認，所以必須由位置傳感器將位置信號反饋給系統，系統根據接收到的反饋值確定目標，并根據反饋的位置值發出指令給執行電動機，執行電動機按照系統指令向著目標方向旋轉進行調整，當系統接收到目標位置與給定位置相等時，系統將發出位置鎖定信號，鎖定在目標位置上,?完成目標定位。因交流同步電動機的轉子是磁性的，采用單相直流制動時，轉子都是鎖定在同一個位置上，鎖定位置不可變。所以不被采用。

以上的控制方法除了交流同步電動機，都能夠較好的實現系統位置驅動及鎖定的控制，但是由于系統的位置完全依賴于位置反饋檢測的信號，根據檢測結果進行定位及目標追蹤控制。因跟蹤定位控制系統的制動，是用單方向的磁場鎖定而實現的。以上的控制方法在實際系統運行過程中還存在以下問題：

（1）目標跟蹤定位控制系統的驅動執行電動機（直流電動機采用的是高速正反向平衡轉矩，三相交流異步電動機采用單向繞組通電）采用的均為單向磁場定位法鎖定角度。所以，電動機本身都沒有認知位置的能力。

（2）控制系統完全依賴位置反饋信號發出指令進行制動定位，一旦反饋信號出錯，系統位置將隨之出錯。

（3）現代控制技術對直流定位控制系統采用PWM（脈寬調速）控制，電動機鎖定電壓是通過脈沖電壓實現，由脈沖電壓產生的轉矩是正負變化的，執行電動機在驅動低慣性負載，尤其是空載運行時，往往系統會伴隨抖動現象。

（4）在系統逼近目標時，對于控制電動機要求更高，系統可能因出現爬行而錯誤的反饋位置信號，使得目標位置控制出錯。

（5）每次開機時都必須將系統歸至零位，系統要有一個復位的過程，對于快速跟蹤系統，無疑是一個及不方便的控制。

（6）執行電機不具備自鎖能力需不斷的調整正反向旋轉的位置獲得逼近目標并鎖定的目的，鎖定是一個動態過程。

（7）目前用簡單可靠的定位方法實現準確的絕對位置定位還是一個較難解決的問題。

發明內容

本發明提供一種利用編碼器直接輸出絕對位置的角度定位系統及其方法，將現有位置驅動控制系統的脈振磁場定位改進設計為合成磁場多點定位。

?本發明采取的技術方案是：

一種利用編碼器直接輸出絕對位置的角度定位系統，其特征是：設有作為位置信號發生器的三相正弦波位置編碼器、含有三對差分輸入、互補輸出的功率放大器的三相驅動控制器以及三相永磁同步電動機，三相正弦波位置編碼器輸出三個之間相位互差120°的三對正弦波差分信號分別連接三對差分輸入、互補輸出的功率放大器，三對差分輸入、互補輸出功率放大器的輸出分別連接三相永磁同步電動機的三相電源輸入端。