專利名稱：一種利用編碼器直接輸出絕對(duì)位置的角度定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)角度的定位技術(shù)，尤其是一種利用旋轉(zhuǎn)編碼器直接輸出絕對(duì)位置的角度定位系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制機(jī)、電一體化的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在目標(biāo)跟蹤定位的控制系統(tǒng)中，常常會(huì)遇到旋轉(zhuǎn)角度的定位問(wèn)題，通常這種系統(tǒng)包括以下幾部分位置給定、驅(qū)動(dòng)控制、執(zhí)行電機(jī)、目標(biāo)位置、位置鎖定以及位置反饋(如圖I)。系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的鎖定制動(dòng)方法分為兩種一種是直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制(見(jiàn)圖2):圖2 Ca)是直流電動(dòng)機(jī)的模型，電樞引出導(dǎo)線a，b，通入電樞的脈沖電壓為Uab波形見(jiàn)圖2 (b)。圖2表示的是當(dāng)直流電壓通過(guò)a，b端將脈沖電壓Uab輸入直流電動(dòng)機(jī)的電樞時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就實(shí)現(xiàn)了位置鎖定。在圖2的直流電動(dòng)機(jī)位置控制的系統(tǒng)中，由控制器對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路輸入一個(gè)正負(fù)(土U)變化的脈振電壓Uab,這·個(gè)脈振電壓通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)的電樞形成一個(gè)正負(fù)變化的脈沖電流，這個(gè)正負(fù)變化的脈沖電流，使電動(dòng)機(jī)輸出正負(fù)交替變化的正負(fù)脈沖轉(zhuǎn)矩，這個(gè)脈沖轉(zhuǎn)矩將對(duì)負(fù)載位置進(jìn)行正反向的制動(dòng)鎖定。另一種是二相交流異步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制(見(jiàn)圖3)。圖3 (a)是二相交流電動(dòng)機(jī)的模型，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的定子A相引出線A-x出相引出線B_y ;(相引出線C-Z0三相交流異步電動(dòng)機(jī)三相繞組的任一相通入直流電壓(電流),交流異步電動(dòng)機(jī)也可實(shí)現(xiàn)位置鎖定。在圖3的交流異步電動(dòng)機(jī)位置控制的系統(tǒng)中，由控制器對(duì)三相交流異步電動(dòng)機(jī)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(gè)直流電壓通過(guò)定子繞組形成直流電流，這個(gè)通過(guò)直流電流的定子繞組將產(chǎn)生一個(gè)固定的直流電磁場(chǎng)，直流電磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行制動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載位置的鎖定。在以上的位置鎖定的方法中，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以在任意位置制動(dòng)，但都無(wú)法對(duì)位置辨認(rèn)，所以必須由位置傳感器將位置信號(hào)反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)接收到的反饋值確定目標(biāo)，并根據(jù)反饋的位置值發(fā)出指令給執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，執(zhí)行電動(dòng)機(jī)按照系統(tǒng)指令向著目標(biāo)方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)系統(tǒng)接收到目標(biāo)位置與給定位置相等時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出位置鎖定信號(hào)，鎖定在目標(biāo)位置上，完成目標(biāo)定位。因交流同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是磁性的，采用單相直流制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子都是鎖定在同一個(gè)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(dòng)機(jī)，都能夠較好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置驅(qū)動(dòng)及鎖定的控制，但是由于系統(tǒng)的位置完全依賴于位置反饋檢測(cè)的信號(hào)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行定位及目標(biāo)追蹤控制。因跟蹤定位控制系統(tǒng)的制動(dòng)，是用單方向的磁場(chǎng)鎖定而實(shí)現(xiàn)的。以上的控制方法在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中還存在以下問(wèn)題
(I)目標(biāo)跟蹤定位控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)(直流電動(dòng)機(jī)采用的是高速正反向平衡轉(zhuǎn)矩，三相交流異步電動(dòng)機(jī)采用單向繞組通電)采用的均為單向磁場(chǎng)定位法鎖定角度。所以，電動(dòng)機(jī)本身都沒(méi)有認(rèn)知位置的能力。(2)控制系統(tǒng)完全依賴位置反饋信號(hào)發(fā)出指令進(jìn)行制動(dòng)定位，一旦反饋信號(hào)出錯(cuò)，系統(tǒng)位置將隨之出錯(cuò)。
(3)現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)直流定位控制系統(tǒng)采用PWM (脈寬調(diào)速)控制，電動(dòng)機(jī)鎖定電壓是通過(guò)脈沖電壓實(shí)現(xiàn)，由脈沖電壓產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是正負(fù)變化的，執(zhí)行電動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)低慣性負(fù)載，尤其是空載運(yùn)行時(shí)，往往系統(tǒng)會(huì)伴隨抖動(dòng)現(xiàn)象。(4)在系統(tǒng)逼近目標(biāo)時(shí)，對(duì)于控制電動(dòng)機(jī)要求更高，系統(tǒng)可能因出現(xiàn)爬行而錯(cuò)誤的反饋位置信號(hào)，使得目標(biāo)位置控制出錯(cuò)。(5) 每次開(kāi)機(jī)時(shí)都必須將系統(tǒng)歸至零位，系統(tǒng)要有一個(gè)復(fù)位的過(guò)程，對(duì)于快速跟蹤系統(tǒng)，無(wú)疑是一個(gè)及不方便的控制。(6)執(zhí)行電機(jī)不具備自鎖能力需不斷的調(diào)整正反向旋轉(zhuǎn)的位置獲得逼近目標(biāo)并鎖定的目的，鎖定是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。(7)目前用簡(jiǎn)單可靠的定位方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的絕對(duì)位置定位還是一個(gè)較難解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種利用編碼器直接輸出絕對(duì)位置的角度定位系統(tǒng)及其方法，將現(xiàn)有位置驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的脈振磁場(chǎng)定位改進(jìn)設(shè)計(jì)為合成磁場(chǎng)多點(diǎn)定位。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種利用編碼器直接輸出絕對(duì)位置的角度定位系統(tǒng)，其特征是設(shè)有作為位置信號(hào)發(fā)生器的三相正弦波位置編碼器、含有三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器的三相驅(qū)動(dòng)控制器以及三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，三相正弦波位置編碼器輸出三個(gè)之間相位互差120°的三對(duì)正弦波差分信號(hào)分別連接三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器，三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出功率放大器的輸出分別連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相電源輸入端。所述三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器的結(jié)構(gòu)相同，每對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器均包括兩個(gè)NPN三極管，其中一個(gè)三極管的集電極連接電源VCC正端，基極連接三相正弦波位置編碼器輸出的其中一相正弦波的正半周信號(hào)，發(fā)射極與另外一個(gè)三極管的集電極互連，另外一個(gè)三極管的發(fā)射極連接電源VCC負(fù)端，基極連接同相正弦波的負(fù)半周信號(hào)，兩三極管之間的發(fā)射極與集電極互連端連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)其中一相的定子線圈，另外兩對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器中兩三極管的發(fā)射極與集電極互連端分別連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)另外兩相的定子線圈。根據(jù)交流同步電動(dòng)機(jī)的自然機(jī)械特性，采用交流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的理論，將原有的通入一相線圈產(chǎn)生的單向直流磁場(chǎng)，改變?yōu)樵谕粓A周上同時(shí)供給三相的磁場(chǎng)，利用永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的直接磁性偶合，產(chǎn)生一個(gè)固定的定位磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)位置磁場(chǎng)的直接鎖定，具體方法是三相正弦波位置編碼器輸出三個(gè)之間相位互差120°的三對(duì)正弦位置差分信號(hào)分別給三個(gè)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器進(jìn)行放大后輸出三個(gè)之間相位互差120°的三相電流分別給三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相定子線圈，產(chǎn)生三個(gè)不同方向的定子磁場(chǎng)，并合成為一個(gè)方向磁場(chǎng)與三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子磁性偶合，轉(zhuǎn)子將按照同性相斥異性相吸的原理旋轉(zhuǎn)至由定子磁場(chǎng)指定的位置并鎖定。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果本發(fā)明采用交流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的理論，將原來(lái)的通入一相線圈產(chǎn)生的單向直流磁場(chǎng)，改變?yōu)樵谕粓A周上同時(shí)供給三個(gè)方向(三相)的磁場(chǎng)，利用永磁同步電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的直接磁性偶合，產(chǎn)生一個(gè)固定的定位磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)位置磁場(chǎng)的直接鎖定。定位鎖定的三相線圈的鎖定電壓按照正弦交流電的電壓變化規(guī)律，線性的改變?nèi)齻€(gè)方向驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的大小數(shù)值，位置磁場(chǎng)的方向?qū)l(fā)生變化，三個(gè)方向磁場(chǎng)合成后的位置磁場(chǎng)直接對(duì)同步電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行控制。因交流同步電動(dòng)機(jī)在自然狀態(tài)下運(yùn)行，就具備的磁場(chǎng)定位特性(因?yàn)槎?、轉(zhuǎn)子均有磁場(chǎng))，只要對(duì)定子進(jìn)行位置控制，即可直接對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行鎖定，獲得理想的系統(tǒng)位置值。本發(fā)明為直接輸出絕對(duì)位置的定位系統(tǒng)。用三相正弦波編碼器提供正弦波位置信號(hào)為基準(zhǔn)，利用三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)自然定位的特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)永磁同步電動(dòng)機(jī)三相定子電流值，即可獲得對(duì)轉(zhuǎn)子絕對(duì)位置的控制。方法簡(jiǎn)單，使用方便，定位速度快，定位不受到反饋位置值的限制定位精度也可提高。


圖I是現(xiàn)有目標(biāo)跟蹤定位的控制系統(tǒng) 圖2是直流驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)制動(dòng)示意圖；
圖3是交流驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)制動(dòng)示意 圖4是本發(fā)明目標(biāo)跟蹤定位系統(tǒng) 圖5 Ca)是三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行模型；
圖5 (b)是三相電動(dòng)機(jī)繞組為Y型連接的接線 圖5 (c)、5 (d)分別是同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，通入三相線圈的電流波形.iA、iB、iC及電壓波形U、V、W ;
圖6是同步電機(jī)轉(zhuǎn)子鎖定在G角度時(shí)，電機(jī)A、B、C三相線圈通入按照正弦規(guī)律變化的直流電流值以及同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子被鎖定的角度位置；
圖7 (a)是本發(fā)明系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)圖、7 (b)電路圖，圖7 (c)是機(jī)械角G鎖定值在0°位時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)三相線圈的電流波形 圖8是機(jī)械角G鎖定值在0°位時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)三相線圈的電流情況 圖9是機(jī)械角G鎖定值在60°位時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)三相線圈的電流情況 圖10是是機(jī)械角G鎖定值在120°位時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)三相線圈的電流情況圖。
具體實(shí)施例方式如圖4，本發(fā)明系統(tǒng)包括作為位置信號(hào)發(fā)生器的三相正弦波位置編碼器、含有三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出功率放大器的三相驅(qū)動(dòng)控制器以及三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，三相正弦波位置編碼器輸出三個(gè)之間相位互差120°的正弦波差分信號(hào)U、V、w分別連接三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器的輸入端，三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出功率放大器的輸出分別連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相電源輸入端(可任意連接其中一相)。三相正弦波位置編碼器輸出三個(gè)之間相位互差120°的正弦位置差分信號(hào)U、V、w分別給三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器進(jìn)行放大后輸出三個(gè)之間相位互差120°的三相電流分別給三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相定子線圈(可任意連接其中一相)，產(chǎn)生三個(gè)不同方向的定子磁場(chǎng)，并合成為一個(gè)方向磁場(chǎng)與三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子磁性偶合，轉(zhuǎn)子將按照同性相斥異性相吸的原理旋轉(zhuǎn)至由定子磁場(chǎng)指定的位置并鎖定。圖5. a)是三相同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的模型(正弦波編碼器旋轉(zhuǎn)的位置角用G表示，三相電動(dòng)機(jī)繞組有Y型和Λ型兩種的連接方法對(duì)運(yùn)行無(wú)影響，Α、B、C引出)。當(dāng)采用Y型連接時(shí)(圖5b )，A、B、C分別為為電機(jī)三相繞組，A首端X尾端，A-x為A相線圈，B-y為B相線圈，C-z為C相線圈，xyz短接。圖5d)是正弦波編碼器輸出的三組相差120° (U、V、W)的位置信號(hào)。圖5c)是通入同步電動(dòng)機(jī)三相線圈的按照正弦規(guī)律分布的三相電流IA、IB、IC的波形，在時(shí)間軸t上所標(biāo)示的角度，表示的是同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行一周0°-360°的各相位置角的電流波形。圖5c)中IA、IB、IC是按照角度順序不同通入三相同步電動(dòng)機(jī)線圈的直流電流波形，表示的是同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行位置角。當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)按照三相正弦波位置編碼器提供的位置信號(hào)U、V、W變化的規(guī)律旋轉(zhuǎn)一周期時(shí)，在三相同步電動(dòng)機(jī)線圈中通入的直流電流IA、IB、IC也按照這一變化規(guī)律變化一個(gè)周期。當(dāng)三相正弦波位置編碼器旋轉(zhuǎn)到哪個(gè)位置，同步電動(dòng)機(jī)也跟蹤旋轉(zhuǎn)到哪個(gè)位置。同步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置不同，三相線圈電流也不相同，三相線圈合成產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)方向也不同，在這個(gè)磁場(chǎng)的作用下，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的位置角隨定子合成磁場(chǎng)角度而確定。以2極三相永磁同步電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明。正弦波位置編碼器發(fā)出三相正弦位置信號(hào)U、V、W給三相驅(qū)動(dòng)控制器，驅(qū)動(dòng)控制器將三相正弦位置信號(hào)放大并將三相電流(IA、IB、IC)輸送給同步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組，產(chǎn)生三相磁場(chǎng)，三相磁場(chǎng)直接驅(qū)動(dòng)同步轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到規(guī)定的位置并鎖定。設(shè)線圈的峰值電流為I，轉(zhuǎn)子的機(jī)械位置是G.當(dāng)G為零時(shí)，定義為機(jī)械的零位，三相正弦波位置編碼器按照位置G定義的零位設(shè)置。當(dāng)三相正弦波位置編碼器發(fā)出的信號(hào)送入三相驅(qū)動(dòng)控制器，經(jīng)過(guò)三相驅(qū)動(dòng)控制器將三相按照正弦規(guī)律變化的電流送入同步電動(dòng)機(jī)三相線圈即A相線圈通入電流IA=ISin (G+0°)、B相線圈通入電流IB=ISin(G+120° )、C相線圈通入電流IC=ISin (G+2400 )時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子按照同步電機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)的機(jī)械位置角度，被鎖定在規(guī)定的位置G，選擇不同的機(jī)械位置角G，同步電動(dòng)機(jī)三相線圈的電流列表如圖6，在三相線圈中通入三個(gè)不同的直流電流IA、IB、1C，那么，三相線圈中將產(chǎn)生三個(gè)不同的直流電磁場(chǎng)，在這三個(gè)固定磁場(chǎng)的合成作用下，根據(jù)同性相斥異性相吸的規(guī)律，同步電動(dòng)機(jī)的永磁轉(zhuǎn)子將會(huì)以定子磁場(chǎng)為基準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)定位在這個(gè)固定的位置上。如果按照?qǐng)D6這個(gè)交流電的變化規(guī)律，同步的改變?nèi)嗑€圈的直流電流，那么每改變一組(IA、IB、IC)的電流值，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)有一個(gè)固定的位置，如此同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子將可以旋轉(zhuǎn)并鎖定在任何一個(gè)角度位置上。如圖7 (a)、7 (b)，本發(fā)明作為位置信號(hào)發(fā)生器的三相正弦波位置編碼器為6路為標(biāo)準(zhǔn)正弦波編碼器三對(duì)差分輸出信號(hào)，分別是(U+、U-)、(V+、V-)、(W+、W-)?？刹捎脟?guó)產(chǎn)YGM1387-1024 (S) Pl 型號(hào)(差分輸出)。三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器結(jié)構(gòu)相同，每對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器包括兩個(gè)NPN三極管。三極管Gl與G4，G3與G6，G5與G2各構(gòu)成一對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器。三極管G1、G3、G5的集電極均連接電源VCC正端，三極管G1、G3、G5的發(fā)射極分別與晶體管G4、G6、G2的集電極連接，分別作為三個(gè)功率放大器的互補(bǔ)輸出端，三極管G4、G6、G2的發(fā)射極均連接電源VCC負(fù)端，三極管Gl的基極連接三相正弦波位置編碼器的U+輸出，Gl控制C相正半周的電流，提供三相同步電機(jī)C繞組的正向電流(正半周);三極管G4的基極連接三相正弦波位置編碼器的U-輸出，G4控制C相負(fù)半周的電流，提供三相同步電機(jī)C繞組的負(fù)向電流(負(fù)半周);三極管G3的基極連接三相正弦波位置編碼器的V+輸出，G3控制B相正半周的電流，提供三相同步電機(jī)B繞組的正向電流(正半周);三 極管G6的基極連接三相正弦波位置編碼器的V-輸出，G6控制B相負(fù)半周的電流，提供三相同步電機(jī)B繞組的負(fù)向電流(負(fù)半周);三極管G5的基極連接三相正弦波位置編碼器的W+輸出，G5控制A相正半周的電流，提供三相同步電機(jī)A繞組的正向電流(正半周);三極管G2的基極連接三相正弦波位置編碼器的W-輸出，G2控制A相負(fù)半周的電流，提供三相同步電機(jī)A繞組的負(fù)向電流(負(fù)半周)。三個(gè)功率放大器的互補(bǔ)輸出端分別連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相定子線圈(可以任意連接其中一相定子線圈)。三相永磁同步電動(dòng)機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)產(chǎn)品O6路正弦波信號(hào)的波形見(jiàn)圖7c)，6路信號(hào)對(duì)相應(yīng)的功率放大器均為正半周打開(kāi)，負(fù)半周關(guān)斷。(也有負(fù)半周打開(kāi)，正半周關(guān)斷。實(shí)際根據(jù)功率放大器極性而定)。根據(jù)交流同步電動(dòng)機(jī)的的轉(zhuǎn)動(dòng)特點(diǎn)，當(dāng)三相同步電動(dòng)機(jī)的三組定子繞組中通入按照正弦規(guī)律分布的直流電流時(shí)，通入這三個(gè)繞組中的直流電流會(huì)產(chǎn)生三個(gè)不同方向、不同大小的直流磁場(chǎng)，這三個(gè)直流磁場(chǎng)將在定子所包容的圓柱形空間合成一個(gè)且僅一個(gè)絕對(duì)位置的磁場(chǎng)，因同步轉(zhuǎn)子為磁性轉(zhuǎn)子，根據(jù)同性相斥異性相吸的原理，定子合成磁場(chǎng)將驅(qū)動(dòng)磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)至這一固定的絕對(duì)位置處，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)絕對(duì)位置的定位控制。如果按照正弦規(guī)律任意調(diào)整三相同步電動(dòng)機(jī)三相繞組中通入直流電流，電動(dòng)機(jī)即可按照三個(gè)繞組合·成磁場(chǎng)指定的任意目標(biāo)將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)推向目標(biāo)位置。正弦位置信號(hào)可由正弦波編碼器提供(或其他位置信號(hào)發(fā)生器，如用電腦按照正弦規(guī)律也可以發(fā)出位置信號(hào)，位置編碼器可以是手動(dòng)，如帶手輪的正弦波編碼器，或外力驅(qū)動(dòng)輸出位置信號(hào)給驅(qū)動(dòng)控制器)如用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的正弦波編碼器。本發(fā)明采用交流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的理論，將原來(lái)通入的一相線圈產(chǎn)生的單向直流磁場(chǎng)，對(duì)異步轉(zhuǎn)子的不定方向的制動(dòng)，改變?yōu)槔糜来磐诫妱?dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的直接磁性偶合，在同一圓周上同時(shí)供給三個(gè)方向(三相)的磁場(chǎng)，利用這三個(gè)互差120°磁場(chǎng)合成為一個(gè)固定的定位磁場(chǎng)，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行位置控制，實(shí)現(xiàn)了位置磁場(chǎng)的直接鎖定。實(shí)施例I :見(jiàn)圖8，當(dāng)正弦波編碼器旋轉(zhuǎn)至G=O的位置時(shí)，正弦波編碼器輸出信號(hào)U、V、W送給三相驅(qū)動(dòng)控制器，經(jīng)過(guò)三相驅(qū)動(dòng)控制器放大的電流信號(hào)送給同步電動(dòng)機(jī)三相繞組的電流為A相線圈通入電流為O ;B相電流通入電流為O. 871 ;(相電流通入電流為-O. 871 ;根據(jù)右手螺旋定則，三相定子繞組將產(chǎn)生三個(gè)直流磁場(chǎng)，并合成為一個(gè)方向磁場(chǎng)，在合成磁場(chǎng)的作用下，同步電機(jī)永磁轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)至正弦波編碼器指定的位置(電流數(shù)據(jù)中的I表示線圈制動(dòng)電流的峰值)，這個(gè)位置定義為位置0，用G=O表示。實(shí)施例2 :見(jiàn)圖9，當(dāng)A相線圈通入電流為O. 51，B相電流通入電流為O. 51，C相電流通入電流為-I時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子將在實(shí)施例I的位置旋轉(zhuǎn)了 60°并鎖定，這個(gè)位置用G=60°表不。實(shí)施例3 :見(jiàn)圖10，當(dāng)A相線圈通入電流為I，B相電流通入電流為-O. 51，C相電流通入電流為-O. 51時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子將在實(shí)施例2的位置在旋轉(zhuǎn)了 60°并鎖定，這個(gè)位置用G=120° 表示。綜上，正弦波編碼器每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度都會(huì)改變同步電機(jī)的三個(gè)方向驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的大小數(shù)值，同步電動(dòng)機(jī)的定子角度位置磁場(chǎng)方向都會(huì)發(fā)生變化，同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置也隨之變化并定位鎖定。當(dāng)位置編碼器連續(xù)的旋轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子隨位置編碼器連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)位置編碼器旋轉(zhuǎn)停止在位置G時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子也將被鎖定在位置G處。
權(quán)利要求
1.一種利用編碼器直接輸出絕對(duì)位置的角度定位系統(tǒng)，其特征是設(shè)有作為位置信號(hào)發(fā)生器的三相正弦波位置編碼器、含有三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器的三相驅(qū)動(dòng)控制器以及三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，三相正弦波位置編碼器輸出三個(gè)之間相位互差120°的三對(duì)正弦波差分信號(hào)分別連接三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器，三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出功率放大器的輸出分別連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相電源輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用編碼器直接輸出絕對(duì)位置的角度定位系統(tǒng)，其特征是:三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器的結(jié)構(gòu)相同，每對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器均包括兩個(gè)NPN三極管，其中一個(gè)三極管的集電極連接電源VCC正端，基極連接三相正弦波位置編碼器輸出的其中一相正弦波的正半周信號(hào)，發(fā)射極與另外一個(gè)三極管的集電極互連，另外一個(gè)三極管的發(fā)射極連接電源VCC負(fù)端，基極連接同相正弦波的負(fù)半周信號(hào)，兩三極管之間的發(fā)射極與集電極互連端連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)其中一相的定子線圈，另外兩對(duì) 差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器中兩三極管的發(fā)射極與集電極互連端分別連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)另外兩相的定子線圈。
全文摘要
一種利用編碼器直接輸出絕對(duì)位置的角度定位系統(tǒng)，其特征是設(shè)有作為位置信號(hào)發(fā)生器的三相正弦波位置編碼器、含有三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器的三相驅(qū)動(dòng)控制器以及三相永磁同步電動(dòng)機(jī)，三相正弦波位置編碼器輸出三個(gè)之間相位互差120°的三對(duì)正弦波差分信號(hào)分別連接三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出的功率放大器，三對(duì)差分輸入、互補(bǔ)輸出功率放大器的輸出分別連接三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三相電源輸入端。
文檔編號(hào)H02P6/00GK102891640SQ20121035165
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者丁一明 申請(qǐng)人:南京中科天文儀器有限公司