專(zhuān)利名稱(chēng)：馬達(dá)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及馬達(dá)控制的方法。如所周知，電機(jī)供電不是用可變數(shù)值的直流電壓而是用固定振幅的脈寬調(diào)制電壓，其中以脈寬調(diào)制(PWM)來(lái)決定主轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速。這一操作方式也稱(chēng)為斬波(Chopper)方式。于是，脈寬調(diào)制脈沖的頻率是在音頻范圍以上的，這一方面是為了避免馬達(dá)的控制成為人耳可聽(tīng)到的，又另一方面則是為保證雖為脈沖控制但實(shí)際上由于積分效應(yīng)而流經(jīng)馬達(dá)繞組的是直流電流，其大小由PWM所決定。
為了啟動(dòng)馬達(dá)的制運(yùn)過(guò)程或?yàn)榱烁淖冃D(zhuǎn)方向，一般所知這時(shí)是調(diào)換線路內(nèi)馬達(dá)繞組的極向至使馬達(dá)被突然反向驅(qū)動(dòng)。開(kāi)始時(shí)馬達(dá)是在其原先的轉(zhuǎn)向上運(yùn)行，同時(shí)也被制動(dòng)，然后才向反方向旋轉(zhuǎn)。這種制動(dòng)方式引起以下問(wèn)題。
馬達(dá)繞組的端頭是經(jīng)由保護(hù)二極管至操作電壓或接地的。這些二極管的作用是保護(hù)相連的半導(dǎo)體元件免遭馬達(dá)繞組電壓峰值的破壞。如果現(xiàn)在在制動(dòng)過(guò)程開(kāi)始時(shí)馬達(dá)繞組極向反轉(zhuǎn)，則由于上述二極管的作用就會(huì)有由馬達(dá)所產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)電壓EMF(電動(dòng)勢(shì))與馬達(dá)繞組的電阻所生成的高值電流不受控制作用地流過(guò)。由于馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)即由于馬達(dá)繞組與永久磁鐵之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的這一電流其作用猶如制動(dòng)電流。由于這一電流不能降到額定值以下，于是在許多情況下至使制動(dòng)效果過(guò)大。例如，如果電機(jī)是錄相機(jī)主導(dǎo)軸的馬達(dá)而走帶機(jī)構(gòu)的制動(dòng)過(guò)快地發(fā)生，那么由于慣性送帶盤(pán)繼續(xù)運(yùn)行而可能出現(xiàn)磁帶卷帶。
本發(fā)明的目的即在于推出一種制動(dòng)效果可確定的應(yīng)用脈寬調(diào)制控制的馬達(dá)控制的方法。
于是，按照本發(fā)明為了啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程將不再進(jìn)行馬達(dá)繞組極向?qū)τ诠╇姸说撵o態(tài)反接，而是有一個(gè)間歇的極向反接過(guò)程。在一個(gè)時(shí)間段中(該時(shí)間段最好等于脈寬調(diào)制電壓周期)上述繞組極向的反接是對(duì)于一定的時(shí)間發(fā)生的，而極向的這種反接在時(shí)間段其余的時(shí)間中被消除。通過(guò)選擇關(guān)于繞組極向這一間歇反接的脈沖/間歇比例，其制動(dòng)效果可以在寬廣的范圍內(nèi)改變。于是馬達(dá)實(shí)際的脈寬調(diào)制操作電壓的頻率或振幅都無(wú)須改變。
以下是本發(fā)明的一種較佳實(shí)現(xiàn)途徑的原理概述。指示標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)方向的第一控制變量與指示實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向的第二控制變量進(jìn)行比較，當(dāng)存在偏差時(shí)所出現(xiàn)的第二控制變量就起動(dòng)繞組的極向間歇反接。上述極向反接的持續(xù)時(shí)間與極向間歇反接的整個(gè)周期之比為數(shù)值0與1之間的一個(gè)變量。脈寬調(diào)制脈沖與用于極向間歇反接的開(kāi)關(guān)電壓來(lái)自同一脈沖電壓。當(dāng)標(biāo)稱(chēng)與實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向一致時(shí)馬達(dá)只是以定常的轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)的脈寬調(diào)制脈沖供電，而對(duì)于標(biāo)稱(chēng)與實(shí)際轉(zhuǎn)向不一致的情形馬達(dá)間歇地以反向旋轉(zhuǎn)方式供電。指示實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向的第二控制變量由與馬達(dá)相關(guān)聯(lián)持傳感器確定。有關(guān)所希望的制動(dòng)效果的信息通過(guò)馬達(dá)的傳感器和或由表征馬達(dá)的典型的數(shù)據(jù)項(xiàng)提供。
以下對(duì)本發(fā)明將借助附圖予以詳細(xì)說(shuō)明。這些圖是

圖1表示本發(fā)明之方法的一個(gè)原理線路圖。
圖2是不同的脈沖/間歇比值的間歇極向反接所引起的電流的圖示。
圖3是本發(fā)明的方法的原理性框圖。
圖4-11是各種操作狀態(tài)下的邏輯線路。
在以下說(shuō)明中所用符號(hào)的意義如下UB供給馬達(dá)的定常操作電壓UG馬達(dá)繞組中所感生的EMF(電動(dòng)勢(shì))IM流經(jīng)馬達(dá)的電流T脈寬調(diào)制電壓及極向間歇反轉(zhuǎn)周期ton向向間歇反轉(zhuǎn)周期過(guò)程中極向反轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間P＝ton/T圖1中，操作電壓UB由開(kāi)關(guān)S1轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制脈沖電壓。S1由控制電路S通過(guò)脈寬調(diào)制脈沖電壓6操縱。這樣產(chǎn)生的脈寬調(diào)制脈沖電壓從AS1的輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S2、S3送到馬達(dá)7，對(duì)于該馬達(dá)表示出了其產(chǎn)生感生電壓UG或EMF的發(fā)電機(jī)G和馬達(dá)繞組的電阻RM。為了啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程，開(kāi)關(guān)S2、S3由控制電路S投放到另一位置上。這就是說(shuō)馬達(dá)7的繞組相對(duì)于供電電壓反轉(zhuǎn)極向。要向的這種反轉(zhuǎn)并不需要總是靜態(tài)地進(jìn)行而是也可以由開(kāi)關(guān)電壓8所示的那樣間歇地進(jìn)行。相對(duì)于極向間歇反轉(zhuǎn)周期T的開(kāi)關(guān)S2，S3所持續(xù)的極向反轉(zhuǎn)時(shí)間ton決定了制動(dòng)力矩。ton的值以及于是制動(dòng)力矩是由控線路S決定的。這是通過(guò)端子9接收到來(lái)自傳感器的有關(guān)馬達(dá)的機(jī)械與電氣數(shù)值的補(bǔ)充信息。
由圖2借助于一些方程式解釋了通過(guò)能率比P＝ton/T的改變?nèi)绾潍@得當(dāng)前所需要的制動(dòng)效果。方程式A表明馬達(dá)電流IM，先是對(duì)于時(shí)間段ton，然后是對(duì)于后繼的間歇時(shí)間T-ton部分。于是方程A是普遍適用的。方程式B表示對(duì)于P＝0所得到的電流。方程式C則是對(duì)于一個(gè)特定的P值，方程式D是對(duì)于P的另一值，而方程式E則是對(duì)于P另一極限值P＝1的情形。由于電流IM是對(duì)于整個(gè)時(shí)間周期T積分的，于是電流對(duì)于時(shí)間ton與T-ton的積分值在每一種情況下對(duì)于制動(dòng)效果都是確定的。很明顯，這一數(shù)值在P＝0與P＝1之間一定的數(shù)值下可以很小或甚至為零。例如，如果在方程式IM＝UG/RM中呈現(xiàn)負(fù)值，則積分電流值實(shí)際上是零。于是通過(guò)在0與1這間對(duì)P值的選擇，即在完全沒(méi)有極向反轉(zhuǎn)與連續(xù)極向反轉(zhuǎn)之間選擇，即可設(shè)置所希望的當(dāng)前制動(dòng)效果。
圖3表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的一個(gè)簡(jiǎn)化的框圖。圖中示出有三個(gè)輸入a，b，c的邏輯電路5。圖1中在S1輸出端出現(xiàn)的脈寬調(diào)制脈沖電壓提供給輸入端a。指示標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)方向的第一控制變量供給b輸入端，指示實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向的第二控制變量供給C輸入端。電路5有兩個(gè)輸出端d與e。輸出端d通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S2、S3控制繞組的極向反轉(zhuǎn)。輸出端e傳送如圖1中S1的輸出端所出現(xiàn)的實(shí)際脈寬調(diào)制供電電壓。
在圖4-11中，字符a-e指明了按照?qǐng)D5，7，9，10在圖4，6，8，10的相應(yīng)的輸入端a，b，c與輸出端b，e出現(xiàn)的電壓。
圖4，5表示根據(jù)圖3的電路5的一種實(shí)際可能的實(shí)現(xiàn)方法。電路5包括一個(gè)第一異或門(mén)1，一個(gè)第二異或門(mén)2，一個(gè)與門(mén)3及一個(gè)或門(mén)4。圖4適用于標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)方向與實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相同即在輸入端b，c的兩控制變量值均為0的情形。這時(shí)如在輸出端d出現(xiàn)0值，那么如所希望的那樣旋轉(zhuǎn)方向沒(méi)有變。用于馬達(dá)供電的實(shí)際的脈寬調(diào)制電壓出現(xiàn)在輸出端e。這種情形即是馬達(dá)在其標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)行的情形，因而繞組的極向反轉(zhuǎn)不應(yīng)發(fā)生。
圖6，7表示標(biāo)稱(chēng)方向與實(shí)際方向一致但卻是另外一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的穩(wěn)定運(yùn)行的類(lèi)似情形。
圖8，9表示標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)方向輸入端b的控制變量與實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向輸入端C的控制變量彼此不同的情形。這時(shí)在圖4-7中傳送脈沖調(diào)制電壓的輸出端e保持1的狀態(tài)。這意味著滿操作電壓UB持續(xù)出現(xiàn)在圖1的S1的輸出端。這時(shí)引起馬達(dá)繞組極向反轉(zhuǎn)的輸出端d對(duì)應(yīng)于輸入端a的脈寬調(diào)制電壓。這就是說(shuō)馬達(dá)繞組這時(shí)相應(yīng)于按圖2的P值間歇地反轉(zhuǎn)極向。
圖10，11適用于與圖8，9比較而言標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)方向與實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向分別具有相應(yīng)的不同值的情形。除了以下的區(qū)別以外其作用是與圖8，9類(lèi)似的，區(qū)別是引起馬達(dá)極向反轉(zhuǎn)的d輸出端的脈沖電壓相對(duì)于圖9調(diào)換了180°。顯然，一方面向馬達(dá)供電的脈沖電壓與馬達(dá)制動(dòng)過(guò)程極向反轉(zhuǎn)的脈沖電壓是來(lái)自a端的同一個(gè)輸入電壓。供給馬達(dá)的實(shí)際能量持續(xù)地來(lái)自電路5的輸出端e，而對(duì)應(yīng)于圖1中的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)S2，S3的輸出d控制著繞組極向的反轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.用于馬達(dá)控制的方法，其中供給馬達(dá)繞組的是脈寬調(diào)制脈沖(a)且繞組極向反轉(zhuǎn)用于啟動(dòng)制動(dòng)過(guò)程，其特征為在由間歇時(shí)間(T-ton)分隔開(kāi)的時(shí)間周期(ton)內(nèi)引起繞組極向的間歇反轉(zhuǎn)，其持續(xù)時(shí)間取決于當(dāng)前需要的制動(dòng)效果。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征為指示標(biāo)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)方向的第一控制變量(b)與指示實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向的控制變量(c)進(jìn)行比較，如有差異則出現(xiàn)的第三個(gè)控制變量(d)啟動(dòng)繞組極向的間歇反轉(zhuǎn)。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征為極向反轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間(ton)與包括該極向反轉(zhuǎn)和間歇的時(shí)間周期(T)之比值P可在0與1值之間變動(dòng)。
4.權(quán)利要求1的方法，特征為脈寬調(diào)制脈沖(e)與用于極向間歇反轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)電壓(d)來(lái)自同一脈沖電壓(a)。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征為標(biāo)稱(chēng)與實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向一致時(shí)在定常旋轉(zhuǎn)方向的意義下馬達(dá)(7)僅由脈寬調(diào)制脈沖(e)供電，而對(duì)于標(biāo)稱(chēng)與實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向不一致的情形，則馬達(dá)(7)在反向旋轉(zhuǎn)方向的意義上間歇供電。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征為脈寬調(diào)制脈沖(a，e)的頻率高于音頻范圍。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征為指示實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向的第二控制變量(c)由與馬達(dá)(7)相關(guān)聯(lián)的傳感器確定。
8.權(quán)利要求1的方法，其特征為有關(guān)所希望的制動(dòng)效果的信息通過(guò)馬達(dá)(7)的傳感器和/或由表征馬達(dá)的數(shù)據(jù)項(xiàng)得到。
9.用于權(quán)利要求2的方法的線路，其特征為該線路形成一邏輯線路(5)，具有用于脈寬調(diào)制脈沖(a)、用于第一控制變量(b)和用于第二控制變量(c)的三個(gè)輸入端(a，b，c)以及用于繞組極向反轉(zhuǎn)和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)輸出端(d，e)。
10.基于權(quán)利要求9的線路，其特征為傳送脈沖調(diào)制脈沖的端子(a)同一個(gè)與門(mén)(3)及一個(gè)或門(mén)(4)的第一輸入端連接，傳送第一控制變量的端子(b)同一個(gè)第一異或門(mén)(1)及一個(gè)第二異或門(mén)(2)的第一輸入端連接，傳送第二控制變量的端子(c)與該第一異或門(mén)(1)的第二輸入端連接;而第一異或門(mén)(1)的輸出端同與門(mén)(3)及或門(mén)(4)的第二輸入端連接，以及與門(mén)(3)的輸出端同第二個(gè)異或門(mén)(2)的第二輸入端連接，又或門(mén)(4)的輸出提供用于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(7)的脈沖以及第二異或門(mén)(2)的輸出(d)提供用于繞組極向反轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)電壓。
11.權(quán)利要求1的方法，其特征為;不需要定常振幅的脈沖用于控制。
全文摘要
通常應(yīng)用具有定常振幅的脈寬調(diào)制電壓以所謂斬波的方式對(duì)馬達(dá)進(jìn)行控制。為了制動(dòng)或改變旋轉(zhuǎn)方向都要對(duì)馬達(dá)繞組極向作反轉(zhuǎn)。已發(fā)現(xiàn)在許多應(yīng)用中，例如對(duì)于錄象機(jī)主導(dǎo)軸馬達(dá)，這種制動(dòng)進(jìn)行得過(guò)快。本發(fā)明的目的在于推出應(yīng)用斬波方式的方法使得能夠確定馬達(dá)的制動(dòng)效果。實(shí)現(xiàn)了繞組極向的間歇反轉(zhuǎn)，其反轉(zhuǎn)周期由間歇時(shí)間分隔且反轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間取決于實(shí)際所需要的制動(dòng)效果。特別適用于錄象機(jī)主導(dǎo)軸馬達(dá)。
文檔編號(hào)H02P3/10GK1083636SQ9311645
公開(kāi)日1994年3月9日 申請(qǐng)日期1993年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月20日
發(fā)明者岡特·格萊姆, 赫爾曼·林克, 邁克爾·比爾度, 弗里德利克·海茨曼 申請(qǐng)人:德國(guó)湯姆森-勃朗特有限公司