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| 大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊(wss1) |
| 2012年11月16日 |
本發(fā)明提供的是一種大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，它由轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路(1)、轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路(2)、轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路(3)、角速度PI控制器電路(4)、角加速度PI控制器電路(5)、電流PI控制器電路(6)、PWM變換電路(7)、三角波發(fā)生器電路(8)、邏輯H橋功率驅(qū)動電路(9)、電流檢測電路(1 O)和有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)(11)組成。
本發(fā)明全部采用模擬式電路實現(xiàn)，具有實時性高、抗干擾能力強(qiáng)、安全性與可靠性高等；四閉環(huán)力矩電機(jī)驅(qū)動控制模塊具有良好的控制性能和控制品質(zhì)；當(dāng)電機(jī)線圈過電流時，本發(fā)明實施了兩級過電流保護(hù)策略，使電機(jī)電流保護(hù)更加安全、電機(jī)更可靠的運(yùn)行。
1、一種大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，它由轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路(1)、轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路(2)、轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路(3)、角速度PI控制器電路(4)、角加速度PI控制器電路(5)、電流PI控制器電路(6)、PWM變換電路(7)、三角波發(fā)生器電路(8)、邏輯H橋功率驅(qū)動電路(9)、電流檢測電路(10)和有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)(11)組成；其特征是：轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路(2)采集和檢測有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)(11)位置信號，經(jīng)過信號調(diào)理后輸入至轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路(1)、轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路(3)、角速度PI控制器電路(4)、角加速度PI控制器電路(5)；轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路(1)將位置給定電壓信號及轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路(2)輸入的信號調(diào)理、運(yùn)算后輸入到轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路(3)；轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路(3)信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后將其信號分兩路信號輸出，一路輸入到電流PI控制器電路(6)；一路輸入到角加速度PI控制器電路(5)；角加速度PI控制器電路(5)信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后將其信號輸入到電流PI控制器電路(6)；電流檢測電路(10)將檢測到的有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)(11)線圈電流信號，經(jīng)調(diào)理、運(yùn)算后輸入到電流PI控制器電路(6)；電流PI控制器電路(6)信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后輸入到PWM變換電路(7)；三角波發(fā)生器電路(8)將其產(chǎn)生的固定頻率和幅值的三角波輸入至PWM變換電路(7)中；PWM變換電路(7)將其調(diào)理和整形后的PWM信號輸入至邏輯H橋功率驅(qū)動電路(9)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：所述的轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路(1)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+12V，一路連接至工作電路電源．12V端；工作電路由電阻R19～R26、電容C11～C13、集成運(yùn)算放大器IJ3D、U7A組成；位置給定輸入信號12分兩路信號輸入，其中一路經(jīng)電阻R22接至集成運(yùn)算放大器U7A的反相輸入端：另外一路經(jīng)電容C12接至數(shù)字地AGND；位置反饋輸入信號13經(jīng)電阻R19后分兩路信號，一路至集成運(yùn)算放大器U3D的反相輸入端，一路經(jīng)電容C11接至數(shù)字地AGND；電 源+12v經(jīng)電阻R20后分兩路信號，一路經(jīng)并聯(lián)的電阻R21、電容C13后接至數(shù)字地AGND，一路輸入至集成運(yùn)算放大器L13D的同相輸入端；集成運(yùn)算放大器U3D的輸出信號經(jīng)電阻：R24后分兩路輸出，一路經(jīng)電阻R23接至數(shù)字地AGND，一路至集成運(yùn)算放大器U7A的同相輸入端；電阻R25連接集成運(yùn)算放大器L17A的反相輸入端和集成運(yùn)算放大器U7A的輸出端；集成運(yùn)算放大器U7A的輸出信號經(jīng)電阻R26輸出至位置PID控制器電路位置給定輸入18端。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路(2)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+12V端，一路連接至工作電路數(shù)字地AGND端；工作電路由電阻R14～R18、電容C8～C10、電位器W1、集成運(yùn)算放大器U3B、U3C；由傳感器信號輸入15端信號分兩路信號輸出，一路經(jīng)電阻R15輸入至集成運(yùn)算放大器LJ3B的同相輸入端，一路經(jīng)并聯(lián)后的電阻R14、電容C8接至數(shù)字地AGND；集成運(yùn)算放大器U3B的反相輸入端與輸出端通過導(dǎo)線相連接；集成運(yùn)算放大器I-13B的輸出信號分兩路輸出，一路輸出至轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路的12端；一路經(jīng)電阻R16輸出至集成運(yùn)算放大器I-13C的同相輸入端；工作電源．12V經(jīng)電位器W1接至數(shù)字地AGND；電位器W1的中間抽頭信號分兩路信號輸出，一路經(jīng)電容C9輸出至數(shù)字地AGND，一路經(jīng)電阻R17輸入到集成運(yùn)算放大器L13C的同相輸入端；電位器W2和電容C10并聯(lián)后，一端輸入至集成運(yùn)算放大器U3C的輸出端；另一端分兩路信號出入，一路輸入至集成運(yùn)算放大器U3C的反相輸入端，一路經(jīng)電阻R18輸入至數(shù)字地AGND；集成運(yùn)算放大器U3C的輸出端17輸出分兩路信號輸出，一路輸出至位置PID控制器電路中的19端；另一路輸出至角加速度PI控制器電路中的21端。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路(3)由工作電路組成；工作電路由電阻R42、R43、R59、電容C22、電位器W4、集成運(yùn)算放大器U10A組成；電容C22與電阻R59串聯(lián)后與電阻R42并聯(lián)，并聯(lián)后的電路一端接至集成運(yùn)算放大器U10A的反相輸入端，另一端接至19端位置調(diào)理信號輸入；由轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路中的輸出端14輸入的信號18端輸入至集成運(yùn)算放大 器U10A的反相輸入端；電位器W4的一端接至集成運(yùn)算放大器U10A的輸出端20，一端接至集成運(yùn)算放大器U10A的反相輸入端；電阻R43的一端連至集成運(yùn)算放大器U10A的同相輸入端，一端連接至數(shù)字地AGND；集成運(yùn)算放大器U10A分兩路信號輸出，一路輸入至角加速度PI控制器電路中的22端，一路輸入至角速度PI控制器中的24端。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：角速度PI控制器電路(4)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+1 2V端，一路連接至工作電路電源12V端；工作電路由電阻R33、R34、R37、R52、電容C16、集成運(yùn)算放大器U7B組成；由轉(zhuǎn)角位置PID控制器運(yùn)算后的信號24端經(jīng)電阻R33連接至集成運(yùn)算放大器U7B的反相輸入端；集成運(yùn)算放大器u7B的反相輸入端經(jīng)電容c16、電阻R34連接至集成運(yùn)算放大器U7B的輸出端；電阻R52一端連接數(shù)字地AGND，另一端連接集成運(yùn)算放大器U7B的同相輸入端；集成運(yùn)算放大器U7B的輸出信號經(jīng)R37輸出至電流PI控制器電路中的26端。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：角加速度PI控制器電路(5)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+12V端，一路連接至工作電路電源．12V；工作電路由電阻R35～R36、R38～R41、電容C17～C21、電位器W3、集成運(yùn)算放大器U8A、U8B組成；由轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路中的17端輸入的信號至21端，經(jīng)電容c17、C18并聯(lián)后與電阻R36串聯(lián)接至集成運(yùn)算放大器U8A的反相輸入端；電容C20與電位器W3并聯(lián)后，一端連接至集成運(yùn)算放大器U8A的反相輸入端，一段連接至集成運(yùn)算放大器U8A的輸入端；電阻R35一端連接數(shù)字地AGND，一端連接集成運(yùn)算放大器U8A的同相輸入端；集成運(yùn)算放大器U8A的輸出端信號經(jīng)并聯(lián)后的電容C19、電阻R39連接至集成運(yùn)算放大器LJSB的反相輸入端；由轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路中20端輸出的信號至22端經(jīng)電阻R38連接至集成運(yùn)算放大器U8B的反相輸入端；電阻R40一端連接數(shù)字地AGND，另一端連接集成運(yùn)算放大器U8B的同相輸入端；電阻R41與電容C21并聯(lián)后，一端連接至集成運(yùn)算放大器的反相輸入端，另一端連接至集成運(yùn)算放大器U8B的輸出端23。 7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：電流PI控制器電路(6)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+12V端，一路連接至工作電路電源．12V；工作電路由電阻R48～R51、R53～R58、電容C27、穩(wěn)壓管DWl、DW2、集成運(yùn)算放大器L19A、U9B組成；由角加速度PI控制器電路中23端輸出的信號至27端，經(jīng)電阻R48輸入至集成運(yùn)算放大器U9A的反相輸入端；由角速度PI控制器電路中的25端輸出的信號至26端后輸入至集成運(yùn)算放大器LJ9A的反相輸入端；電阻R50連接集成運(yùn)算放大電路的反相輸入端和輸出端；電阻R49的一端連接數(shù)字地．AGND，另一端連接至集成運(yùn)算放大器的同相輸入端；由集成運(yùn)算放大器LJ9A輸出的信號經(jīng)R5l后分兩路輸出，一路經(jīng)電阻R53后輸入至數(shù)字地AGND，一路經(jīng)電阻R54后輸入至集成運(yùn)算放大電路U9B的反相輸入端；電阻R57與電容C27串聯(lián)后，一端連接集成運(yùn)算放大器IJ9B的反相輸入端，一端連接集成運(yùn)算放大器L19B的輸出端；電阻R58與串聯(lián)后的電阻R57、電容C27并聯(lián)；串聯(lián)后的穩(wěn)壓管DWl、：DW2與電阻R58并聯(lián)；由電流檢測電路中的35端輸出的信號至28端后經(jīng)電阻R55連接至集成運(yùn)算放大器LJ9B的反相輸入端；電阻R56一端連接數(shù)字地AGND，另一端連接集成運(yùn)算放大器U19B的同相輸入端；集成運(yùn)算放大器L19B的輸出端信號29輸入至PWM變換電路的32端。
8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：三角波發(fā)生器電路(8)；工作電路由電位器’W5、電阻。R27～R32、電容C14～C15、集成運(yùn)算放大器L14A、u4B組成；電位器W4的兩端分別接至電源電壓+12V、-12V，中間抽頭經(jīng)電阻R27接至集成運(yùn)算放大器U4A的反相輸入端；集成運(yùn)算放大器u4A的同相輸入端信號分兩路輸出，一路經(jīng)電阻R30輸入至集成運(yùn)算放大器U4B的輸出端33；一路經(jīng)電阻：R29、R31輸入到集成運(yùn)算放大器U4B的反相輸入端；集成運(yùn)算放大器L14A的輸出端信號經(jīng)電阻R28、R31輸入至集成運(yùn)算放大器LJ4B的反相輸入端；電容c14與c15并聯(lián)后，一端連接至集成運(yùn)算放大器UJ4B的反相輸入端；另一端連接至集成運(yùn)算放大器U4B的輸出端33；輸出端33信號輸入至．PWM變換電路中的31端。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：PWM變換電路(7)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+12V端，一路連接至工作電路電源．-12V：
工作電路由大器U3A、U1光藕H11 L1、電阻R1、．R4、R6～R9、三極管T1、快速恢復(fù)二極管D2組成；由三角波發(fā)生器電路中的33端輸出的信號輸入至31端，經(jīng)電阻R8至集成運(yùn)算放大器U3A的反相輸入端；由電流PI控制器電路中的29端輸出的信號輸入至32端，經(jīng)電阻R7后至集成運(yùn)算放大器U3A的同相輸入端；電阻R9的一端連接至數(shù)字地AGND，另一端連接至集成運(yùn)算放大器U3A的同相輸入端；集成運(yùn)算放大器U3A的輸出端信號經(jīng)電阻R6輸入至三極管T1的基極；三極管T1的發(fā)射極分兩路信號輸出，一路輸入至U1的2端，一路經(jīng)二極管連接至三極管Tl的基極；三極管T1的集電極分兩路信號，一路接至U1的1端，一路經(jīng)電阻R4接至電源電壓+12V；U1的2端接數(shù)字地AGND；U1的4端接輸出端30；U1的5端接模擬地MGND；U1的6端接外部電源+12V，同時經(jīng)電阻R1連接至輸出端30；輸出端30信號輸入至邏輯H橋功率驅(qū)動電路的34端。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，其特征是：邏輯H橋功率驅(qū)動電路(9)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路外部電源+12V連接至U1l、U12中的VC、VD端；一路外部電源模擬地MGND連接至U11、U12中的VS端。工作電路由電阻R44～R47、采樣電阻Ral、MOSEFT’管T2～T5、電容C23～C25、快速恢復(fù)二極管D3、D4、功率驅(qū)動芯片U1l、U12、反相器U13A、U13B、電解電容C31、C32組成；由PWM變換電路中的30端輸出信號輸入至34端后經(jīng)反相器U13B后，分兩路信號輸出，一路輸入至U11的L,IN端及U12的}tIN端；一路經(jīng)反相器U13A后輸入至U1l的}tIN端及U12的L,IN端；電容C25連接U11的VS端和VC端：電容C26連接U12的VS端和VC端；U1的SD端與CO端連接后，同時接模擬地MGND；U2的SD端與CO端連接后，同時接模擬地MGND；快速恢復(fù)二極管D4的正極連接Ull的VC端；負(fù)極連接U11的Vb端；快速恢復(fù)二極管D3的正極連接U12的VC端；負(fù)極連接U12的Vb端；U11的HO端經(jīng)電阻R47連至MOSEFT管T4的基極；U11的L0端經(jīng)電阻R46連至MOSEFT管T5的基極；U12的HO端經(jīng)電阻R44連至MOSEF"r管T2的基極； U12的L0端經(jīng)電阻R45連至MOSEFI、管T3的基極；電解電容C3l與C32并聯(lián)后，正極接外部電源+24v，另一端接外部電源模擬地MGND；MOSEFT管T2、T4的集電極接外部電源+24V；MOSEFT管T3、T5的集電極接外部電源模擬地MGND；電容C23連接U1 1的Vb端與Vs端；電容C24連接U12的Vb端與Vs端；MOSEFT管T2的發(fā)射極連接MOSEFT管T3的集電極；MOSEFT
管T4的發(fā)射極連接MOSEFTI管T5的集電極；電機(jī)線圈MOT-與MOSEFT管T3的集電極相連后接至U12的Vs端；電機(jī)線圈MOT+經(jīng)采樣電阻Ral后，分兩路信號輸出，一路與MOSEFI、管T5的集電極相連后接至圖11電流檢測電路的Iref端；另一路接至U11的Vs端。U11及U12中的NC腳均為空腳；電流檢測電路(10)分為電源電路和工作電路；電源電路提供兩路信號，一路電源+5V連接至U5中的Vcc2端，一路數(shù)字地AGND連接至U5中的GND2；工作電路由U2電源芯片7805、U5線性光藕7840、集成運(yùn)算放大器U16A、電容C1～C7、電解電容C28～C30、電阻：R2、R3、R5、R10～R13、快速恢復(fù)二極管D1組成；電容C1與電解電容C28并聯(lián)后，一端接至外部電源+12V：另一端接至外部電源模擬地MGND；外部電源+12V經(jīng)快速恢復(fù)二極管D1、電阻R2后連接至U2的IN端；電容C2與電解電容C29并聯(lián)后，一端連接至U2的GND端，另一端連接至U2的IN端；電容C3與電容C4、電解電容C30并聯(lián)后，一端連接至U2的OUT端和U5的Vccl端，另一端連接至U2的GND端和電機(jī)線圈MOT+端；電機(jī)線圈電流Iref信號經(jīng)電阻R3、R5后連接至U5的’Vin+端；U5的Vin．端與U5中的GNDl端相連后接至電機(jī)線圈MOT+端；U5中的Vout+端信號經(jīng)電阻R11后輸入至集成運(yùn)算放大器U6A的同相輸入端；電阻R10與電容C6并聯(lián)后一端接至數(shù)字地AGND，另一端接至集成運(yùn)算放大器IJ6A的同相輸入端；U5中的Vout2．端信號經(jīng)電阻R12后輸入至集成運(yùn)算放大器L16A的反相輸入端：電阻R13與電容C7并聯(lián)后，一端接至集成運(yùn)算放大器U6A的反相輸入端，另一端接至集成運(yùn)算放大器L16A的輸出端35；集成運(yùn)算放大器U16A的輸出端35輸入信號至電流PI控制器電路中的28端。 大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊(一)技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，特別是涉及一種輸出工作能力超過15牛頓．米力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊，屬于自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域。
(二)背景技術(shù)采用電子調(diào)速技術(shù)是提高柴油機(jī)(或天然氣機(jī)、雙燃料發(fā)動機(jī)等)調(diào)速性能指標(biāo)的主要途徑，執(zhí)行機(jī)構(gòu)又是柴油機(jī)電子調(diào)速系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。它將系統(tǒng)的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動該系統(tǒng)的控制對象，從而達(dá)到控制的目的。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性能和特性直接影響整個柴油機(jī)電子調(diào)速系統(tǒng)的性能。為滿足柴油機(jī)各工況的動穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能，調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)具有動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點。調(diào)速用執(zhí)行機(jī)構(gòu)按工作原理可分為電磁式、電液式、電機(jī)式等幾種形式。電磁執(zhí)行器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、響應(yīng)速度快，但它的****推力受到線圈匝數(shù)和****工作電流的限制，因而適用于中小功率的柴油機(jī)上；在要求大驅(qū)動能力的情況下，通常采用電機(jī)或液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)對零件加工精度要求高、并需要外加液壓驅(qū)動源、調(diào)速精度較低等因素，限制了其應(yīng)用。
有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)由于其力矩慣量比高、輸出能力大、動態(tài)反應(yīng)快、可控線性度好、結(jié)構(gòu)緊湊，且可雙向控制、穩(wěn)態(tài)功耗低等優(yōu)點，特別適用于大功率柴油機(jī)調(diào)速用執(zhí)行機(jī)構(gòu)。但有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動系統(tǒng)非線性嚴(yán)重、參數(shù)變化較大，用傳統(tǒng)的串聯(lián)校正、角速度反饋、轉(zhuǎn)角位置環(huán)及電流環(huán)雙閉環(huán)控制等方法，都很難達(dá)到理想的控制效果。
從目前的檢索情況分析，下述公開文獻(xiàn)中涉及到與本發(fā)明申請相關(guān)的技術(shù)(1)碩士學(xué)位論文：作者：田榮軍，單位：西北工業(yè)大學(xué)，文章題目：《數(shù)字化有限轉(zhuǎn)角直流無刷力矩電機(jī)伺服控制系統(tǒng)》， 2003年3月；(2)學(xué)術(shù)論文：作者：馬瑞卿，劉衛(wèi)國，單位：西北工業(yè)大學(xué)，文章題目：
《全數(shù)字有限轉(zhuǎn)角無刷力矩電機(jī)的位置控制》，刊物名稱：《伺服技術(shù)》，2001年第34卷第6期； (3)學(xué)術(shù)論文：作者：劉衛(wèi)國，馬瑞卿，單位：西北工業(yè)大學(xué)，文章題目：
《有限轉(zhuǎn)角無刷力矩電動機(jī)位置伺服系統(tǒng)的電流控制》，刊物名稱：《電工技術(shù)雜志》，2002年第2期。
通過對上述3篇資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：
現(xiàn)有對有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)驅(qū)動模塊的研究只有西北工業(yè)大學(xué)有所開展，而且僅局限于小工作能力的力矩電機(jī)。資料(1)、(2)、(3)中的有限轉(zhuǎn)角直流無刷力矩電機(jī)主要用作導(dǎo)彈舵機(jī)，其特點是電機(jī)驅(qū)動能力小，****僅為0．6Nm。
資料(1)、(2)控制系統(tǒng)采用基于單片機(jī)的位置環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)控制，資料．(3)采用模擬電路的電流環(huán)控制。無論是數(shù)字式還是模擬式，上述文獻(xiàn)所述系統(tǒng)的控制規(guī)律簡單、動態(tài)特性和抗干擾能力差。采用單一的位置環(huán)或電流環(huán)的單閉環(huán)或位置環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)電機(jī)控制都不能滿足柴油機(jī)調(diào)速控制要求。對柴油機(jī)而言，數(shù)字控制實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律實時性難以保證。
(三)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以克服有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動系統(tǒng)非線性嚴(yán)重、參數(shù)變化較大，傳統(tǒng)方法難于控制問題；能夠?qū)τ邢揶D(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)輸出轉(zhuǎn)角位置的偏移以及擾動進(jìn)行自動調(diào)節(jié)；可以有效地抑制負(fù)載的干擾，提高有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)的靜態(tài)精度和動態(tài)跟蹤性能，提高大功率柴油機(jī)調(diào)速性能的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
它由轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路1、轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路2、轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3、角速度PI控制器電路4、角加速度PI控制器電路5、電流PI控制器電路6、PWM：變換電路7、三角波發(fā)生器電路8、邏輯H橋功率驅(qū)動電路9、電流檢測電路10和有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)11組成；轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路2采集和檢測有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)11位置信號，經(jīng)過信號調(diào)理后輸入至轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路1、轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3、角速度PI控制器電路4、角加速度PI控制器電路5；轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路1將位置給定電壓信號及轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路2輸入的信號調(diào)理、運(yùn)算后輸入到轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3；轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后將其信號分兩路信號輸出，一路輸入到電流PI控制器電路6；一路輸入到角加速度PI控制器電路5；角加速度PI控制器電路5信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后將其信號輸入到電流PI控制器電路6；電流檢測電路10將檢測到的有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)11線圈電流信號，經(jīng)調(diào)理、運(yùn)算后輸入到電流PI控制器電路6；電流PI控制器電路6信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后輸入到PWM變換電路7；三角波發(fā)生器電路8將其產(chǎn)生的固定頻率和幅值的三角波輸入至PWM變換電路7中；PWM變換電路7將其調(diào)理和整形后的PWM信號輸入至邏輯H橋功率驅(qū)動電路9。
本發(fā)明固定在柴油機(jī)電子調(diào)速系統(tǒng)的控制盒中，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速控制模塊、驅(qū)動模塊、電源模塊、人機(jī)對話模塊、超級電容模塊等組成，各模塊通過母板進(jìn)行電信號連接。
使用本發(fā)明的有益效果是：
1．該位置驅(qū)動裝置使有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)作為大功率柴油機(jī)調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入實用階段，實現(xiàn)了大功率柴油機(jī)的全電控制。
2. 對驅(qū)動裝置比例電位器、加速度環(huán)微分電位器及轉(zhuǎn)角位置信號過零調(diào)整電位器的調(diào)節(jié)，可優(yōu)化驅(qū)動裝置的性能，增強(qiáng)驅(qū)動裝置對不同類型有限轉(zhuǎn)角力矩電機(jī)和控制對象的適應(yīng)性和通用性。
3．由模擬電路組成的四閉環(huán)控制器的驅(qū)動裝置功率消耗低，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，使調(diào)節(jié)過程具有良好的穩(wěn)定性和動態(tài)性能。
4．具有快速作用的負(fù)荷抑制調(diào)節(jié)裝置。負(fù)荷改變后通過四閉環(huán)控制器調(diào)節(jié)運(yùn)算，使電機(jī)轉(zhuǎn)角位置快速保持在給定值狀態(tài)，提高系統(tǒng)抗負(fù)載干擾能力，抑制轉(zhuǎn)角位置波動及角速度波動。
5．本位置驅(qū)動裝置具有完善的安全保護(hù)功能。能夠自動監(jiān)測關(guān)鍵環(huán)節(jié)(傳感器、電機(jī)線圈電流)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)實施保護(hù)，確保系統(tǒng)在故障時防止事故的發(fā)生。
本發(fā)明的主要特點是：針對大工作能力有限轉(zhuǎn)角力矩電機(jī)作為柴油機(jī)調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制難點，采用四閉環(huán)(外環(huán)為位置環(huán)，內(nèi)環(huán)為角加速度環(huán)、角速度環(huán)及電流環(huán))模擬電路的力矩電機(jī)驅(qū)動控制模塊設(shè)計，在四閉環(huán)控制電路中，轉(zhuǎn)角位置環(huán)的主要是保證系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動態(tài)跟蹤性能；角加速度環(huán)與角速度環(huán)并行，角速度環(huán)的作用是提高系統(tǒng)抗負(fù)載干擾能力，抑制轉(zhuǎn)角位置波動；角加速度 環(huán)的作用是增加系統(tǒng)抗負(fù)載干擾能力，抑制角速度的波動；電流環(huán)的作用是提高系統(tǒng)的快速性，抑制電流環(huán)內(nèi)部干擾，限制****電流保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。采用這種控制策略的電路響應(yīng)速度快、實時性高、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒特性好，能夠兼顧動穩(wěn)態(tài)性能。
(四)附圖說明圖1是位置驅(qū)動模塊總體結(jié)構(gòu)圖；圖2是轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路圖；圖3是轉(zhuǎn)角位置檢測電路圖；圖4是轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路圖；圖5是角速度PI控制器電路圖；圖6是角加速度PI控制器電路圖；圖7是電流PI控制器電路圖；圖8是PWM變換電路圖；圖9是三角波發(fā)生器電路圖；圖10是邏輯H橋功率驅(qū)動電路圖；圖11是電流檢測電路圖。
(五)具體實施方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：
結(jié)合圖1，本發(fā)明的大工作能力有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)位置驅(qū)動模塊結(jié)構(gòu)包括：轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路1、轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路2、轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3、角速度PI控制器電路4、角加速度PI控制器電路5、電流PI控制器電路6、PWM變換電路7、三角波發(fā)生器電路8、邏輯H橋功率驅(qū)動電路9、電流檢測電路10、有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)11組成。轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路2采集和檢測有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)11位置信號，經(jīng)過信號調(diào)理后輸入至轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路1、轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3、角速度PI控制器電路4、角加速度PI控制器電路5；轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路1將位置給定電壓信號及轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路2輸入的信號調(diào)理、運(yùn)算后輸入到轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3；轉(zhuǎn)角位置PID控制器電路3信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后將其信號分兩路信號輸出，一路輸入到電流PI控制器 電路6；一路輸入到角加速度PI控制器電路5。角加速度PI控制器電路5信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后將其信號輸入到電流PI控制器電路6。電流檢測電路10將檢測到的有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)11線圈電流信號，經(jīng)調(diào)理、運(yùn)算后輸入到電流PI控制器電路6。電流PI控制器電路6信號經(jīng)過PI控制器運(yùn)算電路運(yùn)算后輸入到：PWM變換電路7；三角波發(fā)生器電路8將其產(chǎn)生的固定頻率和幅值的三角波輸入至PWM變換電路7中。PWM變換電路7將其調(diào)理和整形后的PWM信號輸入至邏輯H橋功率驅(qū)動電路9。邏輯H橋功率驅(qū)動電路9驅(qū)動有限轉(zhuǎn)角直流力矩電機(jī)11能在一定角度范圍內(nèi)跟蹤輸入指令信號，并且使力矩、快速性和精度等達(dá)到預(yù)期的指標(biāo)要求，能夠滿足作為柴油機(jī)電子調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求。
結(jié)合圖2，轉(zhuǎn)角位置給定及傳感器失效保護(hù)電路1分為電源電路和工作電路。
電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+12V，一路連接至工作電路電源一12v端。工作電路由電阻R19～R26、電容C11～C13、集成運(yùn)算放大器U3D、U7A組成；位置給定輸入信號12分兩路信號輸入，其中一路經(jīng)電阻R22接至集成運(yùn)算放大器U7A的反相輸入端；另外一路經(jīng)電容C12接至數(shù)字地AGND。位置反饋輸入信號13(由位置檢測及調(diào)理電路的16輸入，見圖3)經(jīng)電阻R19后分兩路信號，一路至集成運(yùn)算放大器U3D的反相輸入端，一路經(jīng)電容C11接至數(shù)字地AGND。電源+12V經(jīng)電阻R20后分兩路信號，一路經(jīng)并聯(lián)的電阻：R21、電容C13后接至數(shù)字地AGND，一路輸入至集成運(yùn)算放大器U3D的同相輸入端。
集成運(yùn)算放大器U3D的輸出信號經(jīng)電阻R24后分兩路輸出，一路經(jīng)電阻R23接至數(shù)字地AGND，一路至集成運(yùn)算放大器U7A的同相輸入端。電阻。R25連接集成運(yùn)算放大器u7A的反相輸入端和集成運(yùn)算放大器u7A．的輸出端。集成運(yùn)算放大器U7A的輸出信號經(jīng)電阻R26輸出至位置。PID控制器電路位置給定輸入18端，見圖4。
結(jié)合圖3，轉(zhuǎn)角位置檢測及調(diào)理電路2分為電源電路和工作電路。電源電路提供兩路信號，一路連接至工作電路電源+12V端，一路連接至工作電路數(shù)字地AGND端。工作電路由電阻R14～R18、電容C8～C10、電位器W1、集成運(yùn)算放大器U3B、U3C。由傳感器信號輸入15端信號分兩路信號輸出，一路經(jīng)電阻R15輸入至集成運(yùn)算放大器U3B的同相輸入端，一路經(jīng)并聯(lián)后的電阻R14、電
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