專利名稱：平面懸浮電機與其微處理器控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動機的控制。
平面懸浮電機的現(xiàn)有控制方式均為直流伺服控制方式。如圖3所示，由霍爾元件H感應(yīng)出轉(zhuǎn)子磁環(huán)磁場位置信號，經(jīng)處理放大后送到驅(qū)動電路驅(qū)動平面懸浮電機旋轉(zhuǎn)。電機測速磁頭測得平面懸浮電機的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)放大整形后送到鑒頻器與基準(zhǔn)頻率進行比較。鑒頻器的輸出經(jīng)低通濾波器濾波后輸出直流控制信號，經(jīng)放大后送到力矩控制電路。力矩控制電路控制閉環(huán)放大倍數(shù)的大小，達到控制平面懸浮電機轉(zhuǎn)速的目的。增益選擇電路用來選擇平面懸浮電機的運行速度。這種控制方式的控制電路相當(dāng)復(fù)雜，電路功耗大、可靠性差，控制參數(shù)無法調(diào)節(jié)，且控制方式單一。它只能控制平面懸浮電機運行于直流伺服電機方式，使平面懸浮電機的使用場合受到限制。
本發(fā)明的目的是提供一種平面懸浮電機的微處理器控制裝置，它可使平面懸浮電機運行于無刷直流電機狀態(tài)、或交流同步電機狀態(tài)、或步進電機狀態(tài)，并具有良好的起動、制動、調(diào)速、穩(wěn)速性能及方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運行。此外微處理器還可控制平面懸浮電機實現(xiàn)超低速同步運行。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的平面懸浮電機的微處理器控制是由可編程微處理器，與平面懸浮電機相數(shù)相對應(yīng)的兩個或三個D/A轉(zhuǎn)換器、兩個或三個放大及控制單元、兩個或三個連接定子繞組的功率放大器、兩個或三個繼電器J組成。繼電器J控制功率放大器與對應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器或放大及控制單元的導(dǎo)通，繼電器J由微處理器控制。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點
1.使平面懸浮電機集無刷直流電機、交流同步電機、步進電機功能于一身，能以各種運行方式進行工作，來滿足不同場合的需求;這特別適用于需要直接驅(qū)動的場合使用，如高級音響設(shè)備的電唱機、錄音機，視頻設(shè)備的錄像機，儀器儀表等。
2.使用微處理器控制，使硬件邏輯最大限度地減少，并大大地提高了其可靠性。
3.用軟件技術(shù)控制平面懸浮電機的快速起動、制動及正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，無需增加相應(yīng)的硬件電路。
4.用微處理器產(chǎn)生的波形，可通過軟件不受限制地設(shè)置各種頻率和幅值。
5.其參數(shù)用數(shù)字信號處理技術(shù)加以設(shè)定、調(diào)整，從而獲得最佳的控制性能。
6.轉(zhuǎn)速穩(wěn)定異步狀態(tài)下比例積分微分調(diào)節(jié)即PID調(diào)節(jié)使平面懸浮電機具有良好的穩(wěn)速性能;同步狀態(tài)下其轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度則具有和晶體振蕩頻率相同的數(shù)量級。
以下將結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步的詳細描述。


圖1是本發(fā)明的方框結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是圖1的線路原理圖;
圖3是現(xiàn)有技術(shù)線路原理方框圖。
參照圖1、圖2，可編程微處理器IC1是單片微處理器1?？删幊涛⑻幚砥骺梢允怯晌⑻幚砥鳌?shù)據(jù)鎖存器和可編程程序存儲器組成的微處理器系統(tǒng)。集成電路IC4、IC，及運算放大器A1、A2組成兩路8位D/A轉(zhuǎn)換器2。運算放大器A3、A4構(gòu)成兩相霍爾元件H信號的放大及控制單元3。運算放大器A5、A6、三極管BG1～BG8等構(gòu)成二路功率放大器4，給兩相定子繞組輸出功率信號。在異步狀態(tài)下，繼電器J的J2-1、J2-2吸合。單片微處理器通過多路模擬開關(guān)S10～S17、S20～S27控制霍爾元件H輸出信號閉環(huán)放大倍數(shù)的大小、來調(diào)節(jié)平面懸浮電機5的轉(zhuǎn)速?；魻栐﨟感應(yīng)到的平面懸浮電機5轉(zhuǎn)速信號，再經(jīng)集成電路IC2、IC3、IC7、IC8整形后送到單片微處理器，亦即是送到集成電路IC1。在同步狀態(tài)下，繼電器J的J1-1、J1-2吸合。此時單片微處理器輸出兩相變頻信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器2、功率放大器4放大后輸出給兩相定子繞組。當(dāng)單片微處理器控制繼電器J接通對應(yīng)的功率放大器4與放大及控制單元3時，平面懸浮電機5即可運行于無刷直流電機狀態(tài)，同時可進行良好的調(diào)速和穩(wěn)速。這是由單片微處理器閉環(huán)控制方式實現(xiàn)的。起動時閉環(huán)放大倍數(shù)為最大，平面懸浮電機5可快速起動。單片微處理器根據(jù)霍爾元件H的輸出信號，計算出平面懸浮電機的運行速度，并將測速值與程序中速度給定值相比較，把轉(zhuǎn)速誤差按電機的控制要求經(jīng)運算后，送到相應(yīng)的放大及控制單元3以調(diào)節(jié)電機定子繞組的電流，使平面懸浮電機5的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在給定值上。單片微處理器輸出信號可控制霍爾元件H的電流方向，從而控制平面懸浮電機5的正反轉(zhuǎn)向。當(dāng)單片微處理器控制繼電器J接通對應(yīng)的功率放大器4與D/A轉(zhuǎn)換器2時，平面懸浮電機5即可運行于交流同步電機狀態(tài)、或步進電機狀態(tài)。單片微處理器輸出兩相相位差為90°的交流信號，分別經(jīng)兩個D/A轉(zhuǎn)換器變換后，送到相應(yīng)的功率放大器4，兩個功率放大器4輸出的交流信號，再加到相應(yīng)的定子繞組上，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁環(huán)旋轉(zhuǎn)。這又可分為以下三種情況(一)低速運行，要求平面懸浮電機5轉(zhuǎn)速在1000rpm以下時，采用變頻起動同步運行方式。此時單片微處理器輸出兩相相位差為90°的正弦信號，平面懸浮電機可從120rpm8Hz直接起動后，按起動曲線變頻升高頻率，直到平面懸浮電機5運行在額定轉(zhuǎn)速上。當(dāng)微處理器輸出兩相超低頻交流信號時，可驅(qū)動電機實現(xiàn)超低速同步穩(wěn)定運行。如果使單片微處理器輸出的兩相正弦信號的相位差為270°，即可使平面懸浮電機5反轉(zhuǎn)。(二)高速運行，要求平面懸浮電機5轉(zhuǎn)速超過1000rpm時，采用異步起動同步運行方式。此時單片微處理器先控制繼電器J2-1、J2-2吸合，接通對應(yīng)功率放大器4與放大及控制單元3，使平面懸浮電機5以異步方式快速起動。同時，單片微處理器檢測霍爾元件H輸出信號所反應(yīng)出的平面懸浮電機5的轉(zhuǎn)速和定子繞組電流的相位。當(dāng)平面懸浮電機運行到接近轉(zhuǎn)速給定值，并達到電流同相點時，單片微處理器即控制繼電器J1-1、J1-2吸合，并通過D/A轉(zhuǎn)換器2輸出兩相交流信號給功率放大器4。當(dāng)平面懸浮電機5實現(xiàn)同步穩(wěn)定運行后，單片微處理器控制J2-1、J2-2斷開以切斷異步信號，使平面懸浮電機5同步運行于給定轉(zhuǎn)速上。實際上當(dāng)平面懸浮電機5異步起動速度達到給定轉(zhuǎn)速的96%后，即可可靠地切入同步運行狀態(tài);在完全實現(xiàn)同步之前，異步信號和同步信號一起作用于定子繞組。單片微處理器通過程序控制霍爾元件H的電流方向及兩相交流信號的相位，可使平面懸浮電機5實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)起動和運行。(三)當(dāng)單片微處理器輸出細分步進控制信號時，平面懸浮電機5即可運行于步進電機狀態(tài)。平面懸浮電機5的制動方式有(一)摩擦制動此時定子繞組完全斷電，J1-1、J1-2、J2-1、J2-2均斷開，這適合于小慣量負載。(二)快速定位制動由單片微處理器控制，根據(jù)定位的需要，分別給兩個定子繞組輸入一定的電流來實現(xiàn)此種制動方式。(三)反接制動由單片微處理器控制，使平面懸浮電機5改變旋轉(zhuǎn)方向。所編程序可控制制動時間的長短和制動電流的大小。反接制動時，平面懸浮電機5均處于無刷直流電機狀態(tài)，此種制動方式適合于大慣量負載的快速制動。
單片微處理器的軟件功能按控制系統(tǒng)的要求及性能設(shè)計，主要有(一)實現(xiàn)平面懸浮電機5無刷直流狀態(tài)時的閉環(huán)控制，軟件精確地計算出平面懸浮電機5的轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)速誤差按比例積分微分公式即PID方式進行運算處理。(二)平面懸浮電機5運行于交流同步狀態(tài)時，用來產(chǎn)生可變頻變幅的正余弦信號。正余弦函數(shù)值及變頻起動曲線根據(jù)不同的負載、運行速度及精度要求，以表格的形式存于存儲器中。這種方式加快了程序運行速度，以滿足快速變頻實時控制的要求。(三)根據(jù)不同的要求使平面懸浮電機5實現(xiàn)各種起動、制動方式及正反轉(zhuǎn)運行。(四)當(dāng)負載發(fā)生故障時，平面懸浮電機5能自動鎖定，并給出提示信號。
圖3所示，5-平面懸浮電機，放大與驅(qū)動電路由6-位置信號處理電路、7-放大電路、8-驅(qū)動電路組成，控制電路由9-測速磁頭、10-放大電路、11-整形電路、12-計數(shù)器、13-鑒頻器、14-標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器、15-低通濾波器、16-增益控制電路、17-增益選擇電路、18-放大電路、19-力矩控制電路組成。
權(quán)利要求
1.一種平面懸浮電機與其微處理器控制包括平面懸浮電機，本發(fā)明的特征在于由可編程微處理器[1]，與平面懸浮電機相數(shù)相對應(yīng)的兩個或三個D/A轉(zhuǎn)換器[2]、兩個或三個放大及控制單元[3]、兩個或三個連接定子繞組的功率放大器[4]、兩個或三個繼電器J組成；控制功率放大器[4]與對應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換器[2]或放大及控制單元[3]的導(dǎo)通的、是微處理器[1]控制的繼電器J。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面懸浮電機與其微處理器控制，其特征在于可編程序微處理器〔1〕是單片微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的平面懸浮電機的微處理器控制，其特征在于可編程微處理器可以是由微處理器、數(shù)據(jù)鎖存器和可編程程序存儲器組成的微處理器系統(tǒng)。
全文摘要
一種平面懸浮電機與其微處理器控制，由微處理器、D/A轉(zhuǎn)換器、放大及控制單元、功率放大器組成。微處理器控制可使平面懸浮電機運行于無刷直流電機狀態(tài)、交流同步電機狀態(tài)、步進電機狀態(tài)；還可使該電機具有良好的起動、制動、調(diào)速、穩(wěn)速性能；又可方便地實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。這種控制技術(shù)亦可適用于其它類型電機的控制。
文檔編號H02P7/00GK1053976SQ9010068
公開日1991年8月21日 申請日期1990年2月10日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月10日
發(fā)明者陳孝榕, 王文榮 申請人:浙江大學(xué)