CN102142802A - 一种线性直流无刷电机伺服驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，包括短路匝传感器、前置变换放大电路、校正电路、绝对值电路、方向处理电路、线性光耦、位置信号预处理电路、换相逻辑处理电路、六路光耦、线性控制功率驱动电路、光电编码器和无刷直流力矩电机本体。本发明由于采用两拍六状态的换相逻辑处理电路方案，而具有功耗低、波动力矩小的优点，同时采用线性光耦、六路光耦、消振电路以及基于线性电流反馈方案的线性控制功率驱动电路，而具有干扰小、运行稳定、发热量小、线性度高的优点，本发明主要用于惯性仪表伺服系统，亦可作为其它直流无刷力矩电机速度或者位置伺服驱动系统。

Description

一种线性直流无刷电机伺服驱动系统

技术领域

本发明涉及一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，用于惯性仪表伺服系统中，亦可用于其它直流无刷力矩电机速度/位置伺服驱动系统。

背景技术

直流伺服驱动系统在惯性仪表中用于消除外框架干扰力矩，现有的有刷直流伺服驱动系统以有刷直流力矩电机作为执行机构，由于机械结构上存在电刷和换向器，电机运转时存在摩擦，长时间工作过程中，易出现打火花现象，导致电刷组件接触不良，引起系统工作异常。为消除现有刷直流伺服驱动系统电刷接触不良、打火花的缺点，引入无刷直流力矩电机作为执行结构，采用电子开关线路和电机转子位置传感器实现电机电枢绕组电流的无接触换向。现有的电机转子位置传感器大都采用霍尔集成电路，其主要工作原理是电流的磁效应，因而在复杂的磁应用环境中，无刷力矩电机会出现换相逻辑异常的故障；同时现有的无刷力矩电机控制驱动方案大都采用脉冲宽度调制PWM方案，由于PWM中信号调制频率的影响，会给伺服驱动系统引入干扰，且功耗大。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，具有功耗低、干扰小、工作正常可靠的特点。

本发明的技术解决方案为：

一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，包括短路匝传感器、前置变换放大电路、校正电路、绝对值电路、方向处理电路、线性光耦、位置信号预处理电路、换相逻辑处理电路、六路光耦、线性控制功率驱动电路、光电编码器和无刷直流力矩电机本体；

短路匝传感器输出角度交流调制信号给前置变换放大电路；前置变换放大电路将角度交流调制信号先后进行交流放大、解调和滤波之后输出给校正电路对信号进行校正之后同时输出给绝对值电路和方向处理电路；绝对值电路将输入的校正之后的信号处理为正信号之后输出给线性光耦进行线性放大和光耦隔离，之后输出给线性控制功率驱动电路作为线性控制功率驱动电路的一路输入信号，控制无刷直流力矩电机本体输出反馈力矩的大小；方向处理电路将输入的校正之后的信号处理为两路互为反相的方向方波信号输出给换相逻辑处理电路；所述两路互为反相的方向方波信号依次为方向方波信号F1和方向方波信号

光电编码器敏感到无刷直流力矩电机本体转子的三路位置信号，之后输出给位置信号预处理电路放大整形成三路相差为120°的光电方波信号并输出给换相逻辑处理电路，所述三路相差为120°的光电方波信号依次为S_A、S_B和S_C；换相逻辑处理电路将输入的方向方波信号F1、方向方波信号

光电方波信号S_A、光电方波信号S_B和光电方波信号S_C进行逻辑组合，生成六种状态控制信号，再通过六路光耦进行光耦隔离之后输出给线性控制功率驱动电路；线性控制功率驱动电路根据输入的光耦隔离之后的六种状态控制信号控制无刷直流力矩电机本体的换相和控制反馈力矩的方向。

所述换相逻辑处理电路将输入的方向方波信号F1、方向方波信号

光电方波信号S_A、光电方波信号S_B和光电方波信号S_C进行逻辑组合通过如下方式进行：

当F1＝1时，

当时，其中，A_T、B_T、C_T、A_B、B_B和C_B为所述的六种状态控制信号。

所述线性控制功率驱动电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、运算放大器U1、U2、三极管T1、T2、功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6；

线性光耦的输出经过电阻R1输入到运算放大器U1的同相端，运算放大器U1的输出经过电阻R2输入到三极管T1的基级，三极管T1的集电极与电源正极和三极管T2的集电极连接在一起，三极管T1的发射极通过电阻R3连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极通过电阻R4接地的同时，还与功率驱动开关K1的一端、功率驱动开关K2的一端以及功率驱动开关K3的一端连接在一起，功率驱动开关K1的另一端连接无刷直流力矩电机本体的第一绕组和功率驱动开关K4的一端，功率驱动开关K2的另一端连接无刷直流力矩电机本体的第二绕组和功率驱动开关K5的一端，功率驱动开关K3的另一端连接无刷直流力矩电机本体的第三绕组和功率驱动开关K6的一端；功率驱动开关K4的另一端、功率驱动开关K5的另一端和功率驱动开关K6的另一端通过电阻R5接地的同时，还通过电阻R6连接到运算放大器U2的同相端，运算放大器U2的反相端通过电阻R7接地的同时还通过电阻R8连接到运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的输出端通过电阻R9连接到运算放大器U1的反相端，功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6的控制端依次连接换相逻辑处理电路输出的六种状态控制信号A_T、B_T、C_T、A_B、B_B和C_B经过六路光耦的相应输出。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用无刷直流力矩电机作为执行机构，利用电子开关线路(位置信号预处理电路、换向逻辑处理电路、六路光耦、线性控制功率驱动电路)和位置传感器(光电编码器)实现电机电枢绕组电流的无接触换向，从而消除了有刷直流伺服驱动系统的打火花和电刷接触不良的缺点。与传统采用霍尔集成电路作为无刷力矩电机转子位置传感器相比，本发明采用光电编码器作为转子的位置传感器，具有反应速度快、不受磁效应影响、工作可靠的优点；同时采用三相绕组二二通电六状态的换相逻辑处理电路方案，具有功耗低、波动力矩小的优点。相对于传统无刷力矩电机脉冲宽度调制的控制驱动方案，本发明采用基于线性电流反馈方案的控制功率驱动形式，而具有线性度高、干扰小(无PWM中信号调制频率的影响)、功耗低的优点，最后本发明由于采用六路光耦实现数字信号与功率信号的隔离，且采用线性光耦实现控制模拟信号与功率控制信号的线性放大和光耦隔离，提高了系统的抗干扰能力，在方向处理与位置信号预处理中采用消振电路提高了系统运行的平稳性。

附图说明

图1为本发明的线性直流无刷电机伺服驱动系统原理示意图；

图2为本发明前置变换放大电路示意图；

图3为本发明方向处理电路示意图；

图4为本发明的光电编码器原理示意图；

图5为本发明的位置信号预处理电路示意图；

图6为本发明的换相逻辑处理电路示意图；

图7为本发明的换相逻辑处理电路时序示意图；

图8为本发明的线性控制功率驱动电路示意图；

图9为本发明的方向处理电路与位置信号预处理电路中消振电路示意图；

图10为本发明的线性控制功率驱动电路中功率驱动开关示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，如图1所示，包括短路匝传感器1、前置变换放大电路2、校正电路3、绝对值电路4、方向处理电路5、线性光耦6、位置信号预处理电路7、换相逻辑处理电路8、六路光耦9、线性控制功率驱动电路10、光电编码器11和无刷直流力矩电机本体12；

短路匝传感器1输出角度交流调制信号给前置变换放大电路2；前置变换放大电路2将角度交流调制信号先后进行交流放大、解调和滤波之后输出给校正电路3对信号进行校正之后同时输出给绝对值电路4和方向处理电路5；绝对值电路4将输入的校正之后的信号处理为正信号之后输出给线性光耦6进行线性放大和光耦隔离，之后输出给线性控制功率驱动电路10作为线性控制功率驱动电路10的一路输入信号，控制无刷直流力矩电机本体12输出反馈力矩的大小；

方向处理电路5将输入的校正之后的信号处理为两路互为反相的方向方波信号输出给换相逻辑处理电路8；所述两路互为反相的方向方波信号依次为方向方波信号F1和方向方波信号

光电编码器11敏感到无刷直流力矩电机本体12转子的三路位置信号，之后输出给位置信号预处理电路7放大整形成三路相差为120°的光电方波信号并输出给换相逻辑处理电路8，所述三路相差为120°的光电方波信号依次为S_A、S_B和S_C；换相逻辑处理电路8将输入的方向方波信号F1、方向方波信号

光电方波信号S_A、光电方波信号S_B和光电方波信号S_C进行逻辑组合，生成六种状态控制信号，再通过六路光耦9进行光耦隔离之后输出给线性控制驱动功率电路10；线性控制功率驱动电路10根据输入的光耦隔离之后的六种状态控制信号控制无刷直流力矩电机本体12的换相和控制反馈力矩的方向。

本发明的前置变换放大电路2的主要功能是将短路匝传感器1输出的交流调制信号进行放大、解调、低通滤波处理成低频信号，其示意图如图2所示，包括电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R110、R111、R112、R113、R114、R116、R117、R118、R119、R120、R121、R123、可调电位计R115、运算放大器U1、U2、U3、U4、U5、稳压管V11、V12、V13、V14和二选一模拟开关N1组成；

短路匝传感器1的输出信号经过电阻R11输入到运算放大器U1的同相端，运算放大器U1反相端通过电阻R12到地的同时还通过电阻R14与运算放大器U1的输出端相连，运算放大器U1的输出端通过电容C11与电阻R15的的一端相连，电阻R15的另一端在与二选一模拟开关N1(CD4053)的2脚、13脚相连的同时与电阻R16的一端、稳压管V11的一端相连，电阻R16的另一端、稳压管V11的另一端接地；短路匝传感器1的激磁信号通过电容C4、电阻R116分别输入到运算放大器U2的同相端、反相端，运算放大器U2的同相端通过电阻R13与地相连，运算放大器U2的反相端通过电阻R117与运算放大器U2的输出端相连，同时运算放大器U2的输出端通过电阻R118输入到运算放大器U3的同相端，运算放大器U3的反向端通过电阻R119到地，运算放大器U3的输出端通过电阻R120分别与二选一模拟开关N1(CD4053)的10脚、11脚和稳压管V12的一端相连，稳压管V12的另一端接地；正电源VCC通过电阻R121分别与二选一模拟开关N1(CD4053)的16脚和稳压管V13的一端相连，负电源VEE通过电阻R122分别与二选一模拟开关N1(CD4053)的7脚和稳压管V114的一端相连，稳压管V13的另一端、稳压管V14的另一端分别与地相连；二选一模拟开关N1(CD4053)的12脚、9脚、8脚、6脚、5脚、3脚、1脚均接地；二选一模拟开关N1(CD4053)的14脚、15脚分别通过电阻R17、电阻R18输入到运算放大器U4的同相端和反相端，同时运算放大器U4的同相端通过电阻R19到地，运算放大器U4的反相端通过电阻R110与运算放大器U4的输出端相连；运算放大器U4的输出端通过电阻R111后分别通过电容C12到地、通过电阻R113与运算放大器U5的反相端相连、通过电阻R112与运算放大器U5的输出端相连，同时运算放大器U5的输出端通过电容C13与运算放大器U5的反相端相连，运算放大器U5的同相端通过电阻R114到地，运算放大器U5的两个调零端分别与可调电位计R115的两个固定端相连，可调电位计R115的调整端与负电源VEE相连；

图3为本发明的方向处理电路示意图，包括电阻R31、R32、R33、R34、R35、R36、开关二极管D31、D32、运算放大器U31、U32、消振电路N31和N32；校正电路的输出信号通过电阻R31输入到运算放大器U31的同相端，运算放大器U31的输出端分别通过电阻R33、R35输入到运算放大器U32的反相端、消振电路N31的输入端和开关二极管D31的N极，运算放大器U32的输出端通过电阻R36分别输入到消振电路N32的输入端、开关二极管D32的N极，运算放大器U31的反相端与运算放大器U32的同相端分别通过电阻R32、R34到地，开关二极管D31的P极、开关二极管D32的P极均与地相连，消振电路N31、消振电路N32分别输出两路互为反相的方向方波信号F1、方向方波信号

图4为本发明中光电编码器11的原理示意图，包括光电编码盘M41、光电管A(包括发光二极管D41、光敏接收管T41)、光电管B(包括发光二极管D42、光敏接收管T42)、光电管C(包括发光二极管D43、光敏接收管T43)、负载电阻R41、R42与R43；发光二极管D41的P极、发光二极管D42的P极、发光二极管D43的P极分别与正电源相连，发光二极管D41的N级、发光二极管D42的N级、发光二极管D43的N级分别与地相连，光敏接收管T41的集电极、光敏接收管T42的集电极、光敏接收管T43的集电极分别与正电源相连，光敏接收管T41的发射极、光敏接收管T42的发射极、光敏接收管T43的发射极分别通过负载电阻R41、R42、R43到地；

光电编码盘M41是一个通过激光蚀刻和蒸馏技术实现高精度的6对明暗相间环形区域的铝片，安装在无刷直流力矩电机本体12的永磁转子上，每个区域对应的机械角度为30°、电气角度为180°，发光二极管D41发出红外光，以1°角度投射到光电编码盘M41上，若该区域为“明区”，则光线以1°角度反射到光敏接收管T41上，从而产生光电流，通过负载电阻R41产生敏感位置的电压信号；若该区域为“暗区”，则红外光不能通过光电编码盘M41反射到光敏接收管T41上，无光电流产生，负载电阻R41无电压信号产生，上述敏感位置的电压信号经过位置信号预处理电路的放大整形处理后为敏感位置的方波信号，由于光电管A、光电管B、光电管C依次相隔机械角度80°安装，位置信号预处理电路9输出的三路光电方波S_A、S_B和S_C依次相差120°电角度；由于光电编码器11是通过发射、接收红外光而敏感位置信号的，其具有反应速度快、不受磁效应影响、工作正常可靠、抗振动和冲击能力强等优点；

图5为本发明中位置信号预处理电路9中的一路电路示意图，包括电阻R51、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59、R510、R511、R512、R513、R514、R515、可调电位计R52、R510、开关二极管D51、运算放大器U51、U52、U53、消振电路N51组成；光电流信号通过电阻R51、可调电位计R52(相当于图4中的负载电阻R41)到地后，形成位置信号A，位置信号A通过电阻R53输入到运算放大器U51的同相端，运算放大器U51的反相端通过电阻R54到地的同时通过电阻R55与运算放大器U51的输出端相连，完成位置信号A的第一级同相放大；运算放大器U51的输出端通过电阻R56输入到运算放大器U52的反相端，同时运算放大器U52的反相端通过电阻R511与运算放大器U52的输出端相连，正电源VCC通过电阻R59、可调电位计R510的两个固定端到地，可调电位计R510的调整端通过电阻R57输入到运算放大器U52的反相端，同时运算放大器U52的反相端通过电阻R58到地，从而完成位置信号A的第二级反相放大；运算放大器U52的输出端通过电阻R512输入到运算放大器U53反相端，同时运算放大器U53的反相端通过电阻R514与运算放大器U53的输出端相连，运算放大器U53的同相端通过电阻R513到地，从而完成位置信号A的第三级反相放大，输出高电平为正电源VCC、低电平为负电源VEE的方波，运算放大器U53的输出端通过电阻R515、开关二极管D51到地，则电阻R515与开关二极管D51相连的一端输出高电平为正电源VCC、低电平为地的方波，该方波输入到消振电路N51的输入端，消振电路N51的输出光电方波信号S_A；

换相逻辑电路8的核心功能是将位置信号预处理电路7输出三路相差120°电角度的光电方波信号S_A、S_B和S_C与方向处理电路5输出两路互为反相的方向方波信号F1、方向方波信号通过特定功能的逻辑电路进行逻辑组合，产生所需的状态控制信号，经过六路光耦9后控制线性控制功率驱动电路10开关的导通与截止，根据电机体积、电机极对数p＝6的现有条件以及电机波动力矩最小、功耗低的原则，采用三相绕组、两两通电、六种状态的控制模式，具体逻辑组合通过如下方式进行：

当F1＝1时，

当

时，

其中，A_T、B_T、C_T、A_B、B_B和C_B为所述的六种状态控制信号；

图6为本发明中换相逻辑处理电路8一种实现方式的示意图，包括六反相器N61(CD4069)、二选一数据选择器N62(CD4019)、二输入与门N63、N64(CD4081)、六缓冲器N65(CD4050)、电阻R61、R62、R63、R64、R65和R66；

方向方波信号F1、方向方波信号

分别输入到二选一数据选择器N62(CD4019)的9脚、14脚；光电方波信号S_A分别输入到二选一数据选择器N62(CD4019)的6脚和六反相器N61(CD4069)的1脚，六反相器N61(CD4069)的2脚输入到二选一数据选择器N62(CD4019)的7脚；光电方波信号S_B分别输入到二选一数据选择器N62(CD4019)的4脚和六反相器N61(CD4069)的3脚，六反相器N61(CD4069)的4脚输入到二选一数据选择器N62(CD4019)的5脚；光电方波信号S_C分别输入到二选一数据选择器N62(CD4019)的2脚和六反相器N61(CD4069)的5脚，六反相器N61(CD4069)的6脚输入到二选一数据选择器N62(CD4019)的3脚；二选一数据选择器N62(CD4019)的15脚、1脚接数字地；二选一数据选择器N62(CD4019)的10脚分别与六反相器N61(CD4069)的9脚、二输入与门N63(CD4081)的1脚和二输入与门N64(CD4081)的8脚相连；二选一数据选择器N62(CD4019)的11脚分别与六反相器N61(CD4069)的11脚、二输入与门N63(CD4081)的5脚和二输入与门N64(CD4081)的2脚相连；二选一数据选择器N62(CD4019)的12脚分别与六反相器N61(CD4069)的13脚、二输入与门N63(CD4081)的8脚和二输入与门N64(CD4081)的6脚相连；六反相器N61(CD4069)的8脚分别与二输入与门N63(CD4081)的9脚和二输入与门N64(CD4081)的1脚相连；六反相器N61(CD4069)的10脚分别与二输入与门N63(CD4081)的2脚和二输入与门N64(CD4081)的5脚相连；六反相器N61(CD4069)的12脚分别与二输入与门N63(CD4081)的6脚和二输入与门N64(CD4081)的9脚相连；二输入与门N63(CD4081)的3脚、4脚、10脚和二输入与门N64(CD4081)的3脚、4脚、10脚分别输入到六缓冲器N65(CD4050)的3脚、5脚、7脚、9脚、11脚、14脚，六缓冲器N65(CD4050)的2脚、4脚、6脚、10脚、12脚、15脚分别通过电阻R61、R62、R63、R64、R65、R66输出为六种状态控制信号A_T、B_T、C_T、A_B、B_B和C_B，图7为当方向方波信号F1＝1、方向方波信号光电方波信号S_A、S_B和S_C依次超前120°电角度时本发明换相逻辑处理电路7的时序图；

图8为本发明的线性控制功率驱电路10的示意图，包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、运算放大器U1、U2(LM358)、三极管T1(3DK106)、T2(3DD15)、功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6；线性光耦的输出经过电阻R1输入到运算放大器U1(LM358)的同相端，运算放大器U1(LM358)的输出经过电阻R2输入到三极管T1(3DK106)的基级，三极管T1(3DK106)的集电极与电源正极和三极管T2的集电极连接在一起，三极管T1的发射极通过电阻R3连接三极管T2(3DD15)的基极，三极管T2(3DD15)的发射极通过电阻R4接地的同时，还与功率驱动开关K1的一端、功率驱动开关K2的一端以及功率驱动开关K3的一端连接在一起，功率驱动开关K1的另一端连接无刷直流力矩电机本体(12)的第一绕组和功率驱动开关K4的一端，功率驱动开关K2的另一端连接无刷直流力矩电机本体12的第二绕组和功率驱动开关K5的一端，功率驱动开关K3的另一端连接无刷直流力矩电机本体12的第三绕组和功率驱动开关K6的一端；功率驱动开关K4的另一端、功率驱动开关K5的另一端和功率驱动开关K6的另一端通过电阻R5接地的同时，还通过电阻R6连接到运算放大器U2(LM358)的同相端，运算放大器U2(LM358)的反相端通过电阻R7接地的同时还通过电阻R8连接到运算放大器U2(LM358)的输出端，运算放大器U2(LM358)的输出端通过电阻R9连接到运算放大器U1(LM358)的反相端，功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6的控制端依次连接换相逻辑处理电路8输出的六种状态控制信号A_T、B_T、C_T、A_B、B_B和C_B经过六路光耦9的相应输出；

由于采用电阻R5将流过功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6的电流实时检测，而后通过电阻R6、R7、R8、R9、运算放大器U2(LM358)反馈到电流控制端(运算放大器U1的反馈端)与线性光耦输出的控制信号通过运算放大器U1(LM358)相比较，控制三极管T2(3DD15)发射极电压大小，实现电流反馈的闭环控制，线性控制驱动功率电路10具有线性度高、干扰小(无PWM脉冲调宽调制法中信号调制频率的影响)、直流无刷力矩电机本体12电枢绕组发热量小、不会给惯性仪表带来额外温升的优点，同时本发明采用线性光耦6进行模拟控制信号与功率控制信号之间的线性放大、光耦隔离，采用六路光耦9进行数字状态信号与功率状态信号之间的光耦隔离，提高了系统的抗干扰能力；

图9为本发明的方向处理电路与位置信号预处理电路中的消振电路示意图，包括电阻R91、R92、电容C91、C92、六缓冲器N91(CD4050)、六反相器N92(CD4069)、4输入与门N93(CD4082)、单稳态触发器N94(CD4098)和2输入或非门N95(CD4001)；消振输入信号输入到六缓冲器N91(CD4050)的3脚输入端，六缓冲器N91(CD4050)的2脚输出端信号同时输入到六反相器N92(CD4069)的5脚输入端和4输入与门N93(CD4082)的11脚输入端，六反相器N92(CD4069)的6脚输出端信号输入到4输入与门N93(CD4082)的4脚输入端，4输入与门N93(CD4082)的2脚输入端、3脚输入端接单稳态触发器N94(CD4098)的7脚，4输入与门N93(CD4082)的5脚输入端接2输入或非门N95(CD4001)的2脚，4输入与门N93(CD4082)的1脚输出端信号输入到单稳态触发器N94(CD4098)的12脚；4输入与门N93(CD4082)的12脚输入端接稳态触发器N94(CD4098)的9脚，2输入或非门N95(CD4001)的3脚输出信号同时输入到2输入或非门N95(CD4001)的6脚输入端、4输入与门N93(CD4082)的9脚输入端和10脚输入端，4输入与门N93(CD4082)的13脚输出端信号输入到单稳态触发器N94(CD4098)的4脚；单稳态触发器N94(CD4098)的1脚、2脚之间接电容C91，单稳态触发器N94(CD4098)的15脚、14脚之间接电容C92；单稳态触发器N94(CD4098)的2脚、3脚之间接电阻R91，单稳态触发器N94(CD4098)的14脚、13脚之间接电阻R92；正电源VCC同时接单稳态触发器N94(CD4098)的3脚、5脚、13脚与11脚，单稳态触发器N94(CD4098)的6脚信号输入到2输入或非门N95(CD4001)的1脚输入端，单稳态触发器N94(CD4098)的10脚信号输入到2输入或非门N95(CD4001)的5脚输入端；2输入或非门N95(CD4001)的4脚输出信号输入到六缓冲器N91(CD4050)的7脚输入端，六缓冲器N91(CD4050)的6脚为消振输出；消振电路的主要作用为去抖、消振，消除方向信号方向方波信号F1、方向方波信号

光电方波信号S_A、S_B和S_C的毛刺、抖动，通过设置电阻R91、电容C91和电阻R92、电容C92的大小而设置消振周期，在方向处理电路5和位置信号预处理电路7中加入消振电路可提高本发明的运行平稳性和抗干扰能力；

图10为本发明的线性控制功率驱动电路10中的一对桥臂功率驱动开关示意图(其余两对相同)，包括电阻R101、R102、R103、R104、R105、二极管D101、D102、三极管T101(3DK106)、T102(3CK130)、T103(3DK36)、T104(3DK106)和T105(3DK36)；

上桥臂控制信号(即状态控制信号经六路光耦的输出信号)输入到三极管T101(3DK106)的基极，三极管T101(3DK106)的发射极接地，上桥臂开关一端分别输入到二极管D101的N极、三极管T103(3DK36)的集电极、三极管T102(3CK130)的发射极以及通过电阻R102输入到三极管T102(3CK130)的基极，三极管T102(3CK130)的基极还通过电阻R101输入到三极管T101(3DK106)的集电极，上桥臂开关另一端分别接二极管D101的P极、三极管T103(3DK36)的发射极以及通过电阻R103接三极管T102(3CK130)的集电极、三极管T103(3DK36)的基极；当上桥臂控制信号为高电平时，上桥臂开关导通，而当上桥臂控制信号为低电平时，上桥臂开关截止，由于光电编码器11依次相隔80°机械角度安装以及换相逻辑处理电路8的逻辑组合关系式，任意时刻三个上桥臂开关K1、K2、K3中只可能有一个上桥臂开关导通；

下桥臂控制信号(即状态控制信号经六路光耦的输出信号)输入到三极管T104(3DK106)的基极，下桥臂开关的一端分别接二极管D102的N极、三极管T104(3DK106)的集电极和三极管T105(3DK36)的集电极，下桥臂开关的另一端接二极管D102的P极和三极管T105(3DK36)的发射极，同时下桥臂开关的另一端还通过电阻R104接三极管T104(3DK106)的发射极和三极管T105(3DK36)基极；当下桥臂控制信号为高电平时，下桥臂开关导通，而当下桥臂控制信号为低电平时，下桥臂开关截止，由于光电编码器11依次相隔80°机械角度安装以及换相逻辑处理电路8的逻辑组合关系式，任意时刻三个下桥臂开关K4、K5、K6中只可能有一个下桥臂开关导通，且不存在一对上桥臂开关和下桥臂开关均导通的现象。

Claims (3)

1.一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，其特征在于：包括短路匝传感器(1)、前置变换放大电路(2)、校正电路(3)、绝对值电路(4)、方向处理电路(5)、线性光耦(6)、位置信号预处理电路(7)、换相逻辑处理电路(8)、六路光耦(9)、线性控制功率驱动电路(10)、光电编码器(11)和无刷直流力矩电机本体(12)。

短路匝传感器(1)输出角度交流调制信号给前置变换放大电路(2)；前置变换放大电路(2)将角度交流调制信号先后进行交流放大、解调和滤波之后输出给校正电路(3)对信号进行校正之后同时输出给绝对值电路(4)和方向处理电路(5)；绝对值电路(4)将输入的校正之后的信号处理为正信号之后输出给线性光耦(6)进行线性放大和光耦隔离，之后输出给线性控制功率驱动电路(10)作为线性控制功率驱动电路(10)的一路输入信号，控制无刷直流力矩电机本体(12)输出反馈力矩的大小；方向处理电路(5)将输入的校正之后的信号处理为两路互为反相的方向方波信号输出给换相逻辑处理电路(8)；所述两路互为反相的方向方波信号依次为方向方波信号F1和方向方波信号

光电编码器(11)敏感到无刷直流力矩电机本体(12)转子的三路位置信号，之后输出给位置信号预处理电路(7)放大整形成三路相差为120°的光电方波信号并输出给换相逻辑处理电路(8)，所述三路相差为120°的光电方波信号依次为S_A、S_B和S_C；换相逻辑处理电路(8)将输入的方向方波信号F1、方向方波信号

光电方波信号S_A、光电方波信号S_B和光电方波信号S_C进行逻辑组合，生成六种状态控制信号，再通过六路光耦(9)进行光耦隔离之后输出给线性控制功率驱动电路(10)；线性控制功率驱动电路(10)根据输入的光耦隔离之后的六种状态控制信号控制无刷直流力矩电机本体(12)的换相和控制反馈力矩的方向。

2.根据权利要求1所述的一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，其特征在于：所述换相逻辑处理电路(8)将输入的方向方波信号F1、方向方波信号

光电方波信号S_A、光电方波信号S_B和光电方波信号S_C进行逻辑组合通过如下方式进行：

当F1＝1时，

当时，

其中，A_T、B_T、C_T、A_B、B_B和C_B为所述的六种状态控制信号。

3.根据权利要求1所述的一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，其特征在于：所述线性控制功率驱动电路(10)包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、运算放大器U1、U2、三极管T1、T2、功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6；

线性光耦的输出经过电阻R1输入到运算放大器U1的同相端，运算放大器U1的输出经过电阻R2输入到三极管T1的基级，三极管T1的集电极与电源正极和三极管T2的集电极连接在一起，三极管T1的发射极通过电阻R3连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极通过电阻R4接地的同时，还与功率驱动开关K1的一端、功率驱动开关K2的一端以及功率驱动开关K3的一端连接在一起，功率驱动开关K1的另一端连接无刷直流力矩电机本体(12)的第一绕组和功率驱动开关K4的一端，功率驱动开关K2的另一端连接无刷直流力矩电机本体(12)的第二绕组和功率驱动开关K5的一端，功率驱动开关K3的另一端连接无刷直流力矩电机本体(12)的第三绕组和功率驱动开关K6的一端；功率驱动开关K4的另一端、功率驱动开关K5的另一端和功率驱动开关K6的另一端通过电阻R5接地的同时，还通过电阻R6连接到运算放大器U2的同相端，运算放大器U2的反相端通过电阻R7接地的同时还通过电阻R8连接到运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的输出端通过电阻R9连接到运算放大器U1的反相端，功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6的控制端依次连接换相逻辑处理电路(8)输出的六种状态控制信号A_T、B_T、C_T、A_B、B_B和C_B经过六路光耦(9)的相应输出。

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