CN104601068A - 一种微型电机直驱角度伺服装置 - Google Patents

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曹巳甲
左哲清
张军
王燕波
仲悦
张中哲
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China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
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Abstract

本发明涉及一种微型电机直驱角度伺服装置，包括控制单元、旋转变压器、永磁同步伺服电机；控制单元包括控制核心等；电流接口将外部供电变换为内部电路工作所需的电源；转角控制指令通过数字总线接口或模拟指令接口发送到控制核心；控制核心通过旋变接口采集旋转变压器的信息，获得电机转子的摆角；控制核心通过电流接口采集永磁同步伺服电机的任意两相电流，生成最终的控制信号；控制信号经过隔离电路后进入功率模块，功率模块根据控制信号将外部供电变换为电机接口输出的三相电压，驱动永磁同步伺服电机转动。本发明可同时兼容数字和模拟两种指令，稳态工作时无爬行和抖动，频率响应高，可达100Hz，摆角控制精度高，可达0.2°。

Description

一种微型电机直驱角度伺服装置
技术领域
本发明涉及一种微型电机直驱角度伺服装置，特别是涉及一种数字伺服阀用高精度直驱式阀芯摆角伺服装置。
背景技术
在电液伺服控制系统中，电液伺服阀起着机电转换和信号放大作用，在很大程度上对整个系统的性能起到决定性的影响。传统的伺服阀多采用力矩马达作为阀芯摆角控制执行装置，力矩马达的电-机械转换机构的频率响应和精度都不高，为了提高伺服阀的频响，现在的数字阀多采用步进电机来代替力矩马达，但步进电机在稳态运行时会出现爬行和抖动的问题。因此亟需提供一种新型的微型电机直驱角度伺服装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种
为解决上述技术问题，本发明一种微型电机直驱角度伺服装置，包括控制单元、旋转变压器、以及带有输出轴的永磁同步伺服电机；
控制单元包括控制核心、电源接口、数字总线接口、模拟指令接口、旋变接口、电流接口、电机接口、隔离电路、以及功率模块；
电源接口将外部供电变换为内部电路工作所需的电源；
转角控制指令通过数字总线接口或模拟指令接口发送到控制核心；
控制核心通过旋变接口采集旋转变压器的信息，获得电机转子的摆角；
控制核心通过电流接口采集永磁同步伺服电机的任意两相电流，生成最终的控制信号；
控制信号经过隔离电路后进入功率模块，功率模块根据控制信号将外部供电变换为电机接口输出的三相电压，驱动永磁同步伺服电机转动。
数字总线接口为CAN总线及其接口芯片。
模拟指令为电流型指令，或电压型指令，或通过A/D转换器件转化为控制核心所能处理的数字信号。
控制信号为SVPWM信号。
本发明的技术效果如下：
1、可实现阀芯摆角分辨率小于0.2°；
2、采用微型电机直驱控制方案，去掉了复杂的减速机构，可实现阀控制器的小型化、集成化设计；
3、驱动器同时兼容数字指令和模拟指令，具有很广的应用场合。
附图说明
图1为本发明所提供的一种微型电机直驱角度伺服装置的示意图。
图2为控制单元的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明包括控制单元、旋转变压器、以及带有输出轴的永磁同步伺服电机；控制单元既可以通过数字总线接收转角指令，也可以接收模拟电压指令。旋转变压器既用作永磁同步电机的矢量控制，也用作为直驱角度传感器，参与角度闭环控制。
控制单元包括控制核心、电源接口、数字总线接口、模拟指令接口、旋变接口、电流接口、电机接口、隔离电路、以及功率模块。
电源接口可以由DC/DC模块、或电源管理芯片配合外围电路实现。数字总线接口可以是数字总线接口芯片及其外围电路；模拟指令接口可以是模拟数字转换芯片及其外围电路。控制核心可以是单片机、DSP芯片或FPGA芯片。
外部供电通过电流接口进入控制单元，电流接口通过电源电路(例如电源转换芯片)将外部供电变换为内部电路工作所需的电源。用户可以通过数字总线接口或模拟指令接口发送转角控制指令。数字总线接口可以是各种类型的总线(例如CAN总线)及其接口芯片。模拟指令接口是可以是电流型指令，也可以是电压型指令，可以通过A/D转换器件将其转化为控制核心所能处理的数字信号。
控制核心可以是高速数字信号处理器，它接收来自数字总线接口或模拟指令接口发送的指令，同时通过旋变接口采集旋转变压器的信息，从而获得电机转子的转角；通过电流接口采集电机的任意两相电流，通过将控制指令与转子转角相比较，获得位置控制量，该位置控制量结合电机转子转角与两相电流信号经过运算后(可以是矢量控制运算，也可以是直接转矩控制运算)生成最终的控制信号。
控制核心生成的控制信号可以是SVPWM信号，该信号经过隔离电路后进入功率模块，功率模块根据控制信号将外部供电变换为电机接口输出的三相电压，从而驱动永磁同步伺服电机转动。
在工作过程中，控制单元以通过数字总线接口对外发送永磁同步伺服电机转子的转角位置信息，用户可以通过该信息掌握角度伺服装置的当前摆角位置。默认情况下，控制单元采用数字总线接口上接收的指令作为摆角控制指令，数字总线接口上的指令可以是提前约定好的任意形式，当用户通过数字总线发送特定的指令后，控制单元开始采用模拟指令接口的数据作为摆角指令，其中模拟摆角指令可以是电流形式，也可以是电压形式。
本发明可同时兼容数字和模拟两种指令，稳态工作时无爬行和抖动，频率响应高，可达100Hz，摆角控制精度高，可达0.2°。

Claims (4)

1.一种微型电机直驱角度伺服装置，其特征在于：包括控制单元、旋转变压器、以及带有输出轴的永磁同步伺服电机；
所述控制单元包括控制核心、电源接口、数字总线接口、模拟指令接口、旋变接口、电流接口、电机接口、隔离电路、以及功率模块；
所述电流接口将外部供电变换为内部电路工作所需的电源；
转角控制指令通过所述数字总线接口或模拟指令接口发送到控制核心；
所述控制核心通过旋变接口采集旋转变压器的信息，获得电机转子的摆角；
所述控制核心通过电流接口采集永磁同步伺服电机的任意两相电流，生成最终的控制信号；
所述控制信号经过隔离电路后进入所述功率模块，功率模块根据控制信号将外部供电变换为电机接口输出的三相电压，驱动永磁同步伺服电机转动。
2.根据权利要求1所述的一种微型电机直驱角度伺服装置，其特征在于：所述数字总线接口为CAN总线及其接口芯片。
3.根据权利要求1所述的一种微型电机直驱角度伺服装置，其特征在于：所述模拟指令为电流型指令，或电压型指令，或通过A/D转换器件转化为控制核心所能处理的数字信号。
4.根据权利要求1所述的一种微型电机直驱角度伺服装置，其特征在于：所述控制信号为SVPWM信号。
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