CN105450110B - 一种直流电机正反转控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电机正反转控制装置，包括：数模转换电路，其输入端与上位机的输出端连接，其第一输出端与信号调理电路的第一输入端连接，其第二输出端与信号调理电路的第二输入端连接，用于将所述上位机输出的数字信号转换成模拟信号并输出，所述第一输出端输出包含第一电压值的第一信号，所述第二输出端输出包含第二电压值的第二信号；信号调理电路，其输出端与所述直流电机连接，用于根据所述第一电压值和第二电压值的大小产生控制直流电机的转向和转速的信号。本发明具有无需设置正反转互锁装置，正反转间速度控制连续，控制精密及稳定的优点。

Description

一种直流电机正反转控制装置

技术领域

本发明涉及直流电机控制领域，具体涉及一种直流电机正反转控制装置。

背景技术

小型直流电机已经被广泛采用于血液检测类医疗及科研仪器的液控电路中。在实际应用中多需要精密、稳定地控制电机的转速及方向。

现有直流电机的正反转驱动控制有多种方法，例如采用继电器或采用场效应管等。例如专利号ZL200620098214.8中公开了一种带锁紧的直流电机自动控制装置，通过采用继电器控制直流电机的正反转，且具有互锁功能。但是，频繁地切换电机转向会对电路系统产生冲击与干扰，甚至造成正反转互锁装置的失效，从而导致仪器的瘫痪。而且正反向转动间控制不连续，无法实现精细控制。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的直流电机正反转控制需要设置正反转互锁装置、正反向转动间控制不连续的缺陷。

为此，本发明的一种直流电机正反转控制装置，包括：

数模转换电路，其输入端与上位机的输出端连接，其第一输出端与信号调理电路的第一输入端连接，其第二输出端与信号调理电路的第二输入端连接，用于将所述上位机输出的数字信号转换成模拟信号并输出，所述第一输出端输出包含第一电压值的第一信号，所述第二输出端输出包含第二电压值的第二信号；

信号调理电路，其输出端与所述直流电机连接，用于根据所述第一电压值和第二电压值的大小产生控制直流电机的转向和转速的信号。

优选地，所述信号调理电路包括：

减法电路，其第一输入端作为所述信号调理电路的第一输入端，其第二输入端作为所述信号调理电路的第二输入端，其输出端作为所述信号调理电路的输出端，用于将所述第一电压值和第二电压值作减法运算后输出控制所述直流电机的转向和转速的信号。

优选地，所述减法电路包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述第一电阻的一端作为所述减法电路的第一输入端，所述第一电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的同相输入端和所述第三电阻的一端连接；

第二电阻的一端作为所述减法电路的第二输入端，所述第二电阻的另一端分别与所述第一运算放大器的反相输入端和所述第四电阻的一端连接；

所述第三电阻的另一端接地；

所述第四电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端连接；

所述第一运算放大器的输出端作为所述减法电路的输出端。

优选地，所述信号调理电路还包括：

积分电路，其输入端与所述减法电路的输出端连接，其输出端与第五电阻的一端连接；

第五电阻，其另一端作为所述信号调理电路的输出端；

反馈电路，其第一输入端与所述第五电阻的一端连接，其第二输入端与所述第五电阻的另一端连接，其输出端与所述积分电路的输入端连接，用于反馈所述直流电机的工作状态。

优选地，所述积分电路包括第二运算放大器、第六电阻和电容；

所述第六电阻的一端作为所述积分电路的输入端，所述第六电阻的另一端分别与所述第二运算放大器的反相输入端和所述电容的一端连接；

所述电容的另一端与所述第二运算放大器的输出端连接；

所述第二运算放大器的同相输入端接地，所述第二运算放大器的输出端作为所述积分电路的输出端。

优选地，所述反馈电路包括第三运算放大器、第七电阻、第八电阻和第九电阻；

所述第七电阻的一端作为所述反馈电路的第一输入端，所述第七电阻的另一端分别与所述第三运算放大器的反相输入端和所述第八电阻的一端连接；

所述第八电阻的另一端接地；

所述第三运算放大器的同相输入端作为所述反馈电路的第二输入端，所述第三运算放大器的输出端与所述第九电阻的一端连接；

所述第九电阻的另一端作为所述反馈电路的输出端。

优选地，所述信号调理电路还包括：

功率放大电路，其输入端与所述积分电路的输出端连接，其输出端与所述第五电阻的一端连接。

优选地，所述数模转换电路包括能够产生差分信号输出的数模转换芯片，所述第一信号和第二信号互为差分信号。

优选地，还包括：

电源电路，其输入端与供电电源连接，其输出端分别与所述数模转换电路和信号调理电路连接，用于给所述数模转换电路和信号调理电路供电。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的直流电机正反转控制装置，通过设置数模转换电路输出具有第一电压值的第一信号和具有第二电压值的第二信号，然后通过信号调理电路根据该第一、第二电压值的大小来产生控制直流电机的转向和转速的信号，由于在两个数据进行大小比较时，非大即小，或者等于，其结果是唯一确定的，所以以此来控制的直流电机的转向也是唯一确定的，从而无需设置正反转互锁装置即可实现对直流电机转向的确定、稳定、精细的控制，不易受到电路环境及其他随机因素的干扰，避免了采样互锁装置而带来的失效的风险。并且由于是直接通过第一、第二电压值来控制直流电机的转向和转速，避免了使用继电器等器件，从而也提高了直流电机控制的稳定性和精密性。

2.本发明实施例提供的直流电机正反转控制装置，通过设置减法电路，可以直接将数模转换电路输出的差分信号对应输入到减法电路中进行相减运算，从而直接获得控制直流电机转向和速度的信号，电路简单明了，且其实现结果控制精细、稳定性高。

3.本发明实施例提供的直流电机正反转控制装置，通过设置积分电路和反馈电路，可以将直流电机的工作状态进行反馈，以进一步提高直流电机控制的精密性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的直流电机正反转控制装置的原理框图；

图2为本发明一种实施例的直流电机正反转控制装置的电路图；

图3为本发明另一种实施例的直流电机正反转控制装置的电路图。

附图标记：1-模数转换电路，2-信号调理电路，3-电源电路，10-直流电机正反转控制装置，20-上位机，30-直流电机，21-减法电路，22-积分电路，23-反馈电路，24-功率放大电路。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1示出了一种实施例的直流电机正反转控制装置，如图1所示，该装置10包括数模转换电路1和信号调理电路2。

数模转换电路1，数模转换电路1的输入端与上位机20的输出端连接，数模转换电路1的第一输出端与信号调理电路2的第一输入端连接，数模转换电路1的第二输出端与信号调理电路2的第二输入端连接，用于将上位机20输出的数字信号转换成模拟信号并输出，第一输出端输出包含第一电压值的第一信号，第二输出端输出包含第二电压值的第二信号。优选地，数模转换电路1包括能够产生差分信号输出的数模转换芯片，第一信号和第二信号互为差分信号。例如，数模转换芯片U1采用TLV5630芯片，输入数字信号采用的是SPI格式，通过4根串行总线控制输出一个差分信号，以2V为基准电压，4V为峰值电压。

信号调理电路2，信号调理电路2的输出端与直流电机30连接，用于根据第一电压值和第二电压值的大小产生控制直流电机的转向和转速的信号，即通过第一电压值和第二电压值的大小能够驱动直流电机30进行正转或反转，并第一电压值和第二电压值的差值能够决定直流电机30的转速。

优选地，如图1所示，上述直流电机正反转控制装置10还包括电源电路3。

电源电路3，电源电路3的输入端与供电电源连接，电源电路3的输出端分别与数模转换电路1和信号调理电路2连接，用于给数模转换电路1和信号调理电路2供电。

上述直流电机正反转控制装置，通过设置数模转换电路输出具有第一电压值的第一信号和具有第二电压值的第二信号，然后通过信号调理电路根据该第一、第二电压值的大小来产生控制直流电机的转向和转速的信号，由于在两个数据进行大小比较时，非大即小，或者等于，其结果是唯一确定的，所以以此来控制的直流电机的转向也是唯一确定的，从而无需设置正反转互锁装置即可实现对直流电机转向的确定、稳定、精细的控制，不易受到电路环境及其他随机因素的干扰，避免了采样互锁装置而带来的失效的风险。并且由于是直接通过第一、第二电压值来控制直流电机的转向和转速，避免了使用继电器等器件，从而也提高了直流电机控制的稳定性和精密性。而且通过上位机的数字信号来控制直流电机驱动命令，具有较强的鲁棒性，且参数设置明确且更能适应远距离控制的需求。

优选地，如图2所示，信号调理电路2包括减法电路21。

减法电路21，减法电路21的第一输入端作为信号调理电路2的第一输入端，减法电路21的第二输入端作为信号调理电路2的第二输入端，减法电路21的输出端作为信号调理电路2的输出端，用于将第一电压值和第二电压值作减法运算后输出控制直流电机的转向和转速的信号。优选地，第一电压值和第二电压值的相对高低代表直流电机的转动方向，第一电压值和第二电压值的压差代表直流电机转动的速度。例如，当第一电压值大于第二电压值时转化信号为正电压信号，电机正转；反之第一电压值小于第二电压值时转化信号为负电压信号，电机反转。减法电路21的输出单端信号电压的幅值与第一电压值和第二电压值的压差正相关，压差越大，单端信号电压幅值越高，直流电机转动速度越快。本领域的技术人员应当理解，控制直流电机的转向和转速的方式并不限于上述方式，也可以采用其他直流电机的转向和转速控制的方式来实现。

上述直流电机正反转控制装置，通过设置减法电路，可以直接将数模转换电路输出的差分信号对应输入到减法电路中进行相减运算，从而直接获得控制直流电机转向和速度的信号，电路简单明了，且其实现结果控制精细、稳定性高。

优选地，如图2所示，减法电路21包括第一运算放大器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。

第一电阻R1的一端作为减法电路21的第一输入端，第一电阻R1的另一端分别与第一运算放大器U2的同相输入端和第三电阻R3的一端连接。第二电阻R2的一端作为减法电路21的第二输入端，第二电阻R2的另一端分别与第一运算放大器U2的反相输入端和第四电阻R4的一端连接。第三电阻R3的另一端接地。第四电阻R4的另一端与第一运算放大器U2的输出端连接。第一运算放大器U2的输出端作为减法电路21的输出端。优选地，第一电阻R1是可调电阻。第一运算放大器U2可以采用LM741芯片。

优选地，如图2所示，信号调理电路2还包括积分电路22、第五电阻R5和反馈电路23。

积分电路22，积分电路22的输入端与减法电路21的输出端连接，积分电路22的输出端与第五电阻R5的一端连接。

第五电阻R5，第五电阻R5的另一端作为信号调理电路2的输出端。

反馈电路23，反馈电路23的第一输入端与第五电阻R5的一端连接，反馈电路23的第二输入端与第五电阻R5的另一端连接，反馈电路23的输出端与积分电路22的输入端连接，用于反馈直流电机的工作状态。

上述直流电机正反转控制装置，通过设置积分电路和反馈电路，可以将直流电机的工作状态进行反馈，以进一步提高直流电机控制的精密性和稳定性。

优选地，如图2所示，积分电路22包括第二运算放大器U3、第六电阻R6和电容C1。

第六电阻R6的一端作为积分电路22的输入端，第六电阻R6的另一端分别与第二运算放大器U3的反相输入端和电容C1的一端连接。电容C1的另一端与第二运算放大器U3的输出端连接。第二运算放大器U3的同相输入端接地，第二运算放大器U3的输出端作为积分电路22的输出端。优选地，第二运算放大器U3可以采用LM358芯片。

优选地，反馈电路23包括第三运算放大器U4、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9。

第七电阻R7的一端作为反馈电路23的第一输入端，第七电阻R7的另一端分别与第三运算放大器U4的反相输入端和第八电阻R8的一端连接。第八电阻R8的另一端接地。第三运算放大器U4的同相输入端作为反馈电路23的第二输入端，第三运算放大器U4的输出端与第九电阻R9的一端连接。第九电阻R9的另一端作为反馈电路23的输出端。优选地，第七电阻R7是可调电阻。第三运算放大器U4可以采用AD620芯片。

直流电机接口上的反电动势信号通过反馈电路反馈到积分电路的输入端，与减法电路的输出单端信号进行了叠加，从而使得直流电机在线圈换相及力矩改变时运行更加平稳、准确。通过设置第五电阻R5，与直流电机内阻配合，并且与第七电阻R7和第八电阻R8相对应，可以调节反馈系数。

优选地，如图3所示，信号调理电路2还包括功率放大电路24。

功率放大电路24，功率放大电路24的输入端与积分电路22的输出端连接，功率放大电路24的输出端与第五电阻R5的一端连接。

由于单端驱动信号在接入相对较大直流电机时，驱动电流可能不够。所以通过采用功率放大电路，可以提升信号调理电路电流输出能力以保证驱动电压的稳定。优选地，功率放大电路可以采用电压跟随电路来实现，包括第四运算放大器U5。例如，可以采用LM324芯片来实现。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种直流电机正反转控制装置，其特征在于，包括：

数模转换电路(1)，其输入端与上位机(20)的输出端连接，其第一输出端与信号调理电路(2)的第一输入端连接，其第二输出端与信号调理电路(2)的第二输入端连接，用于将所述上位机(20)输出的数字信号转换成模拟信号并输出，所述第一输出端输出包含第一电压值的第一信号，所述第二输出端输出包含第二电压值的第二信号；

信号调理电路(2)，其输出端与所述直流电机(30)连接，用于根据所述第一电压值和第二电压值的大小产生控制直流电机的转向和转速的信号；所述信号调理电路(2)包括：

减法电路(21)，其第一输入端作为所述信号调理电路(2)的第一输入端，其第二输入端作为所述信号调理电路(2)的第二输入端，其输出端作为所述信号调理电路(2)的输出端，用于将所述第一电压值和第二电压值作减法运算后输出控制所述直流电机的转向和转速的信号；

所述信号调理电路(2)还包括：

积分电路(22)，其输入端与所述减法电路(21)的输出端连接，其输出端与第五电阻(R5)的一端连接；

第五电阻(R5)，其另一端作为所述信号调理电路(2)的输出端；

反馈电路(23)，其第一输入端与所述第五电阻(R5)的一端连接，其第二输入端与所述第五电阻(R5)的另一端连接，其输出端与所述积分电路(22)的输入端连接，用于反馈所述直流电机的工作状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述减法电路(21)包括第一运算放大器(U2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)；

所述第一电阻(R1)的一端作为所述减法电路(21)的第一输入端，所述第一电阻(R1)的另一端分别与所述第一运算放大器(U2)的同相输入端和所述第三电阻(R3)的一端连接；

第二电阻(R2)的一端作为所述减法电路(21)的第二输入端，所述第二电阻(R2)的另一端分别与所述第一运算放大器(U2)的反相输入端和所述第四电阻(R4)的一端连接；

所述第三电阻(R3)的另一端接地；

所述第四电阻(R4)的另一端与所述第一运算放大器(U2)的输出端连接；

所述第一运算放大器(U2)的输出端作为所述减法电路(21)的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述积分电路(22)包括第二运算放大器(U3)、第六电阻(R6)和电容(C1)；

所述第六电阻(R6)的一端作为所述积分电路(22)的输入端，所述第六电阻(R6)的另一端分别与所述第二运算放大器(U3)的反相输入端和所述电容(C1)的一端连接；

所述电容(C1)的另一端与所述第二运算放大器(U3)的输出端连接；

所述第二运算放大器(U3)的同相输入端接地，所述第二运算放大器(U3)的输出端作为所述积分电路(22)的输出端。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述反馈电路(23)包括第三运算放大器(U4)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)和第九电阻(R9)；

所述第七电阻(R7)的一端作为所述反馈电路(23)的第一输入端，所述第七电阻(R7)的另一端分别与所述第三运算放大器(U4)的反相输入端和所述第八电阻(R8)的一端连接；

所述第八电阻(R8)的另一端接地；

所述第三运算放大器(U4)的同相输入端作为所述反馈电路(23)的第二输入端，所述第三运算放大器(U4)的输出端与所述第九电阻(R9)的一端连接；

所述第九电阻(R9)的另一端作为所述反馈电路(23)的输出端。

5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述信号调理电路(2)还包括：

功率放大电路(24)，其输入端与所述积分电路(22)的输出端连接，其输出端与所述第五电阻(R5)的一端连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数模转换电路(1)包括能够产生差分信号输出的数模转换芯片，所述第一信号和第二信号互为差分信号。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

电源电路(3)，其输入端与供电电源连接，其输出端分别与所述数模转换电路(1)和信号调理电路(2)连接，用于给所述数模转换电路(1)和信号调理电路(2)供电。

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