CN109194211A - 一种三位置电动机构的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种三位置电动机构的控制系统及方法，该控制方法采用纯硬件方式实现机构的三个位置控制，该控制系统包括：控制电路，微动开关和直流电机。电机输出轴带动机构在0～90°～180°范围内转动，要求0～90°、90°～180°、0～180°、90°～0、180°～90°、180°～0六种工作模式均能正常转动。当系统通28V_0电源时，电动机构从当前任何位置转至0°位置，当系统通28V_90电源时电动机构从0°或180°两个位置转至90°位置，当系统通28V_180电源时电动机构应能从当前任何位置转至180°位置。由此，本发明不仅能够实现机构的三位置控制，而且采用纯硬件控制方法，避免了软件控制带来的设计和管理成本，用该方法实现机构的三位置控制，可有效降低系统的成本和复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种三位置电动机构的控制系统及方法。
背景技术
随着自动化控制技术的发展，电动执行机构在阀体中的应用日益广泛，电动机构逐渐取代人工操作用于完成阀门的开关控制。在一些危险性的场合和某些特殊阀门要求在特殊情况下紧急打开或关闭，采用电动执行机构能够有效减少人员伤害和财产损失。
通常简单的电动机构用于把阀门驱动至全开或全关的位置，采用电位计等位置传感器结合直流有刷电机的正反转即可实现，然而在某些特定系统中存在阀体三位置控制，需要驱动阀体运动至三个位置状态，控制系统通常采用软件与硬件相结合的控制方法，控制系统包含单片机或DSP控制软件，系统比较复杂且控制成本较高。为此如何提出一种纯硬件控制方法，用于实现机构的三位置控制，有效降低系统的成本和复杂度，成为了亟待解决的技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：降低现有技术的研发成本和复杂度，提供了一种三位置电动机构的控制系统及方法，用于实现机构的三位置控制，可有效降低系统的成本和复杂度。
(二)技术方案
本发明提供了一种三位置电动机构的控制系统，包括：
控制电路，用于输出电机的控制电压，并控制电机的旋转方向；
微动开关，用于控制电机的供电电源导通与关断，并指示到位信号；
直流电机，内部有正反转两副励磁绕组，实现对电动机构的正反转控制；
当需要电动机构旋转至指定位置时，给系统通相应的电源，在电动机构当前位置不在预期位置时，此时所述控制电路具体用于：通过分析判断给出所述直流电机的控制电压，控制所述直流电机正转或反转带动电动机构运行到预定位置，到位后通过所述微动开关切断供电，使得电动机构停留在预定位置上。
优选地，所述微动开关包括0°位置微动开关SA1、90°位置微动开关SA2和180°位置微动开关SA3。SA1的1触点接一28V电源，称为28V_0电源，2触点接一二极管D1的正极，D1的负极接控制电路的第一输出端以及直流电机的正转励磁绕组；SA1的3触点接控制电路的电源输入端28Vout以及SA3的4触点；SA1的4触点接控制电路的一输入端SW_CCK；SA2的2触点接28V电源，称为28V_90电源，1触点接一二极管D2的正极，D2的负极接所述控制电路的电源输入端28Vout；SA3的3触点接控制电路的一输入端SW_CK，1触点接一二极管D3的正极，D3的负极接控制电路的第二输出端以及直流电机的反转励磁绕组；SA3的2触点接28V电源，称为28V_180电源。
本发明还提供李一种利用所述的系统实现三位置电动机构控制的方法，该方法中，0°位置控制时，实现当电动机构在0°～180°的任何位置时，给系统通28V_0电源，电动机构均能运转至0°位置，并停在0°位置上。由于0°在工作角度范围0°至180°的边界点，因此0°位置的控制只需实现电机机构输出轴顺时针单方向运动即可；
该方法中，180°位置控制时，实现当电动机构在0°～180°的任何位置时，给系统通28V_180电源，电动机构均能运转至180°位置，并停在180°位置上；180°也在工作角度范围0°至180°的边界点，180°位置的控制只需实现电机驱动机构输出轴逆时针单方向运动即可；
该方法中，90°位置控制，实现当电动机构在0°或180°位置时，给系统通28V_90电源，电动机构均能正转或反转至90°位置，并停在90°位置上；由于90°位置处于电动机构工作范围0°和180°的中间位置，当电动机构处于0°时，需要控制电动机构输出轴逆时针旋转至90°位置，当电动机构处于180°时，需要控制电动机构输出轴顺时针旋转至90°位置。
优选地，具体的三位置电动机构0°位置控制方法为，通28V_0电源时，若此时电动机构的位置不在0°位置，则0°位置微动开关SA1的1、2常闭触点为闭合导通工作状态，电源通过二极管D1将控制电路第一输出端的输出电压Motor_CK施加在直流电机正转励磁绕组上，直流电机正转驱动电动机构输出轴顺时针旋转，当输出轴旋转至0°位置时，电动机构上的凸轮按压微动开关SA1，SA1的1、2触点断开，切断直流电机的励磁电压，直流电机停止在0°位置上，完成0°位置的控制。
优选地，具体的三位置电动机构180°位置控制方法为，通28V_180电源时，若此时电动机构的位置不在180°位置，则180°位置微动开关SA3的1、2常闭触点为闭合导通工作状态，电源通过二极管D3将控制电路第二输出端的输出电压Motor_CCK施加在直流电机反转励磁绕组上，直流电机反转驱动电动机构输出轴逆时针旋转，当输出轴旋转至180°位置时，电动机构上的凸轮按压微动开关SA3，SA3的1、2触点断开，切断直流电机的励磁电压，直流电机停止在180°位置上，完成180°位置的控制。
优选地，具体的三位置电动机构90°位置控制方法为：
当电动机构处于0°位置时，电动机构上的凸轮按压0°位置微动开关SA1，SA1的3、4触点导通，通28V_90电源时，控制电路电源28Vout上电，此时SW_CCK也通电，控制电路输出电压Motor_CCK施加在直流电机反转励磁绕组上，直流电机驱动电动机构输出轴逆时针旋转，当电动机构离开0°位置时，电动机构上的凸轮不再按压微动开关SA1，SA1的3、4触点断开，SW_CCK掉电，通过控制电路的自锁作用，实现SA1微动开关的3、4触点松开后仍能正常输出直流电机的励磁电压Motor_CCK，起到自锁作用；当电动机构逆时针旋转至90°位置时，电动机构上的凸轮按压90°位置微动开关SA2，SA2的1、2触点断开，控制电路电源28Vout断电，直流电机停在90°位置上；
当电动机构处于180°位置时，电动机构上的凸轮按压180°位置微动开关SA3，SA3的3、4触点导通，通28V_90电源时，控制电路电源28Vout上电，此时SW_CK也通电，控制电路输出电压Motor_CK施加在直流电机正转励磁绕组上，直流电机驱动电动机构输出轴顺时针旋转，同时该部分电路也具备自锁功能，当电动机构离开180°位置时仍能正常输出直流电机的励磁电压Motor_CK，当电动机构顺时针旋转至90°位置时，自动切断电源停止工作。
通过上述技术方案，可以实现电动机构在0°、90°和180°三个位置的控制。
(三)有益效果
该控制方法采用纯硬件方式实现机构的三个位置控制，该控制系统包括：控制电路，微动开关和直流电机。电机输出轴带动机构在0～90°～180°范围内转动，要求0～90°、90°～180°、0～180°、90°～0、180°～90°、180°～0六种工作模式均能正常转动。当系统通28V_0电源时，电动机构从当前任何位置转至0°位置，当系统通28V_90电源时电动机构从0°或180°两个位置转至90°位置，当系统通28V_180电源时电动机构应能从当前任何位置转至180°位置。由此，本发明不仅能够实现机构的三位置控制，而且采用纯硬件控制方法，避免了软件控制带来的设计和管理成本，用该方法实现机构的三位置控制，可有效降低系统的成本和复杂度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的三位置机构控制系统原理图；
图2为本发明实施例提供的三位置机构控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。
图1为本发明实施例提供的三位置机构控制系统原理图。
如图1所示，本发明一种实施例提供的三位置电动机构控制系统包括：
控制电路，用于输出电机的控制电压，并控制电机的旋转方向；
微动开关，用于控制电机的供电电源导通与关断，并指示到位信号；
直流电机，内部有正反转两副励磁绕组，实现对电动机构的正反转控制；
当需要电动机构旋转至指定位置时，给系统通相应的电源，在电动机构当前位置不在预期位置时，此时所述控制电路具体用于：通过分析判断给出所述直流电机的控制电压，控制所述直流电机正转或反转带动电动机构运行到预定位置，到位后通过所述微动开关切断供电，使得电动机构停留在预定位置上。
所述微动开关包括0°位置微动开关SA1、90°位置微动开关SA2和180°位置微动开关SA3。SA1的1触点接一28V电源，称为28V_0电源，2触点接一二极管D1的正极，D1的负极接控制电路的第一输出端以及直流电机的正转励磁绕组；SA1的3触点接控制电路的电源输入端28Vout以及SA3的4触点；SA1的4触点接控制电路的一输入端SW_CCK；SA2的2触点接28V电源，称为28V_90电源，1触点接一二极管D2的正极，D2的负极接所述控制电路的电源输入端28Vout；SA3的3触点接控制电路的一输入端SW_CK，1触点接一二极管D3的正极，D3的负极接控制电路的第二输出端以及直流电机的反转励磁绕组；SA3的2触点接28V电源，称为28V_180电源。
举例来讲，0°位置控制时，主要实现当电动机构在0°～180°的任何位置时，给系统通28V_0电源，电动机构均能运转至0°位置，并停在0°位置上。由于0°在工作角度范围0°至180°的边界点，因此该位置的控制只需实现电机机构输出轴顺时针单方向运动即可。
具体的三位置电动机构0°位置控制方法为，通28V_0电源时，若此时电动机构的位置不在0°位置，则0°位置微动开关SA1的1、2常闭触点为闭合导通工作状态，电源通过二极管D1将控制电路第一输出端的输出电压Motor_CK施加在直流电机正转励磁绕组上，直流电机正转驱动电动机构输出轴顺时针旋转。当输出轴旋转至0°位置时，电动机构上的凸轮按压微动开关SA1，SA1的1、2触点断开，切断直流电机的励磁电压，直流电机停止在0°位置上，完成0°位置的控制。
举例来讲，180°位置控制，主要实现当电动机构在0°～180°的任何位置时，给系统通28V_180电源，电动机构均能运转至180°位置，并停在180°位置上。
180°也在工作角度范围0°至180°的边界点，控制原理与0°位置控制原理类似，该位置的控制只需实现电机驱动机构输出轴逆时针单方向运动即可。
具体的三位置电动机构180°位置控制方法为，通28V_180电源时，若此时电动机构的位置不在180°位置，则180°位置微动开关SA3的1、2常闭触点为闭合导通工作状态，电源通过二极管D3将控制电路第二输出端的输出电压Motor_CCK施加在直流电机反转励磁绕组上，直流电机反转驱动电动机构输出轴逆时针旋转。当输出轴旋转至180°位置时，电动机构上的凸轮按压微动开关SA3，SA3的1、2触点断开，切断直流电机的励磁电压，直流电机停止在180°位置上，完成180°位置的控制。
举例来讲，90°位置控制，主要实现当电动机构在0°或180°位置时，给系统通28V_90电源，电动机构均能正转或反转至90°位置，并停在90°位置上。
由于90°位置处于电动机构工作范围0°和180°的中间位置，当电动机构处于0°时，需要控制电动机构输出轴逆时针旋转至90°位置，当电动机构处于180°时，需要控制电动机构输出轴顺时针旋转至90°位置。
具体的三位置电动机构90°位置控制方法为：
当电动机构处于0°位置时，电动机构上的凸轮按压0°位置微动开关SA1，SA1的3、4触点导通，通28V_90电源时，控制电路电源28Vout上电，此时SW_CCK也通电，控制电路输出电压Motor_CCK施加在直流电机反转励磁绕组上，直流电机驱动电动机构输出轴逆时针旋转，当电动机构离开0°位置时，电动机构上的凸轮不再按压微动开关SA1，SA1的3、4触点断开，SW_CCK掉电，通过控制电路的自锁作用，实现SA1微动开关的3、4触点松开后仍能正常输出直流电机的励磁电压Motor_CCK，起到自锁作用。当电动机构逆时针旋转至90°位置时，电动机构上的凸轮按压90°位置微动开关SA2，SA2的1、2触点断开，控制电路电源28Vout断电，直流电机停在90°位置上。
当电动机构处于180°位置时，电动机构上的凸轮按压180°位置微动开关SA3，SA3的3、4触点导通，通28V_90电源时，控制电路电源28Vout上电，此时SW_CK也通电，控制电路输出电压Motor_CK施加在直流电机正转励磁绕组上，直流电机驱动电动机构输出轴顺时针旋转，同时该部分电路也具备自锁功能，当电动机构离开180°位置时仍能正常输出直流电机的励磁电压Motor_CK。当电动机构顺时针旋转至90°位置时，自动切断电源停止工作。
图2为本发明实施例提供的三位置机构控制方法流程图。
如图2所示，本发明一种实施例提供了的三位置机构控制流程为：
S200，判断电动机构目标位置；
S201，电动机构目标位置为0°位置；
S202，通28V_0电源；
S203，结合控制电路完成直流电机顺时针旋转，具体原理如上述举例说明；
S204，电动机构目标位置为180°位置；
S205，通28V_180电源；
S206，结合控制电路完成直流电机逆时针旋转，具体原理如上述举例说明；
S207，电动机构目标位置为90°位置；
S208，通28V_90电源；
S209，判断当前位置是否在0°位置还是180°位置；
S210，当前位置在0°位置，结合控制电路完成直流电机逆时针旋转，具体原理如上述举例说明；
S211，当前位置在180°位置，结合控制电路完成直流电机顺时针旋转，具体原理如上述举例说明；
从上述实施例可以看出，本发明采用纯硬件控制方法，避免了软件控制带来的设计和管理成本，用该方法实现机构的三位置控制，可有效降低系统的成本和复杂度。
本发明上述的三位置控制方法可以应用于电机控制器驱动电大电压上电要求的情况。例如，可以应用某些特定系统中的阀体三位置控制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (6)
1.一种三位置电动机构的控制系统，其特征在于，包括：
控制电路，用于输出电机的控制电压，并控制电机的旋转方向；
微动开关，用于控制电机的供电电源导通与关断，并指示到位信号；
直流电机，内部有正反转两副励磁绕组，实现对电动机构的正反转控制；
当需要电动机构旋转至指定位置时，给系统通相应的电源，在电动机构当前位置不在预期位置时，此时所述控制电路具体用于：通过分析判断给出所述直流电机的控制电压，控制所述直流电机正转或反转带动电动机构运行到预定位置，到位后通过所述微动开关切断供电，使得电动机构停留在预定位置上。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微动开关包括0°位置微动开关SA1、90°位置微动开关SA2和180°位置微动开关SA3。SA1的1触点接一28V电源，称为28V_0电源，2触点接一二极管D1的正极，D1的负极接控制电路的第一输出端以及直流电机的正转励磁绕组；SA1的3触点接控制电路的电源输入端28Vout以及SA3的4触点；SA1的4触点接控制电路的一输入端SW_CCK；SA2的2触点接28V电源，称为28V_90电源，1触点接一二极管D2的正极，D2的负极接所述控制电路的电源输入端28Vout；SA3的3触点接控制电路的一输入端SW_CK，1触点接一二极管D3的正极，D3的负极接控制电路的第二输出端以及直流电机的反转励磁绕组；SA3的2触点接28V电源，称为28V_180电源。
3.一种利用权利要求1或2所述的系统实现三位置电动机构控制的方法，其特征在于，该方法中，0°位置控制时，实现当电动机构在0°～180°的任何位置时，给系统通28V_0电源，电动机构均能运转至0°位置，并停在0°位置上。由于0°在工作角度范围0°至180°的边界点，因此0°位置的控制只需实现电机机构输出轴顺时针单方向运动即可；
该方法中，180°位置控制时，实现当电动机构在0°～180°的任何位置时，给系统通28V_180电源，电动机构均能运转至180°位置，并停在180°位置上；180°也在工作角度范围0°至180°的边界点，180°位置的控制只需实现电机驱动机构输出轴逆时针单方向运动即可；
该方法中，90°位置控制，实现当电动机构在0°或180°位置时，给系统通28V_90电源，电动机构均能正转或反转至90°位置，并停在90°位置上；由于90°位置处于电动机构工作范围0°和180°的中间位置，当电动机构处于0°时，需要控制电动机构输出轴逆时针旋转至90°位置，当电动机构处于180°时，需要控制电动机构输出轴顺时针旋转至90°位置。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，具体的三位置电动机构0°位置控制方法为，通28V_0电源时，若此时电动机构的位置不在0°位置，则0°位置微动开关SA1的1、2常闭触点为闭合导通工作状态，电源通过二极管D1将控制电路第一输出端的输出电压Motor_CK施加在直流电机正转励磁绕组上，直流电机正转驱动电动机构输出轴顺时针旋转，当输出轴旋转至0°位置时，电动机构上的凸轮按压微动开关SA1，SA1的1、2触点断开，切断直流电机的励磁电压，直流电机停止在0°位置上，完成0°位置的控制。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，具体的三位置电动机构180°位置控制方法为，通28V_180电源时，若此时电动机构的位置不在180°位置，则180°位置微动开关SA3的1、2常闭触点为闭合导通工作状态，电源通过二极管D3将控制电路第二输出端的输出电压Motor_CCK施加在直流电机反转励磁绕组上，直流电机反转驱动电动机构输出轴逆时针旋转，当输出轴旋转至180°位置时，电动机构上的凸轮按压微动开关SA3，SA3的1、2触点断开，切断直流电机的励磁电压，直流电机停止在180°位置上，完成180°位置的控制。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，具体的三位置电动机构90°位置控制方法为：
当电动机构处于0°位置时，电动机构上的凸轮按压0°位置微动开关SA1，SA1的3、4触点导通，通28V_90电源时，控制电路电源28Vout上电，此时SW_CCK也通电，控制电路输出电压Motor_CCK施加在直流电机反转励磁绕组上，直流电机驱动电动机构输出轴逆时针旋转，当电动机构离开0°位置时，电动机构上的凸轮不再按压微动开关SA1，SA1的3、4触点断开，SW_CCK掉电，通过控制电路的自锁作用，实现SA1微动开关的3、4触点松开后仍能正常输出直流电机的励磁电压Motor_CCK，起到自锁作用；当电动机构逆时针旋转至90°位置时，电动机构上的凸轮按压90°位置微动开关SA2，SA2的1、2触点断开，控制电路电源28Vout断电，直流电机停在90°位置上；
当电动机构处于180°位置时，电动机构上的凸轮按压180°位置微动开关SA3，SA3的3、4触点导通，通28V_90电源时，控制电路电源28Vout上电，此时SW_CK也通电，控制电路输出电压Motor_CK施加在直流电机正转励磁绕组上，直流电机驱动电动机构输出轴顺时针旋转，同时该部分电路也具备自锁功能，当电动机构离开180°位置时仍能正常输出直流电机的励磁电压Motor_CK，当电动机构顺时针旋转至90°位置时，自动切断电源停止工作。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110703659A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-01-17 | 北京动力机械研究所 | 一种三位置切换的电动机构控制装置 |
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| CN109194211B (zh) | 2021-08-03 |
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