CN207098978U - 一种直流电机位置调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流电机位置调节系统，包括单片机、直流电机、数据缓冲器、旋转编码器、为直流电机供电的交流电源、串联在直流电机的供电回路中的双向可控硅以及并联在交流电源两端的同步信号发生器。所述双向可控硅的控制极与单片机中的触发信号输出接口相连，所述同步信号发生器的信号输出端与单片机中的同步信号输入接口相连，所述旋转编码器的A相脉冲输出线及B相脉冲输出线经数据缓冲器接入单片机中的A相输入接口及B相输入接口。本实用新型使用旋转编码器取代传统方法中的多圈电位器，具有寿命长、无时延的优点，以双向可控硅作为驱动元件，简化了电路并节约了多通道位置精确调节应用中的通道数。

Description

一种直流电机位置调节系统

技术领域

本实用新型涉及自动化控制领域，具体涉及一种直流电机位置调节系统。

背景技术

直流电机位置调节系统是自动化设备中的重要组成部分，其适用于工业应用环境的各种需要精确位置调节的场合，如直线位置精确调节、旋转位置精确调节等。

传统的直流电机位置调节系统中，一般采用多圈电位器来反馈电机的当前位置。由于电位器阻值的变化只能通过AD转化的方式进入单片机，为了提高当前位置的测量稳定性，一般需加平滑滤波，从而造成了实际当前位置与单片机测量得到的当前位置有一定的时延，最终将导致在快速位置精确调节易发生振荡现象；且多圈电位器的旋转寿命有限，导致实际应用时在调节过程中易发生测量位置突然跳变现象，在调节频繁的应用中需较频繁地更换电位器，无法提供理想的长期稳定性。

另外，在现有的直流电机位置调节系统中，常使用H桥电路驱动直流电机，每驱动一个直流电机需要用到4个功率管，不仅发热量大，还大大制约了多通道位置精确调节应用中的通道数；由于代表位置的信号属于模拟量信号，在一些需将模拟量信号与电机驱动信号放在一起走线的应用中适用能力较弱。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种直流电机位置调节系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种直流电机位置调节系统，包括：单片机、直流电机、交流电源、双向可控硅、同步信号发生器、数据缓冲器以及旋转编码器；所述单片机具有同步信号输入接口、A相输入接口、B相输入接口及触发信号输出接口；所述交流电源为所述直流电机供电，所述双向可控硅作为导通元件串联在所述直流电机的供电回路中，所述双向可控硅的控制极与所述触发信号输出接口相连；所述同步信号发生器并联在所述交流电源的两端，对交流电源进行衰减整形以获得同步信号，所述同步信号发生器的信号输出端与所述同步信号输入接口相连；所述旋转编码器的A相脉冲输出线及B相脉冲输出线接入所述数据缓冲器，所述数据缓冲器分别与所述A相输入接口及B相输入接口相连。

采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：

1、使用旋转编码器取代传统方法中的多圈电位器，由于旋转编码器采用的是光电编码盘的方式产生计数脉冲，不存在固定端与滑动端的直接接触，从而从根本上杜绝了由于接触不良带来的调节过程中当前位置跳变、使用寿命短的问题，且旋转编码器输出的信号为低电平或高电平两种状态的脉冲信号，因而具有优越的现场电气噪声容忍能力，旋转编码器的脉冲信号经过一级数据缓冲器即可直接进入到单片机中，从而使得单片机几乎无延时地获取当前的位置信息，更适合应用于一些需要快速、精确位置调节的应用；

2、创新地使用交流电源供电，通过交流移相输出幅度大小可变的正、负极性直流电压，驱动直流电机以所需的速度进行正反转来调节当前位置；

3、以双向可控硅作为驱动元件，每驱动一个直流电机只需要用到1个双向可控硅，驱动电路简洁，发热量小(最大发热量仅为H桥方式的一半)，并节约了多通道位置精确调节应用中的通道数。

附图说明

图1为本实用新型结构框图；

图2为单片机对采集到的A相及B相脉冲电平序列使用状态机的方法进行计数的原理图；

图3为以交流移相方式输出幅度大小可变的正、负极性直流电压的原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1所示，一种直流电机位置调节系统，包括单片机、直流电机、交流电源、双向可控硅、同步信号发生器、数据缓冲器以及旋转编码器。所述单片机具有同步信号输入接口、A相输入接口、B相输入接口及触发信号输出接口。所述交流电源并联在所述直流电机的两端为所述直流电机供电，所述双向可控硅作为导通元件(即将双向可靠硅的两个门集作为开关点)串联在所述直流电机的供电回路中，所述双向可控硅的控制极与所述单片机中的触发信号输出接口相连。所述同步信号发生器并联在所述交流电源的两端，所述同步信号发生器的信号输出端与所述单片机中的同步信号输入接口相连。所述旋转编码器的A相脉冲输出线及B相脉冲输出线接入所述数据缓冲器，所述数据缓冲器分别与所述单片机中的A相输入接口及B相输入接口相连。

如此，旋转编码器的A相脉冲与B相脉冲即可经数据缓冲器直接输入单片机的A相脉冲输入接口及B相脉冲输入接口中，供单片机进行采样及计数。

本实施例中，单片机对采集到的脉冲电平序列使用状态机的方法进行分析以实现计数，从而计算电机的当前位置信息。如图2所示，当A、B相脉冲的电平序列出现00-＞10-＞11-＞01时，脉冲计数值加1；当A、B电平序列出现 00-＞01-＞11-＞10时，脉冲计数值减1；当出现其它组合序列时，则视为干扰信号，不对计数值进行任何操作。本实施例中，单片机对A相脉冲及B相脉冲的采样为1kHz，可以对125Hz以下的计数频率进行准确的计数，从而有效滤除电机停在光栅临界点时造成的脉冲抖动问题，因而具有优越的现场电气噪声容忍能力。

单片机通过旋转编码器正、反转脉冲的计数来计算直流电机的当前位置信息，具体为在每个调节周期中单片机将所设定的目标位置脉冲数减去当前的脉冲数，根据两者的差值确定输出用以驱动电机的电压，以实现电机位置的调节。当两者的差值的为正，则输出正极性的直流电压，两者的差值为负，则输出负极性直流电压，两差值绝对值越大，输出的电压越高，反之，输出的电压越低。

本实施例中，直流电机采用交流电源供电，降低对直流电的依赖，通过对交流电源的移相控制来输出幅度大小可变的正、负极性直流电压，从而驱动直流电机以所需的速度进行正反转来调节当前位置。首先将所述同步信号发生器并联在交流电源的两端，对交流电源进行衰减整形获得与交流电源相位差很小、频率相同的同步信号。其次将单片机的外部中断口配置为电平变化中断，最后单片机通过在同步信号的每个上升沿或下降沿到来时延时T时间，从而产生可控硅触发信号。当要输出正极性驱动电压且T＝0，则在同步信号的上升沿到来时，立即输出1ms宽度的可控硅触发信号脉冲；当要输出正极性电压但T不等于0，则启动定时器延时T时长，而后输出1ms宽度的可控硅触发信号脉冲，如不需要输出正极性电压，则在同步信号上升沿时不做任何处理。当要输出的负极性驱动直流电压且T＝0，则在同步信号的下降沿到来时输出1ms宽度的可控硅触发信号脉冲；当要输出负极性电压但T不等于0，则启动定时器延时T时长，而后输出1ms宽度的可控硅触发信号脉冲，如不需要输出负极性电压，则在同步信号下降沿时不做任何处理。

T的时间越长，输出的电压的平均值越低，即电机的转速越慢，T的时间越短，输出的电压的平均值越高，即电机的转速越快，如图3所示的即为以交流移相方式输出幅度大小可变的正、负极性直流电压的示意图。

由于输出的直流电压为交流电的正半波或负半波，即占空比只有50％，此要达到直流电机的额定转速，所述交流电源的电压有效值需为直流电机的额定电压的两倍。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种直流电机位置调节系统，其特征在于，包括：单片机、直流电机、交流电源、双向可控硅、同步信号发生器、数据缓冲器以及旋转编码器；所述单片机具有同步信号输入接口、A相输入接口、B相输入接口及触发信号输出接口；所述交流电源为所述直流电机供电，所述双向可控硅作为导通元件串联在所述直流电机的供电回路中，所述双向可控硅的控制极与所述触发信号输出接口相连；所述同步信号发生器并联在所述交流电源的两端，对交流电源进行衰减整形以获得同步信号，所述同步信号发生器的信号输出端与所述同步信号输入接口相连；所述旋转编码器的A相脉冲输出线及B相脉冲输出线接入所述数据缓冲器，所述数据缓冲器分别与所述A相输入接口及B相输入接口相连。