CN2700967Y - 船用车钟接受随动控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种脉宽调制式船用车钟接受随动控制电路。通过对发令车钟手柄扳动后的位置信号与回令车钟的随动指针位置信号偏差进行差分放大运算，将得到的相应偏差值再经双向脉宽调制电路，调制成一系列脉宽与偏差成正比的双向脉冲信号，再通过光电隔离激励后，控制两组双向场效应管导通与截止，驱动电机间断的正向或反向的运转，带动回令车钟的随动指针迅速跟随发令车钟手柄同步转动至同样的角度位置。由于脉宽调制控制，还使得位置信号偏差较大时，输出的脉冲宽度大，驱动电机快速间断运转，偏差小时，输出脉冲宽度小，驱动微型直流电机缓慢间断运转。从而提高了回令车钟的随动指针响应速度，以及位置随动的稳定性、准确性和可靠性。

Description

船用车钟接受随动控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种脉宽调制式船用车钟接受随动控制电路。

船用车钟系统是用于驾驶室与机舱间传送主机车令信号的设备。当发令车钟的操纵者将手柄板到所需车令刻度位置上时，发出手柄位置信号(发令信号)至回令车钟的接受随动控制环节，使回令车钟上的随动指针迅速跟随发令车钟手柄同步转动，直至与发令车钟手柄转动相同的角度位置。与此同时，车钟警铃响。于是回令车钟的操纵者根据回令车钟的随动指针的变化，将回令车钟的手柄板到其指针所在位置。同样，回令车钟发出的手柄位置信号(回令信号)回送至发令车钟的接受随动控制环节，使发令车钟的随动指针迅速跟随回令手柄同步转动，直至与发令车钟手柄处于相同位置，由此完成一次主机车令信号的传送。

背景技术

目前，国内生产的船用车钟中使用的车令接受常规随动控制形式，其原理是将发令车钟的手柄位置与回令车钟的随动指针位置进行比较，然后根据偏差的极性来控制驱动电机的正转、反转和停转，带动回令车钟的随动指针转至与发令车钟的手柄位置相同的角度位置。上述常规随动控制形式不能根据发令车钟的手柄位置与回令车钟的随动指针位置的偏差大小来控制驱动电机的转速，导致了偏差大时，驱动电机转速过低，响应慢。而在偏差接近于零时，驱动电机转速过高，产生过冲现象，使位置随动的稳定性变差，易发生振荡，且精度低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本的脉宽调制式船用车钟接受随动控制电路，利用发令车钟手柄位置与回令车钟随动指针位置偏差进行双向脉宽调制与双向场效应管推挽驱动方式，控制微型直流电机间的正向或反向的运转，带动回令车钟的随动指针跟随发令车钟手柄同步转动至相同的角度位置。同时通过脉宽调制控制，实现驱动电机的转速随位置偏差减小而降低，从而解决高速响应与易振荡间的矛盾，避免了驱动电机在大偏差时转速过低，小偏差时转速过高，而导致的响应慢，稳定性差，易振荡及精度低现象，从而确保驱动电机带动回令车钟指针能同步跟随发令车钟手柄转动，以低成本高性能的控制电路实现主机车令信号的传送。

本实用新型是这样实现的，将发令车钟手柄板动后的位置信号与回令车钟的随动指针位置信号进行差分放大运算，以得到相应的偏差值，该偏差再经双向脉宽调制电路调制成相应脉宽的脉冲信号，并通过光电隔离激励后，控制两组双向场效应管导通与截止，驱动电机间断的正向或反向的运转，带动回令车钟的随动指针迅速跟随发令车钟手柄同步转动至同样的角度位置。通过脉宽调制控制，使得回令车钟的随动指针位置信号与发令车钟的手柄位置信号两者偏差较大时，输出的脉冲宽度大，驱动电机快速间断运转；而当两者偏差小时，输出脉冲宽度小，驱动电机缓慢间断运转。这样既提高了回令车钟的随动指针的晌应速度，又可避免随动指针因过冲而产生的往复摆动，提高随动系统的稳定性、准确性和可靠性。

附图说明

以下结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

图1是本实用新型脉宽调制式的船用车钟接受随动控制电路原理图。

具体实施方式

参见图1，A2为运算放大器，与电阻R5～R8、电位器P1、电容C8构成一个同相放大器，用于回令车钟的随动指针位置信号调校。A1为运算放大器，与电阻R1～R4、电容C4、C9、C10构成一个差分放大器，用于发令车钟手柄位置与径同相放大器调校后的回令车钟随动指针位置偏差的检测。差分放大器的A1输出端经电阻R9与迟滞比较器A3和A4的负相输入端相连，电容C11跨接在A3和A4的负相输入端与地之间。A3的输出端经二极管D1、电位器P3、电阻R14串接后与负相输入端相连；A4的输出端经二极管D2、电位器P3、电阻R14串接后与负相输入端相连。电阻R11、电位器P2、电阻R12串接在正、负电源间，它们的连接点分别与A3和A4的正相输入端相连，它们的分压提供了A3和A4的门槛电压。由此，迟滞比较器A3、A4、电阻R9～R14，电位器P3、电容C11、二极管D1、D2构成一个双向脉宽调制器。该脉宽调制器的A3输出经电阻R15、二极管D5与光电隔离管01输入端的发光二极管负极相连，发光二极管的正极经电阻R16接地，光电隔离管01的输出端三极管的集电极经电阻R19与电源连接，发射极经电阻R20与地连接。集电极和发射极的输出作为场效应管Q1、Q2组成的单电源推挽放大的倒相激励级。脉宽调制器的A4输出经电阻R17、二极管D6与光电隔离管02输入端的发光二极管正极相连，发光二极管的负极经电阻R18接地。光电隔离管02的输出端三极管的集电极经电阻R24与电源连接，发射极经电阻R25与地连接。集电极和发射极的输出作为场效应管Q3、Q4组成的单电源推挽放大的倒相激励级。M为微型直流电机，是上述场效应管Q1、Q2和Q3、Q4组成的单电源推挽放大的共同负载，电机M的正端与Q1的漏极相连，M的负端经熔断丝F1与Q2的漏极相连；电机M的负端还与Q3的漏极相连，M的正端经熔断丝F2还与Q4的漏极相连。场效应管Q1、Q2实现电机M正向驱动，场效应管Q3、Q4实现电机M反向驱动。二极管D3跨接在光电隔离管02输入端的发光二极管正极与二极管D5的负极之间，二极管D4跨接在光电隔离管01输入端的发光二极管负极与二极管D6的正极之间。二极管D3和D4是用来对电机M的正、反转连锁保护。二极管D7～D10用来吸收电机M反电势。

将发令车钟的手柄位置发讯器传送来的手柄位置信号接入差分放大器的A1负相输入端，回令车钟随动指针位置发讯器给出的指针位置信号经同相放大器A2放大后联到差分放大器的A1正相输入端。当发令车钟手柄角度位置与回令车钟随动指针角度位置相等时，差分放大器的A1正相输入电压与负相输入电压相同，差分放大器的A1输出U1＝0，双向脉宽调制器的A3、A4的负相输入端为0，使得A3输出高电平，01截止，Q1和Q2截止，无电机正转驱动信号。同时使得A4输出低电平，02截止，Q3和Q4截止，无电机反转驱动信号，电机M停转，回令车钟随动指针保持在发令车钟手柄角度位置，控制电路处于平衡状态。

在平衡状态下，若发令车钟的操纵者将其手柄向正向扳动至某一位置时，差分放大器的A1正相输入电压大于负相输入电压，差分放大器的A1输出U1＞0，产生一正向偏差电压，经R9向C11充电。当C11上的电压充到A3的门槛电压的上限值时，迟滞比较器A3翻转，输出低电平。它一方面使D5导通，经01光电隔离、激励后，使得Q1和Q2导通，驱动电机M正转。另一方面使D1导通，C11上的电压经R14——P3——D1——A3的输出放电，当C11上的电压放到A3的门槛电压的下限值时，迟滞比较器A3再次翻转，输出高电平，使D5截止，01截止，Q1和Q2截止，电机M停转。同时使D1截止，C11重新充电，依次循环，A3输出一系列脉宽与偏差信号呈正比的负脉冲信号，经D5、01、Q1和Q2驱动电机M间断正转，带动回令车钟的随动指针跟随发令车钟的手柄转动，直至转动角度位置相等，重新进入平衡状态。

同理，若发令车钟的操纵者将其手柄向反向扳动至某一位置时，差分放大器的A1正相输入电压小于负相输入电压，差分放大器输出U1＜0，产生一负向偏差电压，经R9向C11反向充电。当C11上的电压反向充到A4的负向门槛电压的上限值时，迟滞比较器A4翻转，输出高电平。它一方面使D6导通，经02光电隔离、激励后，使得Q3和Q4导通，驱动电机M反转。另一方面使D2导通，C11上的负电压经R14——P3——D2——A4的输出反向放电，当C11上的电压反向放到A4的负向门槛电压的下限值时，迟滞比较器A4再次翻转，输出低电平，使D6截止，02截止，Q3和Q4截止，电机M停转。同时使D2截止，C11重新反向充电，依次循环，A4输出一系列脉宽与偏差信号呈正比的正脉冲信号，经D6、02、Q3和Q4驱动电机M间断反转，带动回令车钟的随动指针跟随发令车钟的手柄转动，直至转动角度位置相等，重新进入平衡状态。

由于A3或A4输出的负脉冲或正脉冲宽度由回令车钟随动指针与发令车钟手柄的位置偏差大小所决定，所以在两者位置偏差较大时，A3或A4输出的负脉冲或正脉冲宽度大，使电机M正向或反向转动时间长，停转时间短，从而带动回令车钟的随动指针快速转动，以提高其响应速度。而随着回令车钟的随动指针位置逐步接近发令车钟的手柄位置，两者的位置偏差逐步减小，A3或A4输出的负脉冲或正脉冲宽度逐渐变窄，使电机正向或反向转动时间逐渐变短，停转时间逐渐变长，导致电机转速逐渐降低，从而避免了因电机等机械惯性造成的过冲、振荡现象，增加了随动指针的定位准确性和稳定性。此外，光电隔离与场效应管推挽输出的组合驱动模式满足了脉宽调制方式下电机M频繁启停的要求，提高了车钟系统的可靠性和使用寿命。

为确保正、反向驱动电路不会同时导通，电路中设置了正反转连锁保护电路。当正向脉宽调制电路工作时，A3输出低电平，D5导通，经01激励倒相，Q1、Q2导通，使电机M正转，同时D3导通，将02的输入端发光二极管正极箝位在负电平，确保02截止，Q3、Q4截止，于是电机M的反向运转被锁定。相反，当反向脉宽调制电路工作时，A4输出高电平，D6导通，经02激励倒相，Q3、Q4导通，使电机M反转，同时D4导通，将01的输入端发光二极管负极箝位在正电平，确保01截止，Q1、Q2截止，于是电机M的正向运转被锁定。

电路中：P1电位器用于微调平衡时回令车钟的随动指针位置；P2电位器用于调整脉宽调制电路的死区；P3电位器用于调整基本脉冲宽度。

本实用新型脉宽调制式船用车钟接受随动控制电路已通过各项性能测试，完全可以替代目前使用的常规随动控制形式。

本实用新型脉宽调制式船用车钟接受随动控制电路所采用的元器件都为常用易购件。其中A1～A4为四运算放大器，型号为LM324。01、02为双光电管，型号为MCT6，Q1、Q3场效应管型号为IRF9640，Q2、Q4场效应管型号为IRF640。

Claims (2)

1、一种新型的脉宽调制式船用车钟接受随动控制电路，该电路具有：

偏差放大电路，由同相放大器(A2)，差分放大器(A1)构成，随动指针位置信号经同相放大器(A2)调校后送至差分放大器(A1)正相输入端，与接入差分放大器(A1)负相输入端的手柄位置信号进行偏差的差分放大；

双向脉宽调制器，由迟滞比较器(A3)和(A4)组成，差分放大器(A1)的输出端经电阻(R9)与(A3)、(A4)的负相输入端相连，电容(C11)跨接在负相输入端与地之间，(A3)的输出端经二极管(D1)、电位器(P3)、电阻(R14)与(A3)的负相输入端相连，(A4)的输出端经二极管(D2)、电位器(P3)、电阻(R14)与(A4)负相输入端相连；

光电隔离激励倒相级，迟滞比较器(A3)输出端经电阻(R15)、二极管(D5)与光电隔离管(01)输入端的发光二极管负极相连，发光二极管的正极经电阻(R16)与地相连，(01)输出端的三极管集电极经电阻(R19)与电源连接，三极管的发射级经电阻(R20)与地连接，集电极和发射极的输出作为场效应管(Q1)、(Q2)组成的单电源推挽放大的倒相级，而迟滞比较器(A4)输出端经电阻(R17)、二极管(D6)与光电隔离管(02)输入端的发光二极管正极相连，发光二极管的负极经电阻(R18)与地相连，(02)输出端的三极管集电极经电阻(R24)与电源连接，三极管的发射极经电阻(R25)与地连接，集电极和发射极的输出作为场效应管(Q3)、(Q4)组成的单电源推挽放大的倒相级；

双向场效应管推挽放大电路，由场效应管(Q1)、(Q2)和(Q3)、(Q4)组成的单电源双向推挽放大电路，微型直流电机(M)为共同负载，分别驱动电机(M)正转或反转。

2、根据权利要求1所述的船用车钟接受随动控制电路，其特征是：在双向脉宽调制器与光电隔离激励倒相级之间，二极管(D5)的负极与光电隔离管(02)输入端发光二极管正极之间跨接二极管(D3)，二极管(D6)的正极与光电隔离管(01)输入端发光二极管负极之间跨接二极管(D4)，用来对电机(M)正、反转的连锁保护。