一种直流电机运动驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种直流电机运动驱动装置，包括：采集电路、比例运算电路、信号变换电路、PWM产生电路、互锁电路及功率放大电路；采集电路用于采集直流电机反馈的电流信号，并发送到比例运算电路；比例运算电路用于基于控制器输出的控制信号与所述电流信号实现比例运算；信号变换电路用于将比例运算电路的输出信号转换为与PWM产生电路匹配的信号；PWM产生电路用于根据信号变换电路的输出信号产生PWM信号；互锁电路用于防止功率放大电路中的上下功率管同时导通；功率放大电路用于对互锁电路的输出信号进行功率放大，并以此驱动电机。本发明专利技术提供的直流电机运动驱动装置通用性强、成本低、结构简单，适用于大功率、大转矩、低转速的直流电机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及驱动控制
，尤其涉及一种直流电机运动驱动装置。
技术介绍
电机在我们的生活中无处不在，其中直流电机因其良好的启动特性、调速特性以及提供大转矩等优点，在各种工业控制装置中占据一席之地。比如惯性导航系统中用到的高精度、大转矩、大功率的转台装置就使用直流电机。实际应用中如果使用直流电机，必然要涉及到直流电机的驱动问题。现在市场上有很多厂家生产的驱动器，但是对于高精度、大转矩、低转速、大功率的直流电机的驱动器生产厂家比较少，而且要么功率较小，要么体积较大，无法满足生产设计的要求。目前在直流电机驱动器的设计主要有两种思路：一种是采用数字电路，通过微处理器采集电机反馈的电流，在微处理器内完成闭环算法，然后通过功率放大电路控制电机，但是这种思路因为直流电机在很多场合受到的扰动很大，噪声较大，如果微处理器的采集效果不好，经常会出现采集的电流不准确的问题，很难把精度提上去；另一种思路是通过模拟电路搭建电流环PID运算，然后设计自举电路、死区电路，连接功率放大芯片，这种方案效果很好，但是电路很复杂，开发的成本也很高，对于不同要求的直流电机，通用性很差。因此，亟需一种结构简单、成本低廉、通用性强的直流电机驱动装置以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种通用性强、成本低、结构简单，适用于大功率、大转矩、低转速的直流电机的驱动装置。本专利技术提供一种直流电机运动驱动装置，包括：采集电路、比例运算电路、信号变换电路、PWM产生电路、互锁电路及功率放大电路；其中，采集电路与直流电机、比例运算电路相连，用于采集直流电机反馈的电流信号，并发送到比例运算电路；比例运算电路与直流电机控制器相连，用于基于控制器输出的控制信号与所述电流信号实现比例运算；信号变换电路与比例运算电路相连，用于将比例运算电路的输出信号转换为与PWM产生电路匹配的
信号；PWM产生电路与信号变换电路相连，用于根据信号变换电路的输出信号产生PWM信号；互锁电路与PWM产生电路、功率放大电路相连，用于防止功率放大电路中的上下功率管同时导通；功率放大电路与直流电机相连，用于对互锁电路的输出信号进行功率放大，并以此驱动电机。优选地，比例运算电路包括：取反电路及运算电路；其中，取反电路包括：第一运算放大器U1、第一滑动变阻器r1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3；其中，R1一端输入所述电流信号，另一端连接U1反相输入端；R2一端接地，另一端连接U1同向输入端；R3一端连接U1反相输入端，另一端与r1固定端相连；r1滑动端与U1输出端相连，用于调节电流反馈系数；运算电路包括：第二运算放大器U2、第二滑动变阻器r2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及第七电阻R7；其中，R4一端输入所述控制信号，另一端连接U2反相输入端及R5一端；R5另一端与U1输出端相连；U2同相输入端通过R6接地；r2固定端连接U2反相输入端，滑动端与R7一端相连，用于调节运算电路的放大倍数；R7另一端连接U2输出端。优选地，信号变换电路包括：电压变换电路、射随电路、加法电路及电压取反电路；其中，电压变换电路包括：第三运算放大器U3、第三滑动变阻器r3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10；其中，U3的反相输入端通过R8输入比例运算电路的输出信号，同相输入端通过R9接地；r3的固定端连接U3的反相输入端，滑动端通过R10与U3的输出端相连；射随电路包括：第四运算放大器U4、第四滑动变阻器r4、第十一电阻R11；其中，U4的同相输入端通过R11接地，反相输入端与输出端相连；r4的固定端输入参考电压信号，滑动端与U4同相输入端相连；加法电路包括：第五运算放大器U5、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15，用于将电压变换电路与射随电路的输出信号相加；其中，U5的反相输入端分别通过R12连接电压变换电路的输出端、通过R13连接射随电路的输出端，并通过R14与U5的输出端相连；U5的同相输入端通过R15接地；电压取反电路包括：第六运算放大器U6、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18，用于对加法电路的输出信号取反；其中，U6的反相输入端通过R16与U5的输出端相连，通过R17与U6的输出端相连；U6的同相输入端通过R18接地。优选地，PWM产生电路包括：TL494芯片，用于根据U6的输出信号产生PWM信号。优选地，所述装置还包括：保护电路；以及控制器还用于向保护电路发送伺服ON信号。优选地，保护电路包括：电流比较电路、伺服比较电路、错误指示电路、过流指示电路、故障指示电路；其中，电流比较电路包括：比较器T1、第一光耦P1、第十九电阻R19；其中，T1的反相输入端连接参考电压信号，同相输入端输入所述电流信号的绝对值，输出端通过R19与P1的阴极相连；P1的阳极设置为高电平；伺服比较电路包括：第二光耦P2，其阳极置为高电平，阴极输入所述伺服ON信号；错误指示电路包括：第一与门芯片Y1、第一反相器S1、第一发光二极管Led1、第二十电阻R20，用于在所述电流信号过大和/或伺服ON信号为高电平时提供保护并指示；其中，P1、P2的输出端分别连接Y1的第一输入端、第二输入端，Y1的输出端通过S1连接Led1的负极；Led1的正极通过R20接入5V电压；过流指示电路包括：第二反相器S2、第三反相器S3、第二发光二极管Led2、第二十一电阻R21，用于在所述电流信号过大时进行指示；其中，S2输入端连接P1的输出端，其输出端通过S3连接Led2的负极；Led2的正极通过R21接入5V电压；故障指示电路包括：第四反相器S4、第三光耦P3，用于在所述电流信号过大时输出故障信息；其中，S4的输入端连接P1的输出端，输出端接入P3的阴极；P3的阳极置高电平。优选地，互锁电路包括：PWM保护电路及光耦隔离电路；其中，PWM保护电路包括：第二与门芯片Y2、第三与门芯片Y3、第四与门芯片Y4、第五与门芯片Y5、第五反相器S5；其中，S5的输入端接入PWM产生电路输出的PWM信号，输出端分别连接Y3、Y4的第一输入端；Y2、Y5的第一输入端输入所述PWM信号；Y2、Y3、Y4、Y5的第二输入端分别连接Y1的输出端；光耦隔离电路包括：第四光耦P4、第五光耦P5、第六光耦P6、第七光耦P7、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25，用于阻止P4、P5同时导通，并阻止P6、P7同时导通；其中，P4的阳极通过R22连接Y2的输出端，并与P5的阴极相连；P5的阳极通过R23连接Y3的输出端，并与P4的阴极相连；P6的阳极通过R24连接Y4的输出端，并与P7的阴极相连；P7的阳极通过R25连接Y5的输出端，并与P6的阴极相连。优选地，功率放大电路包括：IGCM20F60GA芯片，用于对P4、P5、P6、P7的输出信号进行功率放大，并由此驱动直流电机。优选地，光耦隔离电路还包括：第八光耦P8、第九光耦P9、第二十六电
阻R26、第二十七电阻R27，用于将强电信号与弱电信号隔离；其中，P8的阳极与P9的阴极相连，并通过R26连接强电信号的地线；P9的阳极与P8的阴极相连，并通过R27连接弱电信号的地线。优选地，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电机运动驱动装置，其特征在于，包括：采集电路、比例运算电路、信号变换电路、PWM产生电路、互锁电路及功率放大电路；其中，采集电路与直流电机、比例运算电路相连，用于采集直流电机反馈的电流信号，并发送到比例运算电路；比例运算电路与直流电机控制器相连，用于基于控制器输出的控制信号与所述电流信号实现比例运算；信号变换电路与比例运算电路相连，用于将比例运算电路的输出信号转换为与PWM产生电路匹配的信号；PWM产生电路与信号变换电路相连，用于根据信号变换电路的输出信号产生PWM信号；互锁电路与PWM产生电路、功率放大电路相连，用于防止功率放大电路中的上下功率管同时导通；功率放大电路与直流电机相连，用于对互锁电路的输出信号进行功率放大，并以此驱动电机。

【技术特征摘要】
1.一种直流电机运动驱动装置，其特征在于，包括：采集电路、比例运算电路、信号变换电路、PWM产生电路、互锁电路及功率放大电路；其中，采集电路与直流电机、比例运算电路相连，用于采集直流电机反馈的电流信号，并发送到比例运算电路；比例运算电路与直流电机控制器相连，用于基于控制器输出的控制信号与所述电流信号实现比例运算；信号变换电路与比例运算电路相连，用于将比例运算电路的输出信号转换为与PWM产生电路匹配的信号；PWM产生电路与信号变换电路相连，用于根据信号变换电路的输出信号产生PWM信号；互锁电路与PWM产生电路、功率放大电路相连，用于防止功率放大电路中的上下功率管同时导通；功率放大电路与直流电机相连，用于对互锁电路的输出信号进行功率放大，并以此驱动电机。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，比例运算电路包括：取反电路及运算电路；其中，取反电路包括：第一运算放大器U1、第一滑动变阻器r1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3；其中，R1一端输入所述电流信号，另一端连接U1反相输入端；R2一端接地，另一端连接U1同向输入端；R3一端连接U1反相输入端，另一端与r1固定端相连；r1滑动端与U1输出端相连，用于调节电流反馈系数；运算电路包括：第二运算放大器U2、第二滑动变阻器r2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及第七电阻R7；其中，R4一端输入所述控制信号，另一端连接U2反相输入端及R5一端；R5另一端与U1输出端相连；U2同相输入端通过R6接地；r2固定端连接U2反相输入端，滑动端与R7一端相连，用于调节运算电路的放大倍数；R7另一端连接U2输出端。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，信号变换电路包括：电压变
\t换电路、射随电路、加法电路及电压取反电路；其中，电压变换电路包括：第三运算放大器U3、第三滑动变阻器r3、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10；其中，U3的反相输入端通过R8输入比例运算电路的输出信号，同相输入端通过R9接地；r3的固定端连接U3的反相输入端，滑动端通过R10与U3的输出端相连；射随电路包括：第四运算放大器U4、第四滑动变阻器r4、第十一电阻R11；其中，U4的同相输入端通过R11接地，反相输入端与输出端相连；r4的固定端输入参考电压信号，滑动端与U4同相输入端相连；加法电路包括：第五运算放大器U5、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15，用于将电压变换电路与射随电路的输出信号相加；其中，U5的反相输入端分别通过R12连接电压变换电路的输出端、通过R13连接射随电路的输出端，并通过R14与U5的输出端相连；U5的同相输入端通过R15接地；电压取反电路包括：第六运算放大器U6、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18，用于对加法电路的输出信号取反；其中，U6的反相输入端通过R16与U5的输出端相连，通过R17与U6的输出端相连；U6的同相输入端通过R18接地。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，PWM产生电路包括：TL494芯片，用于根据U6的输出信号产生PWM信号。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：马广程，张寒冰，夏红伟，王常虹，温奇咏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23