一种可控可监测的无刷力矩电机调宽伺服系统，用于加速度计、转台的位置控制。由信号处理电路、比较器与光耦隔离电路、三角波电路、电机驱动电路、霍尔开关、总线控制接口电路、I2C监测接口电路、微动同步器、无刷力矩电机组成。微动同步器输出与角度成正比的交流信号，经信号处理电路、三角波电路、比较器与光耦隔离电路、电机驱动电路，驱动电机输出相应力矩，克服负载力矩与摩擦力矩。该系统有总线接口电路和I2C监测接口电路，可以通过计算机总线控制和监测系统通断，实现总线控制与监测的功能，也可用于实现系统的远程控制与监测。系统设计使用了专用电机驱动器，具有设计简单、工作可靠、体积小的优点。系统采用三相无刷力矩电机，霍尔开关内嵌于电机本体，具有体积小、工作可靠的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电路，一种可控可监测的无刷力矩电机调宽伺服系统，用于小功率三相无刷力矩电机的控制系统，可实现总线控制与1 总线监测。
技术介绍
三相无刷力矩电机具有高可靠性，广泛应用于仪表测试、转台测试等控制领域。随着现代电子技术的发展，系统采取不同的控制策略追求低功耗、小型化、高可靠性等优点， 但在方案的具体实施中会遇到不同的困难。《小型内燃机与摩托车》，第37卷第5期《发动机用霍尔传感器电磁干扰机理与实验研究》中介绍了霍尔开关在电磁使用环境中会受到干扰出现故障，但却没有针对具体系统提出该干扰故障的具体解决措施。使用专用电机控制集成电路L6235可以大大提高电机控制器的可靠性和抗干扰能力，缩短新产品的开发周期，但该芯片普遍应用在调速控制系统中，如硕士论文《基于 LabVIEff的无刷直流电机模糊自适应PID控制研究》。对于L6235驱动低速堵转状态力矩电机的应用很少介绍。传统的伺服系统不具有与总线接口的能力，测试过程过分依赖测试人员，自动化程度低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可控可监测的无刷力矩电机调宽伺服系统。本专利技术进一步解决的技术问题是采用专用电机驱动器L6235驱动三相无刷力矩电机工作在低速堵转状态，通过提高工作频率和增加匹配电感等措施改善霍尔开关使用的电磁环境，消除霍尔开关的干扰故障，具有低功耗、小型化的优点。本专利技术的技术解决方案是一种无刷力矩电机调宽伺服系统，包括信号处理电路、 比较器与光耦隔离电路、三角波电路、电机驱动电路、霍尔开关、总线控制接口电路、1 监测接口电路、微动同步器、无刷力矩电机；微动同步器输出与角度成正比的交流信号，该交流信号经信号处理电路交流放大、相敏解调、低通滤波、直流放大后输出直流信号给比较器与光耦隔离电路；三角波电路将信号源输出的正弦波处理成三角波并输入至比较器与光耦隔离电路；比较器与光耦隔离电路将输入的直流信号与三角波进行比较、隔离，输出脉冲宽度与直流信号成正比的调宽信号即脉冲宽度控制信号，并将该脉冲宽度控制信号输入至电机驱动电路；总线控制接口电路根据总线发出的控制信号，经光耦隔离输出驱动器使能控制信号至电机驱动电路；三个霍尔开关内嵌于电机本体，敏感磁场强度，输出相应电压输入至电机驱动电路；当驱动器使能控制信号为高电平有效时，根据三个霍尔开关确定的电机绕组导通位置信号，电机驱动电路输出脉冲宽度信号至无刷力矩电机，驱动电机输出相应力矩，克服负载力矩和摩擦力矩，力矩电机为低速堵转工作状态；电机驱动电路的驱动器使3能控制信号经光耦隔离后输出至1 监测接口电路，1 监测接口电路输出8位二进制数字至1 监测总线，当驱动器使能控制信号为低电平时，电机无输出。三相无刷力矩电机包括定子、转子和霍尔开关三部分，转子为永磁体，定子包括定子铁芯、定子骨架和电机绕组。在圆周360度定子骨架均布36个槽，电机绕组、定子铁芯、霍尔开关都安装在定子骨架上。为了保证电机正确换向，在结构设计上固定3个霍尔开关的安装位置。电机3相定子绕组相隔120度电角度均布在定子上，3个霍尔开关也相隔120度电角度安装在定子上，霍尔开关位置与定子绕组起始槽固定电角度，通常为60度或者120 度。霍尔开关敏感电机转子磁场输出相应的高低电平，输出到电机驱动器，经过逻辑处理， 给电机定子上相应两相绕组通电，产生定子磁势，转子磁场与定子磁势相互作用，产生电磁力矩使电机转子旋转。所述的电机驱动电路包括电机驱动器L6235、电阻Rl R13、电阻RX1、电容Cl C8、电感Ll L3、二极管V1、V2 ；电阻Rl，R2，R3，R4 —端短路接逻辑电源正极VD5，电阻R1， R2，R3的另一端分别接霍尔开关，电阻R4的另一端接L6235的BRAKE管脚；电阻R5 —端接驱动器使能控制，另一端接L6235的ENA管脚；电容C5 —端接L6235的ENA管脚，另一端接逻辑电源负极SGND ；L6235的DIAG管脚与ENA管脚短接；L6235的F/R管脚接脉冲宽度控制信号；L6235的TACKO管脚与RCP管脚短接；电阻R6 —端接L6235的TACKO管脚，另一端接SGND ；电阻R7与电容Cl并联后一端接L6235的RCOFF管脚，另一端接SGND ；电阻R8 — 端接L6235的VCP管脚，另一端串联电容C4 ；电容C4的另一端接二极管V2的阴极；二极管 V2与Vl阴阳极串联后与电容C3并联，二极管V2的阳极端接L6235的VS2管脚，L6235的 VSl管脚与VS2管脚短接后接入功率电源的正极VD^ ；二极管Vl的阴极端接L6235的BOOT 管脚；电容C2 —端接L6235的VS2管脚，另一端接SGND ；L6235的四个G管脚短接后接入 SGND,电阻R9与电阻RlO串联后，电阻R9的一端接L6235的其中一个G管脚，电阻RlO的一端接VD5，L6235的REF管脚接入电阻R9与RlO之间；L6235的ISEm管脚与ISEN2管脚短接后串联电阻RX1，电阻RXl的另一端接功率地PG，L6235的0UT1，0UT2, 0UT3管脚分别连接电感Li，L2，L3，电感Li，L2，L3的另一端分别分为两路，Ll的一路连接力矩电机的A 相，另一路串联电容C6、电阻Rll后接入PG ；L2的一路连接力矩电机的B相，另一路串联电容C7、电阻R12后接入PG ；L3的一路连接力矩电机的C相，另一路串联电容C8、电阻R13后接入PG。当驱动器使能控制信号为高电平时，任意时刻，电机驱动器的0UT1，0UT2，0UT3中一路为高电平，一路为低电平，一路为高阻，驱动力矩电机输出力矩；当驱动器使能控制信号为低电平时，任意时刻，电机驱动器的0UT1，0UT2, 0UT3均为高阻，力矩电机无力矩输出。本专利技术与现有技术相比优点在于(1)本专利技术使用内嵌霍尔开关力矩电机，着重解决霍尔开关在使用中的电磁干扰故障。霍尔开关是磁敏感元件，当敏感N极磁场时，输出高电平，敏感S极磁场时，输出低电平。当电路采用调宽控制方式时，电枢绕组中的脉动电流会产生交流磁场，当交流磁场强度大于霍尔开关的磁敏感阈值时，霍尔开关的输出就会受到干扰，影响电机正常换向。本专利技术提出了一种电机中霍尔开关换向干扰的解决措施，通过提高提调宽频率，增加匹配电感，减小电枢绕组的交流磁场，使交流磁场强度小于霍尔开关的磁敏感阈值，保证霍尔开关不受到电磁干扰，力矩电机正常换向。(2)本专利技术提供了一种采用L6235驱动低速堵转状态力矩电机的应用实例，L6235是专用电机驱动器，设计了专用的速度反馈环，因此设计人员多将L6235用于调速系统。本专利技术利用L6235的高度集成小型化、设计简单等优点，通过对个别参数的特殊设计，使其应用于低速堵转力矩电机的控制。(3)本专利技术提供了解决小功率电机伺服系统电机发热与功率器件发热之间矛盾的办法。通常小电流输入时，采用线性模拟控制方式，功率器件压降大，发热功率大；调宽控制方式，电源电压都加在电机绕组上，小功率电机电气时间常数小(小于0. 1ms)，交流阻抗小，电机本体发热大，降低了电源的效率。本专利技术通过采用专用电机驱动器，利用其导通电阻小(0.3欧姆)的优点，减小了电机驱动器的发热；在不改变电机本体结构的前提下增大电机电气时本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种可控可监测的无刷力矩电机调宽伺服系统，其特征在于：包括信号处理电路（１）、比较器与光耦隔离电路（２）、三角波电路（３）、电机驱动电路（４）、霍尔开关（５）、总线控制接口电路（６）、Ｉ２Ｃ监测接口电路（７）、微动同步器（８）、无刷力矩电机（９）；微动同步器（８）输出与角度成正比的交流信号，该交流信号经信号处理电路（１）交流放大、相敏解调、低通滤波、直流放大后输出直流信号给比较器与光耦隔离电路（２）；三角波电路（３）将信号源输出的正弦波处理成三角波并输入至比较器与光耦隔离电路（２）；比较器与光耦隔离电路（２）将输入的直流信号与三角波进行比较、隔离，输出脉冲宽度与直流信号成正比的调宽信号即脉冲宽度控制信号，并将该脉冲宽度控制信号输入至电机驱动电路（４）；总线控制接口电路（６）根据总线发出的控制信号，经光耦隔离输出驱动器使能控制信号至电机驱动电路（４）；三个霍尔开关（５）内嵌于电机本体，敏感磁场强度，输出相应电压输入至电机驱动电路（４）；当驱动器使能控制信号为高电平有效时，根据三个霍尔开关（５）确定的电机绕组导通位置信号，电机驱动电路（４）输出脉冲宽度信号至无刷力矩电机（９），驱动电机输出相应力矩，克服负载力矩和摩擦力矩，力矩电机为低速堵转工作状态；电机驱动电路（４）的驱动器使能控制信号经光耦隔离后输出至Ｉ２Ｃ监测接口电路（７），Ｉ２Ｃ监测接口电路（７）输出８位二进制数字至Ｉ２Ｃ监测总线，当驱动器使能控制信号为低电平时，电机无输出。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：岳辉，严小军，赵晓萍，徐长智，王小辉，孙璐，李庆溥，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：11
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