一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置制造方法及图纸

一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置，设有作为位置信号发生器的三相正弦波位置编码器、含有三对差分输入、互补输出的功率放大器的三相驱动控制器以及三相永磁同步电动机，三相正弦波位置编码器输出三个之间相位互差120°的三对正弦波差分信号分别连接三对差分输入、互补输出的功率放大器，三对差分输入、互补输出功率放大器的输出分别连接三相永磁同步电动机的三相电源输入端。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置
本技术涉及旋转角度的定位技术，尤其是一种利用旋转编码器直接输出绝对 位置的角度定位装置，属于自动控制机、电一体化的

技术介绍
在目标跟踪定位的控制系统中，常常会遇到旋转角度的定位问题，通常这种系统 包括以下几部分位置给定、驱动控制、执行电机、目标位置、位置锁定以及位置反馈(如图1)。系统的驱动执行电动机对目标跟踪控制的锁定制动方法分为两种一种是直流电动机 驱动控制(见图2):图2 Ca)是直流电动机的模型，电枢引出导线a，b，通入电枢的脉冲电 压为Uab波形见图2 (b)。图2表示的是当直流电压通过a，b端将脉冲电压Uab输入直流 电动机的电枢时，直流电动机驱动系统就实现了位置锁定。在图2的直流电动机位置控制 的系统中，由控制器对直流电动机的电枢回路输入一个正负(土U)变化的脉振电压Uab,这 个脉振电压通过直流电动机的电枢形成一个正负变化的脉冲电流，这个正负变化的脉冲电 流，使电动机输出正负交替变化的正负脉冲转矩，这个脉冲转矩将对负载位置进行正反向 的制动锁定。另一种是二相交流异步电动机的驱动控制(见图3)。图3 (a)是二相交流电 动机的模型，三相交流异步电动机的定子A相引出线A-x出相引出线B_y ;(相引出线 C-Z0三相交流异步电动机三相绕组的任一相通入直流电压(电流),交流异步电动机也可实 现位置锁定。在图3的交流异步电动机位置控制的系统中，由控制器对三相交流异步电动 机的三相定子绕组中的任意一相(如A相A-x)通入直流电压UAx (图3 (b))，这个直流电 压通过定子绕组形成直流电流，这个通过直流电流的定子绕组将产生一个固定的直流电磁 场，直流电磁场对转子进行制动，从而实现对负载位置的锁定。在以上的位置锁定的方法中，驱动电动机可以在任意位置制动，但都无法对位置 辨认，所以必须由位置传感器将位置信号反馈给系统，系统根据接收到的反馈值确定目标， 并根据反馈的位置值发出指令给执行电动机，执行电动机按照系统指令向着目标方向旋转 进行调整，当系统接收到目标位置与给定位置相等时，系统将发出位置锁定信号，锁定在目 标位置上，完成目标定位。因交流同步电动机的转子是磁性的，采用单相直流制动时，转子 都是锁定在同一个位置上，锁定位置不可变。所以不被采用。以上的控制方法除了交流同步电动机，都能够较好的实现系统位置驱动及锁定的 控制，但是由于系统的位置完全依赖于位置反馈检测的信号，根据检测结果进行定位及目 标追踪控制。因跟踪定位控制系统的制动，是用单方向的磁场锁定而实现的。以上的控制 方法在实际系统运行过程中还存在以下问题( I)目标跟踪定位控制系统的驱动执行电动机(直流电动机采用的是高速正反向 平衡转矩，三相交流异步电动机采用单向绕组通电)采用的均为单向磁场定位法锁定角度。 所以，电动机本身都没有认知位置的能力。(2)控制系统完全依赖位置反馈信号发出指令进行制动定位，一旦反馈信号出错， 系统位置将随之出错。(3)现代控制技术对直流定位控制系统采用PWM (脉宽调速)控制，电动机锁定电 压是通过脉冲电压实现，由脉冲电压产生的转矩是正负变化的，执行电动机在驱动低惯性 负载，尤其是空载运行时，往往系统会伴随抖动现象。(4)在系统逼近目标时，对于控制电动机要求更高，系统可能因出现爬行而错误的 反馈位置信号，使得目标位置控制出错。(5)每次开机时都必须将系统归至零位，系统要有一个复位的过程，对于快速跟踪 系统，无疑是一个及不方便的控制。(6)执行电机不具备自锁能力需不断的调整正反向旋转的位置获得逼近目标并锁 定的目的，锁定是一个动态过程。(7)目前用简单可靠的定位方法实现准确的绝对位置定位还是一个较难解决的问 题。
技术实现思路
本技术提供一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置，将现有位置 驱动控制系统的脉振磁场定位改进设计为合成磁场多点定位。本技术采取的技术方案是一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置，其特征是设有作为位置信 号发生器的三相正弦波位置编码器、含有三对差分输入、互补输出的功率放大器的三相驱 动控制器以及三相永磁同步电动机，三相正弦波位置编码器输出三个之间相位互差120° 的三对正弦波差分信号分别连接三对差分输入、互补输出的功率放大器,三对差分输入、互 补输出功率放大器的输出分别连接三相永磁同步电动机的三相电源输入端。所述三对差分输入、互补输出的功率放大器的结构相同，每对差分输入、互补输出 的功率放大器均包括两个NPN三极管，其中一个三极管的集电极连接电源VCC正端，基极连 接三相正弦波位置编码器输出的其中一相正弦波的正半周信号，发射极与另外一个三极管 的集电极互连，另外一个三极管的发射极连接电源VCC负端，基极连接同相正弦波的负半 周信号，两三极管之间的发射极与集电极互连端连接三相永磁同步电动机其中一相的定子 线圈，另外两对差分输入、互补输出的功率放大器中两三极管的发射极与集电极互连端分 别连接三相永磁同步电动机另外两相的定子线圈。根据交流同步电动机的自然机械特性，采用交流旋转磁场的理论，将原有的通入 一相线圈产生的单向直流磁场，改变为在同一圆周上同时供给三相的磁场，利用永磁同步 电动机的定子磁场与转子磁场的直接磁性偶合，产生一个固定的定位磁场，实现位置磁场 的直接锁定，具体方法是三相正弦波位置编码器输出三个之间相位互差120°的三对正 弦位置差分信号分别给三个差分输入、互补输出的功率放大器进行放大后输出三个之间相 位互差120°的三相电流分别给三相永磁同步电动机的三相定子线圈，产生三个不同方向 的定子磁场，并合成为一个方向磁场与三相永磁同步电动机的永磁转子磁性偶合，转子将 按照同性相斥异性相吸的原理旋转至由定子磁场指定的位置并锁定。本技术的优点及显着效果采用交流旋转磁场的理论，将原来的通入一相线 圈产生的单向直流磁场，改变为在同一圆周上同时供给三个方向(三相)的磁场，利用永磁 同步电动机的定子磁场与转子磁场的直接磁性偶合，产生一个固定的定位磁场，实现位置磁场的直接锁定。定位锁定的三相线圈的锁定电压按照正弦交流电的电压变化规律，线性的改变三个方向驱动磁场的大小数值，位置磁场的方向将发生变化，三个方向磁场合成后的位置磁场直接对同步电机转子进行控制。因交流同步电动机在自然状态下运行，就具备的磁场定位特性(因为定、转子均有磁场)，只要对定子进行位置控制，即可直接对转子位置进行锁定，获得理想的系统位置值。本专利技术为直接输出绝对位置的定位系统。用三相正弦波编码器提供正弦波位置信号为基准，利用三相永磁同步电动机的磁场自然定位的特点， 通过调节永磁同步电动机三相定子电流值，即可获得对转子绝对位置的控制。方法简单，使用方便，定位速度快，定位不受到反馈位置值的限制定位精度也可提高。附图说明图1是现有目标跟踪定位的控制系统图；图2是直流驱动控制电机制动示意图；图3是交流驱动控制电机制动示意图；图4是本技术目标跟踪定位系统图；图5 (a)是三相同步电动机的运行模型；图5 (b)是三相电动机绕组为Y型连接的接线图；图5 (c)、5 (d)分别是同步电动机运行时，通入三相线圈的电流波形.1A、iB、iC 及电压波形U、V、W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置，其特征是：设有作为位置信号发生器的三相正弦波位置编码器、含有三对差分输入、互补输出的功率放大器的三相驱动控制器以及三相永磁同步电动机，三相正弦波位置编码器输出三个之间相位互差120°的三对正弦波差分信号分别连接三对差分输入、互补输出的功率放大器，三对差分输入、互补输出功率放大器的输出分别连接三相永磁同步电动机的三相电源输入端。

【技术特征摘要】
1.一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置，其特征是设有作为位置信号发生器的三相正弦波位置编码器、含有三对差分输入、互补输出的功率放大器的三相驱动控制器以及三相永磁同步电动机，三相正弦波位置编码器输出三个之间相位互差120°的三对正弦波差分信号分别连接三对差分输入、互补输出的功率放大器，三对差分输入、互补输出功率放大器的输出分别连接三相永磁同步电动机的三相电源输入端。2.根据权利要求1所述利用编码器直接输出绝对位置的角度定位装置，其特征是:三对差分输入、互补输出的功率放...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁一明，
申请(专利权)人：南京中科天文仪器有限公司，
类型：实用新型
国别省市：