[发明专利]直流电机控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及工业过程控制的电动执行器。

背景技术

随着社会科技水平的不断发展，工业过程控制智能化水平不断提高。同 时，作为提高工业加工生产效益的要求，智能化控制也逐步成为主要的保证 手段。而智能化控制的实现不仅需要具备集成控制的操作平台，同时也需要 每个过程控制部件的智能化。而电动执行器作为主要的过程控制用执行器， 对它的智能化更新显得特别重要。

传统的电动执行器领域，基本上都采用交流电机控制系统。对于交流电 机而言，其存在如下缺陷与不足，为电动执行器的智能化更新带来了诸多困 难：

A.因采用交流电机，启动特性不佳；

B.速度调节复杂，成本高，一般都是按固定转速运行；

C.电机过载保护需要靠机械设计完成，增加机构复杂性，一些小型电动 执行器因为没有安装机械保护装置，常会导致电机烧毁；

D.交流电机尺寸偏大，不利于小型化设计；

E.扭矩保护点只能设置一个，无法进行在线的配置，不利于电动执行器 与不同负载配合使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，将直流电机控制技术引入电动执行器领 域，解决传统电动执行器采用交流电机的启动力矩不足、速度控制困难等多种 缺陷。

本发明为解决所述技术问题而采用的技术方案是：直流电机控制系统， 包括顺序连接的电机控制单元、驱动电路和执行电机，所述执行电机为三相 无刷直流电机。驱动电路设置有三组换相电路，其3个输出端分别与直流电 机的三个相线(U、V、W)连接。直流电机设置有转子位置检测装置，其输出 的反映电机转子的3个位置信息(H1、H2、H3)分别接入电机控制单元，电 机控制单元根据转子的位置信息，控制驱动电路电流输出的换相。所述换相 电路设置有并联的上半桥开关管和下半桥开关管，所述电机控制单元1输出 的6路(UH、UL、VH、VL、WH、WL)脉宽调制信号，分别用于控制驱动电路 的6个上、下半桥开关管的导通与断开。

与现有技术相比较，针对电动执行器的特性，采用三相直流电机控制系 统，克服了现有技术中由于交流电机启动特性不佳的缺陷；三相无刷直流电 机的体积小，便于电动执行器的小型化设计。

本发明的一种改进是，系统增加了与位置检测装置连接的速度检测单元， 其根据电机转子的位置信号的间隔，计算出无刷直流电机的转速，输入控制 单元，通过动态调节脉宽调制信号的占空比，实现三相无刷直流电机转速的 稳速控制功能。

当负载拉动电机时，在指定运转速度下，所述电机控制单元，在脉宽调 制信号的周期内，输出控制驱动电路的同相上半桥开关管和下半桥开关管分 别导通的叠加信号，用于稳定直流电机的运转速度。所述叠加信号设置有防 止同相上半桥开关管和下半桥开关管同时导通的“死区”。

通过在电机驱动桥上、下半桥叠加不同脉宽调制信号的方法，控制直流 电机在不同外部负载状态下保持稳定速度工作。

本发明的另一种改进是，系统增加了连接驱动电路的电流设置单元，用 于采集直流电机的工作电流，转换为电压信号，同用户动态设置的一个信号 电压比较后，接入电机控制单元的控制端，限制驱动电路的工作电流，用于 设置直流电机的最大输出扭矩。

动态调整最大输出扭矩，过载保护点可以设置多个，与电动执行器的不 同负载配套使用。

本发明的还有一种改进是，系统增加了判断供电中断的掉电保持单元， 检测到掉电情况后通知电机控制单元，控制驱动电路和直流电机进入发电、 制动流程，利用电机反向发电的能量供电机控制单元工作并制动电机。

通过检测供电电源，及利用执行器惯性发电的方法，控制在设备掉电时 能够正常的保持在当前位置状态。电子方式实现掉电保持功能，可简化执行 器的相关机构。

通过使用这些技术，使得在电动执行器上引入无刷直流电机控制，显得 性能更加优越。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明直流电机控制系统的逻辑方框图；

图2为本发明直流电机控制系统，电机控制单元1的逻辑方框图；

图3为本发明直流电机控制系统，单片机的引脚电路图；

图4为本发明直流电机控制系统，驱动电路2的电路原理图；