[发明专利]直流电动机的控制方法

说明书

本发明涉及电动机控制的方法。如所周知，电动机供电一般不是用可变数值的直流电压而是用固定振幅的脉宽调制电压，其中以脉宽调(PWM)来决定主转矩或转速。这一操作方式也称为斩波(Chopper)方式。于是，脉宽调制脉冲的频率是在音频范围以上的，这一方面是为了避免电动机的控制成为人耳可听到的，又另一方面则是为保证虽为脉冲控制但实际上由于积分效应而流经电动机绕组的是直流电流，其大小由PWM所决定。

为了启动电动机的制运过程或为了改变旋转方向，一般所知这时是调换线路内电动机绕组的极性至使电动机被突然反向驱动。开始时电动机是在其原先的转向上运行，同时也被制动，然后才向反方向旋转。这种制动方式引起以下问题。

电动机绕组的端头是经由保护二极管至操作电压或接地的。这些二极管的作用是保护相连的半导体元件免遭电动机绕组电压峰值的破坏。如果现在在制动过程开始时电动机绕组性极反向，则由于上述二极管的作用就会有由电动机所产生的发电机电压EMF(电动势)与电动机绕组的电阻所生成的高值电流不受控制作用地流过。由于电动机的旋转即由于电动机绕组与永久磁性铁之间的相对运动而产生的这一电流其作用犹如制动电流。由于这一电流不能降到额定值以下，于是在许多情况下至使制动效果过大。例如，如果电动机是录相机主导轴的电动机而走带机构的制动过快地发生，那么由于惯性送带盘继续运行而可能出现磁带卷带。

本发明的目的即在于推出一种制动效果可确定的应用脉宽调制控制的电动机控制的方法。

于是，按照本发明为了启动制动过程将不再进行电动机绕组极性对于供电端的静态反向，而是有一个间歇的极性反向过程。在一个时间段中(该时间段最好等于脉宽调制电压周期)上述绕组极性的反向是对于一定的时间发生的，而极性的这种反向在时间段其余的时间中被消除。通过选择关于绕组极性这一间歇反向的脉冲/间歇比例，其制动效果可以在宽广的范围内改变。于是电动机实际的脉宽调制操作电压的频率或振幅都无须改变。

以下是本发明的一种较佳实现途径的原理概述。指示标称旋转方向的第一控制变量与指示实际旋转方向的第二控制变量进行比较，当存在偏差时所出现的第二控制变量就起动绕组的极性间歇反向。上述极性反向的持续时间与极性间歇反向的整个周期之比为数值0与1之间的一个变量。脉宽调制脉冲与用于极性间歇反向的开关电压来自同一脉冲电压。当标称与实际实际旋转方向一致时电动机只是以定常的转动方向时的脉宽调制脉冲供电，而对于标称与实际转向不一致的情形电动机间歇地以反向旋转方式供电。指示实际旋转方向的第二控制变量由与电动机相关联的传感器确定。有关所希望的制动效果的信息通过电动机的传感器和或由表征电动机的典型的数据项提供。

以下对本发明将借助附图予以详细说明。这些图是：

图1表示本发明之方法的一个原理线路图。

图2是不同的脉冲/间歇比值的间歇极性反向所引起的电流的图示。

图3是本发明的方法的原理性框图。

图4-11是各种操作状态下的逻辑线路。

在以下说明中所用符号的意义如下：

UB：供给电动机的定常操作电压

UG：电动机绕组中所感生的EMF(电动势)

IM：流经电动机的电流

T：脉宽调制电压及极性间歇反向周期

ton：极性间歇反向周期过程中极性反向的持续时间

P＝ton/T

图1中，操作电压UB由开关S1转换成脉宽调制脉冲电压。S1由控制电路S通过脉宽调制脉冲电压6操纵。这样产生的脉宽调制脉冲电压从AS1的输出经转换开关S2、S3送到电动机7，对于该电动机表示出了其产生感生电压UG或EMF的发电机G和电动机绕组的电阻RM。为了启动制动过程，开关S2、S3由控制电路S投放到另一位置上。这就是说电动机7的绕组相对于供电电压极性反向。极性的这种反向并不需要总是静态地进行而是也可以由开关S2，S3所持续的极性反向时间ton决定了制动力矩。ton的值以及制动力矩是由控线路S决定的。这是通过端子9接收到来自传感器的有关电动机的机械与电气数值的补充信息。