专利名称：一种转角电机位置驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及伺服电机驱动装置，特别是涉及一种转角电机位置驱动器。
背景技术：
转角电机位置驱动器是转角电机完成精确转角定位的控制装置。转角电机的理想 要求是转矩大并且速度快，这种电机的技术特征是电枢时间常数大和转动惯量小。由于转 角电机的电枢时间常数和转动惯量的差距越大，其可控性越差，因此，在一定程度上，控制 技术制约了高性能转角电机的应用。转角电机位置驱动器的现有技术为目标转角位置信号与转角电机输出的实际转 角位置信号比较；得到的位置偏差信号，经过PID校正调节，作为控制电流与实际的电枢电 流比较；得到的电流偏差信号，经过PD校正调节，作为控制信号，经过脉冲宽度调制和H桥 功率放大，驱动转角电机。精确定位控制由置于转角偏差信号处理环节的积分调节实现；H 桥采用双边单极性驱动方式。现有转角电机位置驱动器的不足之处在于 位置偏差量至控制量的增益较小； 相当于比例，积分所占的增益份额较大； 相当于双边双极性控制的H桥，双边单极性控制的H桥驱动电枢电流的速度较 慢； 控制转角电机响应速度慢、控制能力低并且易于发生振荡； 对于高速、大转矩转角电机，存在着控制不了的问题； 对于一般转角电机，存在着对大信号或突变载荷响应时，发生振荡的问题。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决相对于转动惯量电枢时间常数较大的转角电机的 控制问题，以及转角电机响应大信号或突变载荷时发生振荡的问题，提供一种转角电机位 置驱动器。为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种转角电机位置驱动器，该驱动器由壳体和内部电路构成，所述的内部电路包 括电源电路、目标电路、反馈电路、控制电路、H桥电路；外接的位置控制装置与目标电路的 输入端相连，外接的转角电机的位置传感器与反馈电路的输入端相连，所述的目标电路的 目标位置输出端、反馈电路输出的电机位置信号、电机转速信号、传感器故障输出信号、H桥 电路反馈输出的电机电流信号分别与控制电路的输入端相连，所述的控制电路的控制输出 端与H桥电路的输入端相连，H桥电路的电枢电流输出端与外接的转角电机的电枢绕组相 连。所述的目标电路包括输入接口电路、延时电路；外接的位置控制装置输出的位置 电流信号与输入接口电路的输入端相连，输入接口电路输出的位置电压信号与延时电路的输入端相连，延时电路输出目标位置信号。所述的反馈电路包括传感器接口电路、检测电路、微分电路；外接的转角电机的位 置传感器信号与传感器接口电路的输入端相连，传感器接口电路输出电机位置信号，电机 位置信号与检测电路和微分电路的输入端相连，检测电路输出传感器故障信号、微分电路 输出电机转速信号。所述的控制电路包括位置电路、转速电路、电流电路、调制电路、波形电路、窗口电 路、限幅电路；所述的H桥电路反馈输出的电机电流信号与窗口电路的输入端相连，目标位 置信号、电机位置信号、传感器故障信号分别与位置电路的输入端相连，位置电路输出目标 转速信号，目标转速信号、电机转速信号分别与转速电路的输入端相连，转速电路输出目标 电流信号，目标电流信号与窗口电路的双向端口相连，目标电流信号、电机电流信号、波形 电路输出的微动电流信号分别与电流电路的输入端相连，电流电路输出的调节信号与限幅 电路的双向端口相连，调节信号、三角波信号分别与调制电路的输入端相连，调制电路输出 控制信号。所述的H桥电路包括时序电路、驱动电路、采样电路、保护电路、极性电路，放大电 路、滤波电路；控制信号与时序电路的输入端相连，时序电路输出的正向和反向控制信号分 别与驱动电路的控制输入端相连，时序电路输出的同步信号与极性电路的极性选择输入端 相连，驱动电路的驱动电源与采样电路串联，驱动电路输出的驱动电流经过滤波电路输出 电枢电流，采样电路输出的电流采样信号与极性电路的输入端相连，采样电路输出的电流 采样信号和短路信号分别与保护电路的输入端相连，驱动电路输出的低边控制信号与保护 电路的屏蔽输入端相连，保护电路输出的关闭信号与驱动电路的关闭控制输入端相连，极 性电路输出的反馈信号与放大电路的输入端相连，放大电路输出电机电流信号。与现有技术相比，本实用新型的有益效果1、本实用新型所述的转角电机位置驱动器采用转角电机的转角位置、转角速度和 电枢电流三重反馈控制并且对这三个反馈信号进行了超前补偿；位置环和速度环采用比例 调节，电流环采用比例和积分调节，H桥采用双边双极性驱动方式；通过这些技术手段的运 用，本实用新型系统增益高，积分速度快；2、本实用新型所述的转角电机位置驱动器能够很好地控制相对于转动惯量电枢 时间常数较大的转角电机，充分发挥电机的性能，达到较高的控制要求，拓展了转角电机位 置驱动器的控制范围；3、本实用新型所述的转角电机位置驱动器在控制转角电机时，响应速度快、定位 精度高、无振荡。
图1是本实用新型外部接线示意图；图2是本实用新型原理的方框图；图3是本实用新型功能的方框图；图4是电源电路的原理图；图5是H桥电路的原理图；图6是输入接口电路的原理图；[0028]图7是延时电路的原理图；图8是位置电路的原理图；图9是转速电路的原理图；图10是电流电路的原理图；图11是调制电路的原理图；图12是传感器接口电路的原理图；图13是检测电路的原理图；图14是微分电路的原理图；图15是波形电路的原理图；图16是窗口电路的原理图；图17是限幅电路的原理图；图18是H桥电路的方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型提供的转角电机位置驱动器包括壳体10和内部电路。工 作时，驱动器外部要接以下部件电源、位置控制装置11、转角电机12。壳体10上有9个连 接线，其中，转角电机12的电枢正极引脚、电枢负极引脚、转角电机12的位置传感器电源正 极引脚、转角电机12的位置传感器输出引脚和转角电机12的位置传感器电源负极引脚分 别与壳体10上的连接线1、2、3、4和5相连，电源的负极引脚和正极引脚分别与壳体10上 的连接线6和7相连，位置控制装置11的位置电流正极引脚和位置电流负极引脚分别与壳 体10上的连接线8和9相连。本实用新型提供的位置驱动器接收位置控制装置11输出的 位置信号，控制转角电机12，按比例将位置信号转换成机械摆角或位移。如图2所示，所述的内部电路包括目标电路39、反馈电路40、控制电路41、H桥电 路26、电源电路25 ；外接的电源与电源电路25相连，电源电路25为内部电路的各个部分供 电；外接的位置控制装置11与目标电路39相连；外接的转角电机12的位置传感器与反馈 电路40的输入端相连；目标电路39输出的目标位置信号、反馈电路40输出的电机位置信 号、传感器故障信号和电机转速信号、H桥电路26输出的电机电流信号分别与控制电路41 的输入相连，控制电路41输出的控制信号与H桥电路26的输入相连；H桥电路26输出的 电枢电流与外接的转角电机12的电枢相连。如图3所示，目标电路39包括输入接口电路27、延时电路28 ；外接的位置控制装 置11输出的位置电流信号与输入接口电路27的输入端相连，输入接口电路27输出的位置 电压信号与延时电路28的输入端相连，延时电路28输出目标位置信号。外接的反馈电路40包括传感器接口电路29、检测电路30、微分电路31 ；外接的转角电机12的位置传感器信号与传感器接口电路29的输入端相连，传感器接口电路29输出 电机位置信号，电机位置信号与检测电路30和微分电路31的输入端相连，检测电路30输 出传感器故障信号、微分电路31输出电机转速信号。控制电路41包括位置电路32、转速电路33、电流电路34、调制电路35、波形电路 36、窗口电路37、限幅电路38 ；H桥电路26反馈输出的电机电流信号与窗口电路37的输入端相连；目标位置信号、电机位置信号、传感器故障信号分别与位置电路32的输入端相连； 位置电路32输出目标转速信号，目标转速信号、电机转速信号分别与转速电路33的输入 端相连；转速电路33输出目标电流信号，目标电流信号与窗口电路37的双向端口相连，目 标电流信号、电机电流信号、波形电路输出的微动电流信号分别与电流电路34的输入端相 连，电流电路34输出的调节信号与限幅电路38的双向端口相连，调节信号、波形电路38输 出的三角波信号分别与调制电路35的输入端相连，调制电路35输出控制信号。电路的工作原理为外接的位置控制装置11输出的位置电流信号经过目标电路 39的后输出目标位置信号，外接的转角电机12的位置传感器信号经过反馈电路40的后由 传感器接口电路29输出电机位置信号、微分电路31输出电机转速信号和检测电路30输出 传感器故障信号，H桥电路26输出电枢电流到转角电机12，H桥电路26还反馈输出电机电 流信号；在控制电路41中，目标位置信号与电机位置信号相比较，得到位置偏差信号，位置 偏差信号经过放大电路放大，作为目标转速信号；目标转速信号与电机转速信号相比较，得 到转速偏差信号，转速偏差信号经过放大电路放大，作为目标电流信号；目标电流信号与电 机电流信号相比较，得到电流偏差信号，电流偏差信号经过比例积分电路放大，作为调节信 号；调节信号经过调制电路的脉冲宽度调制作为控制信号；控制信号控制H桥电路26输出 电枢电流到转角电机12 ；当位置传感器故障信号有效时，将强制转角电机12到最小转角位 置。如图4所示，电源电路25包括三端稳压器U17、电压基准Ul、电感器L4、L5和L6、 扼流圈T3、二极管D11、D12和D13、电阻器R99 R102、电容器C61 C67 ；电源输入端经过 电感器、扼流圈、电容器滤波电路、整流二极管、JI形滤波电路与电源的第一路输出端相连， 再经过稳压二极管稳压电路与电源的第二路输出端相连，再经过三端稳压器稳压电路与电 源的第三路输出端相连，再经过电压基准稳压电路与电源的第四路输出端相连，电源的公 共回路端与地输出端相连。具体连接方式是连接线7与L5的一引脚相连，L5的另一引脚与T3 —绕组的输入引脚相连，连接 线6与L4的一引脚相连，L4的另一引脚与T3另一绕组的输入引脚相连，T3另一绕组的输 出引脚与C61和C63的一引脚、Dll的阳极相连，C61的另一引脚、C62和R99的一引脚与壳 体相连，Dll的阴极与D13的阴极、R102和L6的一引脚、C65的正极相连，L6的另一引脚与 C66和C67的正极、RlOO和RlOl的一引脚与输出电压V4相连，RlOO和RlOl的另一引脚与 D12的阳极、C64的负极、U17的电源引脚、Ul的电源引脚、输出电压V3相连，U17的输出引 脚与输出电压V2相连，Ul的输出引脚与输出电压Vl相连，U17和Ul的地引脚、T3 一绕组 的输出引脚、D12和D13的阳极、C62、C63、R99和R102的另一引脚、C64、C65、C66和C67的 负极与GND相连。如图5、图18所示，H桥电路26包括VMOS驱动器U3和U4、三二输入模拟选择开 关U6、放大器U8B、比较器U7B、反相器U9A、U9B和U9C、电感L2和L3、扼流圈Tl、电流互感 器T2、VM0S三极管Ql Q5、二极管D2 D6、采样电阻器R63、电阻器R51 R62和R64 R78、电容器C28 C47 ；U9A、U9B、U9C 连接成时序电路 42，U3、U4、Q1 Q4、D2 D5、C29、C30、C31、C34 C40、R51 R62连接成驱动电路43，T2、R63连接成采样电路44，U7B、Q5、D6、C41、C42、 R64 R70连接成保护电路45，U6、C43、C44、R71、R72连接成极性电路46，U8B、C45、C46、
6C47、R73 R78连接成放大电路47，Tl、L2、L3、C32、C33、C28连接成滤波电路48 ；控制信号与时序电路42的输入端相连，时序电路42输出的正向和反向控制信号 分别与驱动电路43的控制输入端相连，时序电路42输出的同步信号与极性电路46的极性 选择输入端相连，驱动电路43的驱动电源与采样电路44串联，驱动电路43输出的驱动电 流经过滤波电路48输出电枢电流，采样电路44输出的电流采样信号与极性电路46的输入 端相连，采样电路44输出的电流采样信号和短路信号分别与保护电路45的输入端相连，驱 动电路43输出的低边控制信号与保护电路45的屏蔽输入端相连，保护电路45输出的关闭 信号与驱动电路43的关闭控制输入端相连，极性电路46输出的反馈信号与放大电路47的 输入端相连，放大电路47输出电机电流信号。具体连接方式是连接线18与U9A和U9C的输入引脚相连，U9A的输出引脚与D5的阴极、R62的一 引脚相连，D5的阳极、R62的另一引脚与C38的一引脚、U4的低边和高边输入引脚相连，C38 的另一引脚与GND相连，U9C的输出引脚与U9B的输入引脚、U6的一和二模拟选择开关的 选择引脚相连，U9B的输出引脚与D2的阴极、R51的一引脚相连，D2的阳极、R51的另一引 脚与C29的一引脚、U3的低边和高边输入引脚相连，C29的另一引脚与GND相连，U3的输出 边电源引脚与D3的阳极、V3相连，U3的靴极电压引脚与D3的阴极、C34的一引脚相连，U3 的源极电压引脚与C34的另一引脚、R53的一引脚、Ql的源极、Q4的漏极、Tl的一绕组的输 入引脚相连，U3的高边输出引脚与R52的一引脚相连，R52的另一引脚与R53的另一引脚、 Ql的栅极相连，Ql的漏极与Q3的漏极、T2的一输入线的一引脚相连，T2的一输入线的另 一引脚与V4相连，U3的低边输出引脚与C35和R54的一引脚相连，R54的另一引脚与R55 一引脚、Q2的栅极相连，U3的输出边的公共回路引脚与R56、C30和C31的一引脚相连，C30 的另一引脚与V3相连，C31的另一引脚与GND相连，U4的输出边电源引脚与V3、D4的阳极 相连，U4的靴极电压引脚与D4的阴极、C36的一引脚相连，U4的源极电压引脚与C36的另 一引脚、R58的一引脚、Q3的源极、Q2的漏极、Tl的另一绕组的输入引脚相连，U4的高边输 出引脚与R57的一引脚相连，R57的另一引脚与R58的另一引脚、Q3的栅极相连，U4的低边 输出引脚与C37和R59的一引脚相连，R59的另一引脚与R60的一引脚、Q4的栅极相连，U4 的输出边的公共回路引脚与R61、C39和C40的一引脚相连，C39的另一引脚与V3相连，C40 的另一引脚与GND相连，Q2和Q4的源极、R60、R61、R55和R56的另一引脚与T2的另一输入 线的一引脚相连，T2的另一输入线的另一引脚与R63的一引脚相连，R63的另一输入引脚与 GND相连，Tl的一绕组的输出引脚与C33和L3的一引脚相连，C33的另一引脚与GND相连， L3的另一引脚与C28的一引脚、连接线1相连，Tl的另一绕组的输出引脚与C32和L2的一 引脚相连，C32的另一引脚与GND相连，L2的另一引脚与C28的另一引脚、外壳上的连接线2 相连，C35和C37的另一引脚与R67的一引脚、Q5的栅极相连，R67的另一引脚、Q5的源极、 C42的负极、R68的一引脚与GND相连，R68的另一引脚、C42的正极与U7B的反相引脚、R66 的一引脚相连，R66的另一引脚与V2相连，T2的输出绕组的一引脚与GND相连，T2的输出 绕组的另一引脚与D6的阳极相连，R63的一输出引脚与R65和R72的一引脚相连，R63的另 一引脚与R71的一引脚相连，R65的另一引脚、D6的阴极与C41和R64的一引脚、Q5的漏极 相连，R64的另一引脚与R69的一引脚、U7B的同相引脚相连，U7B的输出引脚、R69的另一 引脚与R70的一引脚、U3和U4的关闭输出引脚相连，R70的另一引脚与V2相连，R72的另 一引脚与C44的一引脚、TO的一模拟选择开关的低输入引脚和二模拟选择开关的高输入引脚相连，C44的另一引脚与GND相连，R71的另一引脚与C43的一引脚、U6的一模拟选择开 关的高输入引脚和二模拟选择开关的低输入引脚相连，C43的另一引脚与GND相连，TO的一 模拟选择开关的输出引脚与R74的一引脚相连，R74的另一引脚与C46和R77的一引脚相 连，R77的另一引脚与C47和R78的一引脚、U8B的同相引脚相连，C47的另一引脚与GND相 连，R78的另一引脚与Vl相连，R73的另一引脚与C46的另一引脚、R75的一引脚相连，R75 的另一引脚与C45和R76的一引脚、U8B的反相引脚相连，C45和R76的另一引脚与U8B的 输出引脚、连接线19相连，U3和U4的输入边电源引脚、U6的正电源引脚与V2相连，U3和 U4的输入边地引脚、U6的负电源引脚、禁止引脚、地引脚和三模拟选择开关的选择引脚、低 输入引脚、高输入引脚和输出引脚与GND相连。如图6所示，输入接口电路27包括放大器U14A、电容器Cl C5、电阻器Rl RlO ； 位置电流信号分别与采样电阻器的两端相连，采样电阻器的两端与RC低通滤波电路的输 入端相连，放大器、电阻器、电容器构成差分放大电路，低通滤波器的输出端与差分放大电 路的输入端相连，差分放大电路输出位置电压信号。具体连接方式是外壳上的连接线8与R2 R5的一引脚相连，R4和R5的另一引脚与R6的一引脚 相连，R6的另一引脚与C5、C3和R9的一引脚相连，R9的另一引脚与U14A的反相引脚、RlO 和C4的一引脚相连，RlO和C4的另一引脚与U14A的输出引脚、连接线13相连，连接线9、 R2和R3的另一引脚与Rl的一引脚相连，Rl的另一引脚与C2和R7的一引脚、C3的另一引 脚相连，C2和C5的另一引脚与GND相连，R7的另一引脚与U14A的同相引脚、R8和Cl的一 引脚相连，R8的另一引脚与Vl相连，Cl的另一引脚与GND相连。如图7所示，延时电路28包括放大器U14B、带宽电位器RVl、电容器C6和C7、电阻 器Rll和R12 ；电阻器、电容器、频响电位器连接成RC低通滤波电路，放大器连接成电压跟 随器电路，位置电压信号与RC低通滤波电路的输入端相连，RC低通滤波电路的输出端与电 压跟随器电路的输入端相连，电压跟随器输出目标位置信号。具体连接方式是连接线13与Rll的一引脚相连，Rll的另一引脚与RVl的一固定端和滑动端相连， RVl的另一固定端与C7和R12的一引脚、U14B的同相引脚相连，R12的另一引脚与C6的一 引脚相连，C6和C7的另一引脚与Vl相连，U14B的反相引脚和输出引脚与连接线14相连， U14B的电源引脚与V3相连，U14B的地引脚与GND相连。如图8所示，位置电路32包括放大器Ul3B、增益电位器RV2、偏置电位器RV3、二极 管D1、电容器C8、C9和C10、电阻器R13 R21 ；这些器件构成增益可调和偏置可调控的反 向加法放大电路，目标位置信号、电机位置信号、传感器故障信号分别与加法放大电路的相 加端和偏置控制端相连，加法放大电路输出目标转速信号。具体连接方式是连接线21与R16的一引脚、RV3的一固定端相连，RV3的另一固定端与R21的一 引脚相连，R21的另一引脚与GND相连，RV3的滑动端与R20的一引脚相连，R20的另一引脚 与U13B的同相引脚、C9的一引脚相连，C9和R16的另一引脚与Vl相连，连接线20与C8和 R15的一引脚相连，C8的另一引脚与R14的一引脚相连，连接线14与RV2的一固定端相连， RV2的另一固定端和滑动端与R13的一引脚相连，R13、R14和R15的另一引脚与U13B的反 相引脚、R17、R18和ClO的一引脚相连，R17的另一引脚与GND相连，ClO的另一引脚与U13B 的输出引脚、R19的一引脚相连，R18和R19的另一引脚与Dl的阳极、连接线15相连，Dl的阴极与V2相连。如图9所示，转速电路33包括放大器U13A、电容器C11、C12和C13、电阻器R22 R27 ；放大器、电阻器、电容器连接成反向加法放大电路，目标转速信号、电机转速信号分别 与加法放大电路的相加端相连，加法放大电路输出目标电流信号。具体连接方式是连接线15与R22的一引脚相连，连接线22与C12和R23的一引脚相连，C12的另 一引脚与R24的一引脚相连，R22、R23和R24的另一引脚与U13A的反相引脚、Cll和R25 的一引脚相连，Cll的另一引脚与U13A的输出引脚、R26的一引脚相连，R25的另一引脚与 C13和R27的一引脚相连，R26、R27和C13的另一引脚与连接线16相连，U13A的同相引脚 与Vl相连，U13A的电源引脚与V3相连，U13A的地引脚与GND相连。如图10所示，电流电路34包括放大器U8A、电容器C14 C17、电阻器R28 R33 ； 放大器、电阻器、电容器连接成具有加法构造的反相比例微分电路，目标电流信号、电机电 流信号、微动电流信号分别与加法比例微分电路的相加端相连，加法比例微分电路输出调 节信号。具体连接方式是连接线16与R31的一引脚相连，连接线19与C14和R30的一引脚相连，C14的另 一引脚与R28的一引脚相连，连接线23与C15的一引脚相连，C15的另一引脚与R32的一 引脚相连，R28、R30、R31和R32的另一引脚与U8A的反相引脚、C16和R33的一引脚相连， C16的另一引脚与U8A的输出引脚、R29的一引脚相连，R33的另一引脚与C17的一引脚相 连，C17和R29的另一引脚与连接线17相连，U8A的电源引脚与V3相连，U8A的地引脚与 GND相连。如图11所示，调制电路35包括比较器U10B、电阻器R34、R35和R36 ；比较器、电阻
器连接成具有正向回差的比较电路，调节信号、三角波信号分别与比较电路的比较输入端 相连，比较电路输出控制信号。具体连接方式是连接线24与UlOB的反相引脚相连，连接线17与R34的一引脚相连，R34的另一 引脚与UlOB的同相引脚、R35的一引脚相连，R35的另一引脚与UlOB的输出引脚、R36的一 引脚、连接线18相连，R36的另一引脚与V2相连。如图12所示，传感器接口电路29包括放大器U16A、电感器Li、电容器C18、C19和 C20、电阻器R37、R38和R39 ；电源经过LC滤波电路后与位置传感器的电源端相连，位置传 感器的输出信号与RC低通滤波电路的输入端相连，RC低通滤波电路的输出端与电压跟随 器的输入端相连，电压跟随器输出电机位置信号。具体连接方式是连接线3与C18和Ll的一引脚相连，Ll的另一引脚与Vl相连，C18的另一引脚 与连接线5、GND相连，连接线4与R37和R38的一引脚相连，R37的另一引脚与R39和C19 的一引脚相连，R39的另一引脚与C20的一引脚、U16A的同相引脚相连，R38、C19和C20的 另一引脚与Vl相连，U16A的反相引脚和输出引脚与连接线20相连，U16A的电源引脚与V3 相连，U16A的地引脚与GND相连。如图13所示，检测电路30包括比较器U7A、电容器C21和C22、电阻器瑞R40、R41 和R42 ；电机位置信号经过RC低通滤波电路与比较器的同相输入端相连，分压电阻器的输 出端与比较器的反相输入端相连，比较器输出位置传感器故障信号。具体连接方式是连接线20与R42的一引脚相连，R42的另一引脚与U7A的同相引脚、C22的一引 脚相连，C22的另一引脚与GND相连，U7A的反相引脚与C2UR40和R41的一引脚相连，C21和R40的另一引脚与Vl相连，R41的另一引脚、U7A的地引脚与GND相连，U7A的电源引脚 与V3相连。如图14所示，微分电路31包括放大器U16B、电容器C23和C24、电阻器R43和R44 ； 放大器、电阻器、电容器连接成微分电路，电机位置信号与微分电路的输入端相连，微分电 路输出电机转速信号。具体连接方式是连接线20与C24的一引脚相连，C24的另一引脚与R43的一引脚相连，R43的另一 引脚与U16B的反相引脚、C23和R44的一引脚相连，C23和R44的另一引脚与U16B的输出 引脚、连接线22相连，U16B的同相引脚与Vl相连。如图15所示，波形电路36包括放大器U11A、比较器U10A、反相器U9F、分频计数器 U2、电容器C25、C26和C27、电阻器R45 R50 ；放大器连接成积分电路，比较器连接成具有 回差的与固定电压相比较的比较电路，积分电路、比较电路和反相器连接成三角波和方波 振荡电路，方波经过分频计数器分频后输出微动电流信号，三角波作为三角波信号输出。具 体连接方式是UllA的同相引脚与C27和R50的一引脚相连，R50的另一引脚与Vl相连，C27的 另一引脚与GND相连，UlIA的输出引脚、R47和C26的一引脚与连接线24相连，R47的另一 引脚与UlOA的反相引脚、R48的一引脚相连，C26的另一引脚与UllA的反相引脚、R49的一 引脚相连，R48和R49的另一引脚与U9F的输出引脚、U2的时钟引脚相连，UlOA的同相引脚 与C25和R45的一引脚相连，R45的另一引脚与Vl相连，C25的另一引脚与GND相连，UlOA 的输出引脚与U9F的输入引脚、R46的一引脚相连，R46的另一引脚与V2相连，U2的六十四 分频输出引脚与连接线23相连，U2的电源引脚与V2相连，U2的清零引脚和地引脚、UlOA 和UllA的地引脚与GND相连，UlOA和UllA的电源引脚与V3相连。如图16所示，窗口电路37包括放大器U12A和U12B、比较器U15A和U15B、反相器 U9D和U9E、二极管D7和D8、电容器C48 C55、电阻器R79 R93 ；这些元器件连接成窗口 选择电路和窗口限幅电路，电机电流信号与窗口选择电路的输入端相连，窗口选择电路的 输出端与窗口限幅电路的输入端相连，窗口限幅电路的双向端口与目标电流信号相连。具 体连接方式是连接线19与R79的一引脚相连，R79的另一引脚与C48和R80的一引脚相连，R80 的另一引脚与C49的一引脚、U15A和U15B的反相引脚相连，U15A的同相引脚与R81、C50和 R82的一引脚相连，R82的另一引脚与U15B的同相引脚、R83和C51的一引脚相连，C48 C51的另一引脚与Vl相连，U15A的输出引脚与U9D的输入引脚、R84的一引脚相连，U15B 的输出引脚与U9E的输入引脚、R87的一引脚相连，U15A的电源引脚与V3相连，U9D的电源 引脚、R83、R84和R87的另一引脚与V2相连，R81的另一引脚、U15A和U9D的地引脚与GND 相连，U9D的输出引脚与R85的一引脚相连，R85的另一引脚与U12A的同相引脚、R86、C52 和R91的一引脚相连，U9E的输出引脚与R89的一引脚相连，R89的另一引脚与U12B的同 相引脚、R88、C53和R93的一引脚相连，R86和R88的另一引脚与V2相连，C52和C53的另 一引脚与Vl相连，R91和R93的另一引脚与GND相连，U12A的输出引脚与D7的阴极、C54 的一引脚相连，C54的另一引脚与U12A的反相引脚、R90的一引脚相连，U12B的输出引脚与 D8的阳极、C55的一引脚相连，C55的另一引脚与U12B的反相引脚、R92的一引脚相连，D7 的阳极、D8的阴极、R90和R92的另一引脚与连接线16相连，U12A的电源引脚与V3相连，U12A的地引脚与GND相连。如图17所示，限幅电路包括放大器、二极管、电阻器、电容器；这些元器件连接成 窗口限幅电路，窗口限幅电路的双向端口与调节信号相连。具体为限幅电路38包括放大器U5A和U5B、二极管D9和D10、电容器C56 C60、电阻器 R94 R98 ；U5B的同相引脚与C57、R95和R96的一引脚相连，R95的另一引脚与V2相连， R96的另一引脚与U5A的同相引脚、C59和R97的一引脚相连，C58的一引脚、C57和C59的 另一引脚与Vl相连，C58和R97的另一引脚、U5A的地引脚与GND相连，U5B的输出引脚与 D9的阴极、C56的一引脚相连，C56的另一引脚与U5B的反相引脚、R94的一引脚相连，U5A 的输出引脚与DlO的阳极、C60的一引脚相连，C60的另一引脚与TOA的反相引脚、R98的一 引脚相连，D9的阳极、DlO的阴极、R94和R98的另一引脚与连接线17相连。
权利要求1.一种转角电机位置驱动器，其特征在于该驱动器由壳体和内部电路构成，所述 的内部电路包括电源电路05)、目标电路(39)、反馈电路(40)、控制电路01)、H桥电路 (26)；外接的位置控制装置(11)与目标电路(39)的输入端相连，外接的转角电机的位置 传感器与反馈电路GO)的输入端相连，所述的目标电路(39)的目标位置输出端、反馈电路 (40)输出的电机位置信号、电机转速信号、传感器故障输出信号、H桥电路06)反馈输出的 电机电流信号分别与控制电路Gl)的输入端相连，所述的控制电路Gl)的控制输出端与 H桥电路06)的输入端相连，所述的H桥电路06)的电枢电流输出端与外接的转角电机 (12)的电枢绕组相连。
2.根据权利要求1所述的一种转角电机位置驱动器，其特征在于所述的目标电路 (39)包括输入接口电路(27)、延时电路08)；外接的位置控制装置(11)输出的位置电流 信号与输入接口电路07)的输入端相连，输入接口电路(XT)输出的位置电压信号与延时 电路08)的输入端相连，延时电路08)输出目标位置信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种转角电机位置驱动器，其特征在于所述的反馈电 路^))包括传感器接口电路( )、检测电路(30)、微分电路(31)；外接的转角电机(12)的 位置传感器信号与传感器接口电路09)的输入端相连，传感器接口电路09)输出电机位 置信号，电机位置信号与检测电路(30)和微分电路(31)的输入端相连，检测电路(30)输 出传感器故障信号、微分电路(31)输出电机转速信号。
4.根据权利要求1或2所述的一种转角电机位置驱动器，其特征在于所述的控制电 路(41)包括位置电路(32)、转速电路(33)、电流电路(34)、调制电路(35)、波形电路(36)、 窗口电路(37)、限幅电路(38)；所述的H桥电路(26)反馈输出的电机电流信号与窗口电路 (37)的输入端相连，目标位置信号、电机位置信号、传感器故障信号分别与位置电路(32) 的输入端相连，位置电路(3 输出目标转速信号，目标转速信号、电机转速信号分别与转 速电路(33)的输入端相连，转速电路(33)输出目标电流信号，目标电流信号与窗口电路 (37)的双向端口相连，目标电流信号、电机电流信号、波形电路输出的微动电流信号分别与 电流电路(34)的输入端相连，电流电路(34)输出的调节信号与限幅电路(38)的双向端口 相连，调节信号、三角波信号分别与调制电路(3 的输入端相连，调制电路(3 输出控制 信号。
5.根据权利要求1或2所述的一种转角电机位置驱动器，其特征在于所述的H桥电 路(26)包括时序电路(42)、驱动电路(43)、采样电路(44)、保护电路(45)、极性电路(46)， 放大电路(47)、滤波电路08)；控制信号与时序电路G2)的输入端相连，时序电路G2) 输出的正向和反向控制信号分别与驱动电路G3)的控制输入端相连，时序电路G2)输出 的同步信号与极性电路G6)的极性选择输入端相连，驱动电路的驱动电源与采样电 路G4)串联，驱动电路输出的驱动电流经过滤波电路0 输出电枢电流，采样电路 (44)输出的电流采样信号与极性电路G6)的输入端相连，采样电路G4)输出的电流采样 信号和短路信号分别与保护电路0 的输入端相连，驱动电路输出的低边控制信号 与保护电路G5)的屏蔽输入端相连，保护电路G5)输出的关闭信号与驱动电路G3)的关 闭控制输入端相连，极性电路G6)输出的反馈信号与放大电路G7)的输入端相连，放大电 路G7)输出电机电流信号。
专利摘要本实用新型提供的一种转角电机位置驱动器属于伺服电机驱动技术领域，以解决现有转角电机位置驱动器存在着控制不了高速、大转矩转角电机的问题和控制一般转角电机在响应大信号或突变载荷时发生振荡的问题。本实用新型采用转角电机的转角位置、转角速度和电枢电流三重反馈控制并且对这三个反馈信号进行了超前补偿；位置环和速度环采用比例调节，电流环采用比例和积分调节，H桥采用双边双极性驱动方式。本实用新型解决了高速、大转矩转角电机的控制问题，拓展了转角电机位置驱动器的控制范围；解决了控制转角电机在响应大信号或突变载荷时发生振荡的问题。本实用新型系统增益高、积分速度快、定位精度高、无振荡。
文档编号H02P6/06GK201878080SQ20102059351
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者刘宏, 吕田有, 张少飞, 胡锡梅, 贾帅儒, 赵昌周, 邢宝喜, 陈志瑞, 陈艾君, 高仲山 申请人:大同北方天力增压技术有限公司