专利名称：一种线性直流无刷电机伺服驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，用于惯性仪表伺服系统中，亦 可用于其它直流无刷力矩电机速度/位置伺服驱动系统。
背景技术：
直流伺服驱动系统在惯性仪表中用于消除外框架干扰力矩，现有的有刷直流伺服 驱动系统以有刷直流力矩电机作为执行机构，由于机械结构上存在电刷和换向器，电机运 转时存在摩擦，长时间工作过程中，易出现打火花现象，导致电刷组件接触不良，引起系统 工作异常。为消除现有刷直流伺服驱动系统电刷接触不良、打火花的缺点，引入无刷直流力 矩电机作为执行结构，采用电子开关线路和电机转子位置传感器实现电机电枢绕组电流的 无接触换向。现有的电机转子位置传感器大都采用霍尔集成电路，其主要工作原理是电流 的磁效应，因而在复杂的磁应用环境中，无刷力矩电机会出现换相逻辑异常的故障；同时现 有的无刷力矩电机控制驱动方案大都采用脉冲宽度调制PWM方案，由于PWM中信号调制频 率的影响，会给伺服驱动系统引入干扰，且功耗大。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种线性直流无刷电机伺 服驱动系统，具有功耗低、干扰小、工作正常可靠的特点。本发明的技术解决方案为一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，包括短路匝传感器、前置变换放大电路、校 正电路、绝对值电路、方向处理电路、线性光耦、位置信号预处理电路、换相逻辑处理电路、 六路光耦、线性控制功率驱动电路、光电编码器和无刷直流力矩电机本体；短路匝传感器输出角度交流调制信号给前置变换放大电路；前置变换放大电路将 角度交流调制信号先后进行交流放大、解调和滤波之后输出给校正电路对信号进行校正之 后同时输出给绝对值电路和方向处理电路；绝对值电路将输入的校正之后的信号处理为正 信号之后输出给线性光耦进行线性放大和光耦隔离，之后输出给线性控制功率驱动电路作 为线性控制功率驱动电路的一路输入信号，控制无刷直流力矩电机本体输出反馈力矩的大 小；方向处理电路将输入的校正之后的信号处理为两路互为反相的方向方波信号输出给换 相逻辑处理电路；所述两路互为反相的方向方波信号依次为方向方波信号Fl和方向方波 信号Π;光电编码器敏感到无刷直流力矩电机本体转子的三路位置信号，之后输出给位置 信号预处理电路放大整形成三路相差为120°的光电方波信号并输出给换相逻辑处理电 路，所述三路相差为120°的光电方波信号依次为SA、Sb和& ；换相逻辑处理电路将输入的 方向方波信号Fl、方向方波信号Π、光电方波信号\、光电方波信号&和光电方波信号& 进行逻辑组合，生成六种状态控制信号，再通过六路光耦进行光耦隔离之后输出给线性控 制功率驱动电路；线性控制功率驱动电路根据输入的光耦隔离之后的六种状态控制信号控制无刷直流力矩电机本体的换相和控制反馈力矩的方向。 所述换相逻辑处理电路将输入的方向方波信号Fl、方向方波信号Π、光电方波信 号\、光电方波信号&和光电方波信号&进行逻辑组合通过如下方式进行
权利要求
1.一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，其特征在于包括短路匝传感器(1)、前置变 换放大电路⑵、校正电路⑶、绝对值电路⑷、方向处理电路(5)、线性光耦(6)、位置信号 预处理电路(7)、换相逻辑处理电路(8)、六路光耦(9)、线性控制功率驱动电路(10)、光电 编码器(11)和无刷直流力矩电机本体(12)。短路匝传感器(1)输出角度交流调制信号给前置变换放大电路O)；前置变换放大电 路( 将角度交流调制信号先后进行交流放大、解调和滤波之后输出给校正电路C3)对信 号进行校正之后同时输出给绝对值电路(4)和方向处理电路(5)；绝对值电路(4)将输入 的校正之后的信号处理为正信号之后输出给线性光耦(6)进行线性放大和光耦隔离，之后 输出给线性控制功率驱动电路(10)作为线性控制功率驱动电路(10)的一路输入信号，控 制无刷直流力矩电机本体(1 输出反馈力矩的大小；方向处理电路( 将输入的校正之后 的信号处理为两路互为反相的方向方波信号输出给换相逻辑处理电路(8)；所述两路互为 反相的方向方波信号依次为方向方波信号Fl和方向方波信号Π;光电编码器(11)敏感到无刷直流力矩电机本体(1 转子的三路位置信号，之后输出 给位置信号预处理电路(7)放大整形成三路相差为120°的光电方波信号并输出给换相逻 辑处理电路(8)，所述三路相差为120°的光电方波信号依次为SA、Sb和& ；换相逻辑处理 电路(8)将输入的方向方波信号F1、方向方波信号Π、光电方波信号\、光电方波信号&和 光电方波信号&进行逻辑组合，生成六种状态控制信号，再通过六路光耦(9)进行光耦隔 离之后输出给线性控制功率驱动电路(10)；线性控制功率驱动电路(10)根据输入的光耦 隔离之后的六种状态控制信号控制无刷直流力矩电机本体(1 的换相和控制反馈力矩的 方向。
2.根据权利要求1所述的一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，其特征在于所述换 相逻辑处理电路(8)将输入的方向方波信号F1、方向方波信号丙、光电方波信号\、光电方 波信号&和光电方波信号&进行逻辑组合通过如下方式进行二 SaSbAt = SaSbBt 二 SbScBt = SbScCt = ScSaΛ =^ABB =SBSCCb，其中，AT、BT、CT、Ab、Bb和Cb为所述的CT — Sr S *当Fl = 1时，Τ 二 j ,当 时， j^b = SaSbBb = SbSc CB=SCSA Fl = '六种状态控制信号。
3.根据权利要求1所述的一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，其特征在于所述线 性控制功率驱动电路(10)包括电阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、运算放大器Ul、U2、 三极管T1、T2、功率驱动开关K1、K2、K3、K4、K5和K6 ；线性光耦的输出经过电阻Rl输入到运算放大器Ul的同相端，运算放大器Ul的输出经 过电阻R2输入到三极管Tl的基级，三极管Tl的集电极与电源正极和三极管T2的集电极 连接在一起，三极管Tl的发射极通过电阻R3连接三极管T2的基极，三极管T2的发射极通 过电阻R4接地的同时，还与功率驱动开关Kl的一端、功率驱动开关K2的一端以及功率驱 动开关K3的一端连接在一起，功率驱动开关Kl的另一端连接无刷直流力矩电机本体(12)的第一绕组和功率驱动开关K4的一端，功率驱动开关K2的另一端连接无刷直流力矩电机 本体(12)的第二绕组和功率驱动开关K5的一端，功率驱动开关K3的另一端连接无刷直流 力矩电机本体(12)的第三绕组和功率驱动开关K6的一端；功率驱动开关K4的另一端、功 率驱动开关K5的另一端和功率驱动开关K6的另一端通过电阻R5接地的同时，还通过电阻 R6连接到运算放大器U2的同相端，运算放大器U2的反相端通过电阻R7接地的同时还通过 电阻R8连接到运算放大器U2的输出端，运算放大器U2的输出端通过电阻R9连接到运算 放大器Ul的反相端，功率驱动开关Kl、K2、K3、K4、K5和K6的控制端依次连接换相逻辑处 理电路⑶输出的六种状态控制信号~、81、；4。 和(；经过六路光耦(9)的相应输出。
全文摘要
一种线性直流无刷电机伺服驱动系统，包括短路匝传感器、前置变换放大电路、校正电路、绝对值电路、方向处理电路、线性光耦、位置信号预处理电路、换相逻辑处理电路、六路光耦、线性控制功率驱动电路、光电编码器和无刷直流力矩电机本体。本发明由于采用两拍六状态的换相逻辑处理电路方案，而具有功耗低、波动力矩小的优点，同时采用线性光耦、六路光耦、消振电路以及基于线性电流反馈方案的线性控制功率驱动电路，而具有干扰小、运行稳定、发热量小、线性度高的优点，本发明主要用于惯性仪表伺服系统，亦可作为其它直流无刷力矩电机速度或者位置伺服驱动系统。
文档编号H02P6/16GK102142802SQ20111006935
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者严小军, 何志军, 徐长智, 李春明, 王小辉, 赵晓萍 申请人:北京航天控制仪器研究所