一种用于交流同步电机和被驱动的执行器的精确定位系统的制作方法

本发明涉及一种精确定位系统，特别涉及一种用于交流同步电机和被驱动的执行器的精确定位系统。

背景技术：

电机旋转定位和对其推动的执行器负载行程计算，当前大多采用像限位器、霍尔开关、甚至编码盘等这类定位传感器来实现，这种插入式不可靠连接必然带来连接的线索很多，对线、打码、整理、布线、穿管、埋线，最后一丝不苟地按“哆来咪发唆”去接线，好容易接完才发现错了一个线位，结果因“纽扣效应”得全部撤掉重来，一捆线索在一起，还共一个地(不共地线索要翻倍还得加调理电路)，结果在地电阻引入共地噪声，各信号线间又相互形成差模干扰，结果无论是对模拟还是数字信号，采用共地非平衡模式传输，抗干扰能力都很差，传输距离都不远；非常不适合今天希望远离电机现场在监控中心实施集中监控的信息化网络化要求，而且一旦传感器损坏或者出现线索断裂或短路，就会酿成灾难性事故。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种无需传感器，抗干扰能力强，传输距离远的用于交流同步电机和被驱动的执行器的精确定位系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：本发明的用于交流同步电机和被驱动的执行器的精确定位系统，包括市电过零检测器、全可控双路换向开关、电机、旁路开关、积分判决器、限时驱动器和单片机组成，市电过零检测器与市电和单片机相连，全可控双路换向开关与市电过零检测器和电机相连，限时驱动器一端与单片机相连，限时驱动器一端与全可控双路换向开关和旁路开关连接，旁路开关一端与全可控双路换向开关相连，旁路开关另一端与积分判决器一端相连，积分判决器另一端与单片机相连；

市电过零检测器，负责提取市电的过零时刻点，并作全系统时间参考标杆，指导单片机按时序去控制该发明所涉及全部硬软件；

全可控双路换向开关，其任务是在市电过零检测器1检测到市电过零脉冲后沿重启或者切换电机的正反转；

旁路开关和全可控双路换向开关在运行时间上是完全互斥的，其功能是在过零检测器检测到过零时刻的前沿首先关闭全可控双路换向开关，然后将电机接驳到积分判决器上，以便该积分判决器能对电机内部因切割磁力线产生的感生电动势整流和电能积分；

积分判决器，负责积分和判决两重任务，并通过积累的规模正确判决出输出跟踪脉冲，传输给单片机，单片机把该判决脉冲与市电过零检测器输出过零脉冲两相比对判断前者是否落到后者开启的时间窗口内；

限时驱动器用于单片机上传下达的中间执行机构，当单片机失控已无力按外电零点时刻再次授权限时驱动器执行命令时，该限时驱动器将肩负起果断切断它后端驱动的全可控双路换向开关及旁路开关与工频市电的间的电器连接，从而保护全系统的人机安全。

作为优选，所述全可控双路换向开关为一组单刀双置开关。

作为优选，所述积分判决器包括三光电耦合器IC1、IC2、IC3，六电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，两二极管D32、D33，一电容C1，一发光二极管D35和一钳位稳压管D34，电阻R1、R2和电容C1组成时延滤波电路，时延滤波电路与光电耦合器IC3用于时间窗口滤波和同步匹配滤波，电容C1与光电耦合器IC1构成斯密特触发器用于限差抗干扰。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明不用任何定位传感和连接线索，直接从电机馈电线端提取当前电机运行工况，因而免除了传统的弱电系统繁琐现场安装和调试，只需要在远方控制中心用“鼠标+键盘”就可实现实时采控，从而非常可靠、精确地对旋转着的电机定位及解算执行器当前的行程，抗干扰能力强，传输距离远，安装方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明系统运行时序图；

图3为积分判决器的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1、图2和图3，本发明的用于交流同步电机和被驱动的执行器的精确定位系统，包括市电过零检测器1、全可控双路换向开关2、电机3、旁路开关4、积分判决器6、限时驱动器5和单片机7组成，市电过零检测器1与市电和单片机7相连，全可控双路换向开关2与市电过零检测器1和电机3相连，限时驱动器5一端与单片机7相连，限时驱动器5一端与全可控双路换向开关2和旁路开关4连接，旁路开关4一端与全可控双路换向开关2相连，旁路开关4另一端与积分判决器6一端相连，积分判决器6另一端与单片机7相连；

市电过零检测器1，负责提取市电的过零时刻点，并作全系统时间参考标杆，指导单片机7按时序去控制该发明所涉及全部硬软件；

全可控双路换向开关2为一组单刀双置开关，其任务是在市电过零检测器11检测到市电过零脉冲后沿重启或者切换电机3的正反转；

旁路开关4和全可控双路换向开关2在运行时间上是完全互斥的，其功能是在过零检测器检测到过零时刻的前沿首先关闭全可控双路换向开关2，然后将电机3接驳到积分判决器6上，以便该积分判决器6能对电机3内部因切割磁力线产生的感生电动势整流和电能积分；

积分判决器6，负责积分和判决两重任务，并通过积累的规模正确判决出输出跟踪脉冲，传输给单片机7，单片机7把该判决脉冲与市电过零检测器1输出过零脉冲两相比对判断前者是否落到后者开启的时间窗口内。积分判决器6实际上积分的是电机3内部励磁绕组L2输出的电能，但其积分的时刻往往正是电机3内部担负负载驱动的主绕组L1上感生电动势的过零点(以后为叙述方便以电机3入端为界把外部市电过零检测输出的过零脉冲简称为外电零点，而把电机3内部驱动主绕组上的感生电动势过零点称内电零点)，换句话说该发明的本质是通过比对内外电零点的重叠程度，来确认电机3当前的工况，并把能飞入外电零点时间窗内的内电零点作为标定电机3当前旋转位置以及被电机3驱动的执行器行程解算的依据；

限时驱动器5受命于单片机7，核心职能是一个上传下达的有限授权的中间执行机构，当单片机7失控“跑飞”，已无力按外电零点时刻再次授权限时驱动器5执行命令时，该限时驱动器5将肩负起果断切断它后端驱动的全可控双路换向开关2及旁路开关4与工频市电的间的电器连接，从而保护全系统的人机安全。限时执行器的超时容限当选取为工频市电的1个半周期则30mS时最佳。

所述积分判决器6包括三光电耦合器IC1、IC2、IC3，六电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，两二极管D32、D33，一电容C1，一发光二极管D35和一钳位稳压管D34，两二极管D32、D33并联在市电两端后与电阻R1、钳位稳压管D34和电阻R2依次串联，光电耦合器IC3的1脚通过电阻R6与直流电源连接，光电耦合器IC3的3脚连接在钳位稳压管D34和电阻R2之间，光电耦合器IC3的4脚与电容C1一端连接，电容C1的另一端与电阻R2连接，光电耦合器IC1的1脚通过电阻R3与电阻R2连接，光电耦合器IC1的2脚与光电耦合器IC2的1脚连接，光电耦合器IC1的3脚与其1脚连接，光电耦合器IC1的4脚与电阻R2连接，光电耦合器IC2的2脚与光电耦合器IC3的3脚连接，光电耦合器IC2的3脚接地，光电耦合器IC2的4脚与电阻R5和发光二极管D35连接，发光二极管D35与电阻R4串联后与直流电源连接，电阻R1、R2和电容C1组成时延滤波，时延滤波电路与光电耦合器IC3配合完成时间窗口滤波和同步匹配滤波，电容C1与光电耦合器IC1构成斯密特触发器利用回差抗干扰。

当电机3处于长期的平稳转动状态时(不超载不停机也不换向)由于内电零点和外电零点一定是重合的，外电零点和内电零点都同时具备对电机3工况监测的公正性，此时宜间隙采样内电零点予以跟踪和再次确认单相交流同步电机3此前工况是否已发生改变，这样就不别没市电周波切换一次可控双路换向开关2和旁路开关4，让电机3自主地实现对市电频率和相位的同步跟踪；当电机3因超载、重启、特别是换向时，必须逐周通过对旁路开关4和换向开关2之间的互斥切换，一直考察内电零点的有无，并在市电周波每周过零点严格比对内电和外电零点密合度，以确认当前外部工频市电对电机3的驱动是否有效，这样就剔除了因机电系统的不平衡引起的差异积累，从而保证了无传感器对电机3旋转定位和执行器位移解算的公正性和精准性。

本发明不用任何定位传感器，直接从电机3馈电线端提取当前电机3运行工况，因而免除了传统的弱电系统繁琐现场安装和调试，只需要在远方控制中心用“鼠标+键盘”就可实现实时采控，从而非常可靠、精确地对旋转着的电机3定位及解算执行器行程，抗干扰能力强，传输距离远，安装方便。