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    重庆时时彩开实体店: 装有控制电机旋转位置的控制装置的电机控制装置.pdf

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    装有 控制 电机 旋转 位置 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN96112300.1

    申请日:

    1996.07.31

    公开号:

    CN1150353A

    公开日:

    1997.05.21

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):H02P 5/00申请日:19960731授权公告日:20000315终止日期:20150731|||授权|||公开|||
    IPC分类号: H02P5/00; G05D3/12 主分类号: H02P5/00; G05D3/12
    申请人: 松下电器产业株式会社;
    发明人: 中野博充; 岸本宪一; 井上智宽
    地址: 日本大阪府
    优先权: 1995.07.31 JP 194817/95
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 傅康;王忠忠
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN96112300.1

    授权公告号:

    |||1050467||||||

    法律状态公告日:

    2016.09.21|||2000.03.15|||1997.05.21|||1997.04.23

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||公开|||实质审查请求的生效

    摘要

    在用于控制电机旋转位置的一个电机控制装置中,旋转检测器检测电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得的电机旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号,一个位置检测装置根据第一和第二检测信号采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号,一个电机控制装置把旋转位置信号与代表电机的参考旋转位置的参考位置信号相比较,获得位置误差,并且控制电机的旋转位置,使其位置误差减至最小。

    权利要求书

    1: 一种用于控制电机旋转位置的电机空制装置,该装置包括: 旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得 的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号; 位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且 输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号;以及 电机控制装置,用于把上述位置检测装置输出的旋转位置信号与代表上 述电机的参考旋转位置的参考位置信号相比较,从而获得位置误差,并且控制 上述电机的旋转位置,使其位置误差减至最小。
    2: 一种用于控制电机旋转位置和转速的电机控制装置,该装置包括: 旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得 的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号; 位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且 输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号; 频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 之一产生和输出对应上述电机转速的转速信号; 位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上 述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表 测得的位置误差的位置控制信号; 速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上 述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表 测得的速度误差的速度控制信号; 混合装置,用于把上述位置控制装置输出的位置控制信号和上述速度控 制装置输出的速度控制信号相加,并且输出代表相加结果之和的一个和信号; 以及 电机控制装置,用于根据上述混合装置输出的和信号控制上述电机的旋 转位置和转速,使其位置误差和速度误差分别减至最小。
    3: 一种用于控制电机旋转位置和转速的电机控制装置,该装置包括: 旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得 的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号; 位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且 输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号; 频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 二者产生和输出对应上述电机转速的转速信号; 位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上 述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表 测得的位置误差的位置控制信号; 速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上 述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表 测得的速度误差的速度控制信号; 混合装置,用于把上述位置控制装置输出的位置控制信号加到上述速度 控制装置输出的速度控制信号上,并且输出代表相加结果之和的一个和信号; 以及 电机控制装置,用于根据上述混合装置输出的和信号控制上述电机的旋 转位置和转速,使其位置误差和速度误差分别减至最小。
    4: 一种用于控制电机旋转位置和转速其中之一的电机控制装置,该装置 包括: 旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得 的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号; 位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且 输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号; 频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 之一产生和输出对应上述电机转速的转速信号; 位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上 述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表 测得的位置误差的位置控制信号; 速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上 述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表 测得的速度误差的速度控制信号; 转换装置,用于在上述位置控制装置输出的位置控制信号和上述速度控 制装置输出的速度控制信号之间进行转换,从而按照由上述频率信号发生装 置输出的转速信号代表的上述电机的转速来选择位置控制信号和速度控制信 号之一,并且输出选定的控制信号;以及 电机控制装置,用于根据从上述转换装置输出的选定的控制信号来控制 上述电机的旋转位置和转速中的认意一个,从而分别使其位置误差和速度误 差中的认意一个减至最小。
    5: 一种用于控制电机旋转位置和转速其中之一的电机控制装置,该装置 包括: 旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得 的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号; 位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且 输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号; 频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号 之一产生和输出对应上述电机转速的转速信号; 位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上 述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表 测得的位置误差的位置控制信号; 速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上 述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表 测得的速度误差的速度控制信号; 转换装置,用于在上述位置控制装置输出的位置控制信号和上述速度控 制装置输出的速度控制信号之间进行转换,从而按照由参考速度信号代表的 上述电机的转速来选择位置控制信号和速度控制信号之一,并且输出选定的 控制信号;以及 电机控制装置,用于根据从上述转换装置输出的选定的控制信号来控制 上述电机的旋转位置和转速中的认意一个,从而分别使其位置误差和速度误 差中的认意一个减至最小。
    6: 按照权利要求1至5中任意一项的电机控制装置,其特征是上述位置检测 装置包括: 载波信号发生装置,用于产生和输出第一和第二载波信号,其频率高于那 些第一和第二检测信号并且具有彼此相差预定角度的不同相位; 调制装置,用于分别按照第一和第二检测信号来调制上述载波信号发生 装置输出的第一和第二载波信号,并且输出调制的第一和第二载波信号; 加法装置,用于把上述调制装置输出的调制的第一和第二载波信号相加, 并且输出相加结果的和信号; 相位检测装置,用于把上述加法装置输出的和信号的相位与上述载波信 号发生装置输出的任一第一和第二载波信号的相位进行比较,并且检测代表 上述电机旋转位置的相位。
    7: 按照权利要求1至5中任意一项的电机控制装置,其特征是上述位置检测 装置包括: 第一反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第一检测信号,并且输 出反相的第一检测信号; 第二反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第二检测信号,并且输 出反相的第二检测信号; 开关转换信号发生装置,用于分别以预定的定时产生第一,第二,第三和 第四开关转换信号; 包括第一和第二开关的第一转换装置,上述第一转换装置在上述旋转检 测装置输出的第一检测信号与上述第一反相装置输出的反相的第一检测信号 之间切换上述第一开关,从而按照上述开关转换信号发生装置输出的第一开 关转换信号来选择第一检测信号和反相的第一检测信号中的一个,输出选定 的第一信号,切换上述第二开关,把选定的第一信号的电压按照一定的分压比 分成N级的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输 出的第三开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第 二信号; 包括第三和第四开关的第二转换装置,上述第二转换装置在上述旋转检 测装置输出的第二检测信号与上述第二反相装置输出的反相的第二检测信号 之间切换上述第三开关,从而按照上述开关转换信号发生装置输出的第二开 关转换信号来选择第二检测信号和反相的第二检测信号中的一个,输出选定 的第三信号,切换上述第四开关,把选定的第三信号的电压按照一定的分压比 分成N级的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输 出的第四开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第 四信号; 加法装置,用于把上述第一转换装置输出的选定的第二信号与上述第二 转换装置输出的选定的第四信号相加,并且输出相加结果的和信号;以及 相位检测装置,用于参照第一和第二开关转换信号之一根据上述加法装 置输出的和信号来检测代表上述电机旋转位置的相位,并且输出代表测得的 相位的相位检测信号, 其中的上述第一和第二转换装置根据由预定的三角函数预定的分压比来 切换上述第一,第二,第三和第四开关,从而使上述加法装置输出的和信号与 第一和第二检测信号中任意一个之间的差别变小。
    8: 按照权利要求1至5中任意一项的电机控制装置,其特征是上述位置检测 装置包括: 第一反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第一检测信号,并且输 出反相的第一检测信号; 第二反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第二检测信号,并且输 出反相的第二检测信号; 开关转换信号发生装置,用于分别以预定的定时产生第一和第二开关转 换信号; 包括第一开关的第一转换装置,上述第一转换装置切换上述第一开关,把 处于第一检测信号和反相的第一检测信号之间的电压按一定分压比分成2N级 的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输出的第 一开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第一信号; 包括第二开关的第二转换装置,上述第二转换装置切换上述第二开关,把 处于第二检测信号和反相的第二检测信号之间的电压按一定分压比分成2N级 的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输出的第 二开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第二信号; 加法装置,用于把上述第一转换装置输出的选定的第一信号与上述第二 转换装置输出的选定的第二信号相加,并且输出相加结果的和信号;以及 相位检测装置,用于参照第一和第二开关转换信号之一根据上述加法装 置输出的和信号来检测代表上述电机旋转位置的相位,并且输出代表测得的 相位的相位检测信号, 其中的上述第一和第二转换装置根据由预定的三角函数预定的分压比来 切换上述第一,第二开关,从而使上述加法装置输出的和信号与第一和第二检 测信号中任意一个之间的差别变小。
    9: 按照权利要求1至8的电机控制装置,其特征是上述电机是有刷的DC电 机。
    10: 按照权利要求1至8的电机控制装置,其特征是上述电机是无刷电机。
    11: 按照权利要求1至8的电机控制装置,其特征是上述旋转检测装置包括: 磁化成多个磁极的永磁体,上述永磁体与上述电机转动地构成一个整体; 以及 一个靠近上述永磁体设置的磁-电转换元件,从而与上述永磁体的磁场形 成电磁耦合,上述磁-电转换元件把上述永磁体的磁场中对应上述电机旋转位 置的变化转换成对应上述电机旋转位置的电信号。

    说明书


    装有控制电机旋转位置的 控制装置的电机控制装置

        本发明涉及用在诸如有刷DC电机,无刷电机等等电动机中的电机控制装置,特别是涉及一种装有控制电机旋转位置的控制装置的电机控制装置,通过把旋转位置信号与参考位置信号相比较,可以使电机的定位误差变得最小,具有较高分辨率的位置控制和速度控制。

        近年来,诸如复印机,打印机等办公自动化设备逐步朝着数字化,高分辨率和彩色的方向发展。随着这种趋势,对用在这些设备中的电机地要求提高了,要求电机具备高分辨率,高精度的旋转位置控制,以及在很宽的转速范围内的高精度的速度控制。

        以下参照附图说明按照现有技术的一例电机控制装置。

        例如在待审查的日本专利公开(Koukoku)号昭63-10668中所述的一例现有技术。图11是这种惯用的电机控制装置的示意性框图。

        参见图11,标号31表示一台电机,32表示用于产生代表电机31转速的信号的一个速度发生器。33表示一个FG信号发生电路(频率信号发生电路),用于产生具有对应电机31转速的一定周期的转速信号(FG信号)。一个参考速度信号发生器100产生具有对应FG信号的预定的恒定周期或频率的参考速度信号,并且把参考速度信号输出给速度控制电路34。速度控制电路34把上述转速信号与来自参考速度信号发生器100的参考速度信号相比较,并且所得的速度误差信号通过一个D/A变换器35被提供给驱动电路36。按照这种方式把电机31的转速控制在一个恒定值。

        然而,如图所示的惯用电机控制装置具有以下的缺点。

        在图11所示的惯用电机控制装置中,由于速度发生器32的输出信号的频率在低速旋转期间下降,控制的速率就会下降,因而通常很难实现稳定的速度控制。另外,在电机暂停期间也不可能实现电机的旋转位置控制。

        作为一种可以控制旋转位置的电机,步进电机已经得到了广泛的应用。正如普通技术人员所公知的那样,特别是在步进电机低速旋转的时候,步进电机会出现明显的转速变化。因此,在需要对低速旋转时的转速变化进行转速控制时,就需要另外提供具有较大惯量的飞轮。

        另外,对于步进电机来说,为了维持暂停的位置,有必要在驱动线圈中保持不同于大驱动电流的连续电流。这样就会带来发热和功率消耗的问题。

        因此,本发明的基本目的是要提供一种电机控制装置,它能够在很宽的速度范围内执行高分辨率和高精度的旋转位置控制。

        本发明的另一目的是要提供一种电机控制装置,它能够在很宽的速度范围内执行高分辨率和高精度的旋转位置控制和速度控制。

        为了实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种用于控制电机旋转位置的电机控制装置,该装置包括:

        旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号;

        位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号;以及

        电机控制装置,用于把上述位置检测装置输出的旋转位置信号与代表上述电机的参考旋转位置的参考位置信号相比较,从而获得位置误差,并且控制上述电机的旋转位置,使其位置误差减至最小。

        按照本发明的另一方面,提供了一种用于控制电机旋转位置和转速的电机控制装置,该装置包括:

        旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号;

        位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号;

        频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号之一产生和输出对应上述电机转速的转速信号;

        位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表测得的位置误差的位置控制信号;

        速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表测得的速度误差的速度控制信号;

        混合装置,用于把上述位置控制装置输出的位置控制信号和上述速度控制装置输出的速度控制信号相加,并且输出代表相加结果之和的一个和信号;以及

        电机控制装置,用于根据上述混合装置输出的和信号控制上述电机的旋转位置和转速,使其位置误差和速度误差分别减至最小。

        按照本发明的又一方面,提供了一种用于控制电机旋转位置和转速的电机控制装置,该装置包括:

        旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号;

        位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号;

        频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号二者产生和输出对应上述电机转速的转速信号;

        位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表测得的位置误差的位置控制信号;

        速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表测得的速度误差的速度控制信号;

        混合装置,用于把上述位置控制装置输出的位置控制信号加到上述速度控制装置输出的速度控制信号上,并且输出代表相加结果之和的一个和信号;以及

        电机控制装置,用于根据上述混合装置输出的和信号控制上述电机的旋转位置和转速,使其位置误差和速度误差分别减至最小。

        按照本发明的再一方面,提供了一种用于控制电机旋转位置和转速其中之一的电机控制装置,该装置包括:

        旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号;

        位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号;

        频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号之一产生和输出对应上述电机转速的转速信号;

        位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表测得的位置误差的位置控制信号;

        速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表测得的速度误差的速度控制信号;

        转换装置,用于在上述位置控制装置输出的位置控制信号和上述速度控制装置输出的速度控制信号之间进行转换,从而按照由上述频率信号发生装置输出的转速信号代表的上述电机的转速来选择位置控制信号和速度控制信号之一,并且输出选定的控制信号;以及

        电机控制装置,用于根据从上述转换装置输出的选定的控制信号来控制上述电机的旋转位置和转速中的认意一个,从而分别使其位置误差和速度误差中的认意一个减至最小。

        按照本发明的进一步方案,提供了一种用于控制电机旋转位置和转速其中之一的电机控制装置,该装置包括:

        旋转检测装置,用于检测上述电机的旋转位置,并且输出具有对应着测得的上述电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号;

        位置检测装置,用于根据上述旋转检测装置输出的第一和第二检测信号采用比第一和第二检测信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,并且输出代表测得的旋转位置的旋转位置信号;

        频率信号发生装置,用于根据旋转检测装置输出的第一和第二检测信号之一产生和输出对应上述电机转速的转速信号;

        位置控制装置,用于检测代表上述电机的参考位置的参考位置信号与上述位置检测装置输出的旋转位置信号之间的位置误差,并且产生和输出代表测得的位置误差的位置控制信号;

        速度控制装置,用于检测代表上述电机的参考速度的参考速度信号与上述频率信号发生装置输出的转速信号之间的速度误差,并且产生和输出代表测得的速度误差的速度控制信号;

        转换装置,用于在上述位置控制装置输出的位置控制信号和上述速度控制装置输出的速度控制信号之间进行转换,从而按照由参考速度信号代表的上述电机的转速来选择位置控制信号和速度控制信号之一,并且输出选定的控制信号;以及

        电机控制装置,用于根据从上述转换装置输出的选定的控制信号来控制上述电机的旋转位置和转速中的认意一个,从而分别使其位置误差和速度误差中的认意一个减至最小。

        在上述的电机控制装置中,上述位置检测装置最好是包括:

        载波信号发生装置,用于产生和输出第一和第二载波信号,其频率高于那些第一和第二检测信号并且具有彼此相差预定角度的不同相位;

        调制装置,用于分别按照第一和第二检测信号来调制上述载波信号发生装置输出的第一和第二载波信号,并且输出调制的第一和第二载波信号;

        加法装置,用于把上述调制装置输出的调制的第一和第二载波信号相加,并且输出相加结果的和信号;

        相位检测装置,用于把上述加法装置输出的和信号的相位与上述载波信号发生装置输出的任一第一和第二载波信号的相位进行比较,并且检测代表上述电机旋转位置的相位。

        在上述电机控制装置中,上述位置检测装置最好是包括:

        第一反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第一检测信号,并且输出反相的第一检测信号;

        第二反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第二检测信号,并且输出反相的第二检测信号;

        开关转换信号发生装置,用于分别以预定的定时产生第一,第二,第三和第四开关转换信号;

        包括第一和第二开关的第一转换装置,上述第一转换装置在上述旋转检测装置输出的第一检测信号与上述第一反相装置输出的反相的第一检测信号之间切换上述第一开关,从而按照上述开关转换信号发生装置输出的第一开关转换信号来选择第一检测信号和反相的第一检测信号中的一个,输出选定的第一信号,切换上述第二开关,把选定的第一信号的电压按照一定的分压比分成N级的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输出的第三开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第二信号;

        包括第三和第四开关的第二转换装置,上述第二转换装置在上述旋转检测装置输出的第二检测信号与上述第二反相装置输出的反相的第二检测信号之间切换上述第三开关,从而按照上述开关转换信号发生装置输出的第二开关转换信号来选择第二检测信号和反相的第二检测信号中的一个,输出选定的第三信号,切换上述第四开关,把选定的第三信号的电压按照一定的分压比分成N级的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输出的第四开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第四信号;

        加法装置,用于把上述第一转换装置输出的选定的第二信号与上述第二转换装置输出的选定的第四信号相加,并且输出相加结果的和信号;以及

        相位检测装置,用于参照第一和第二开关转换信号之一根据上述加法装置输出的和信号来检测代表上述电机旋转位置的相位,并且输出代表测得的相位的相位检测信号,

        其中的上述第一和第二转换装置根据由预定的三角函数预定的分压比来切换上述第一,第二,第三和第四开关,从而使上述加法装置输出的和信号与第一和第二检测信号中任意一个之间的差别变小。

        在上述电机控制装置中,上述位置检测装置最好包括:

        第一反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第一检测信号,并且输出反相的第一检测信号;

        第二反相装置,用于反相上述旋转检测装置输出的第二检测信号,并且输出反相的第二检测信号;

        开关转换信号发生装置,用于分别以预定的定时产生第一和第二开关转换信号;

        包括第一开关的第一转换装置,上述第一转换装置切换上述第一开关,把处于第一检测信号和反相的第一检测信号之间的电压按一定分压比分成2N级的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输出的第一开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第一信号;

        包括第二开关的第二转换装置,上述第二转换装置切换上述第二开关,把处于第二检测信号和反目的第二检测信号之间的电压按一定分压比分成2N级的多个电压并且输出,而分压比是按照上述开关转换信号发生装置输出的第二开关转换信号被改变的,从而选择一个分压电压,并且输出选定的第二信号;

        加法装置,用于把上述第一转换装置输出的选定的第一信号与上述第二转换装置输出的选定的第二信号相加,并且输出相加结果的和信号;以及

        相位检测装置,用于参照第一和第二开关转换信号之一根据上述加法装置输出的和信号来检测代表上述电机旋转位置的相位,并且输出代表测得的相位的相位检测信号,

        其中的上述第一和第二转换装置根据由预定的三角函数预定的分压比来切换上述第一,第二开关,从而使上述加法装置输出的和信号与第一和第二检测信号中任意一个之间的差别变小。

        在上述电机控制装置中,上述电机可以是有刷的DC电机。

        在上述电机控制装置中,上述电机可以是无刷电机。

        在上述电机控制装置中,上述旋转检测装置最好包括:

        磁化成多个磁极的永磁体,上述永磁体与上述电机转动地构成一个整体;以及

        一个靠近上述永磁体设置的磁-电转换元件,从而与上述永磁体的磁场形成电磁耦合,上述磁-电转换元件把上述永磁体的磁场中对应上述电机旋转位置的变化转换成对应上述电机旋转位置的电信号。

        按照本发明的一个方面,用上述的结构提供了一种位置检测装置,它采用比旋转检测装置的输出信号的一个周期更精密的单位来检测旋转位置,后者输出具有对应着电机的旋转位置的相位,而且彼此不同的第一和第二检测信号。然后把从位置检测装置获得的信号作为旋转位置信号,并且根据旋转位置信号与参考位置信号之间的位置误差来控制电机,旋转位置信号的单位是通过在每个极小的时间间隔内把第一和第二检测信号的一个周期分割成N级的多份而获得的。这样就可以实现高分辨率,高精度的旋转位置控制。

        另外,按照本发明的第二和第三方面,位置控制装置输出的位置控制信号和速度控制装置输出的速度控制信号彼此被混合或相加在一起,或是在二者之间切换。这样,不仅可以实现高精度的暂??刂?,还可以在包括低速旋转的很宽的速度范围内实现高精度的转速控制。

        按照本发明的第一到第三方面,加法装置的输出信号可以是近似的正弦波,从而可以减少谐波分量。这样就可以防止因谐波分量造成的位置信息偏移,从而可以实现高精度的旋转位置检测和旋转位置控制。

        通过以下参照附图结合本发明实施例的描述中可以看清本发明的上述和其他目的和特征,在所有附图中相同的部分均用相同的标号来表示,其中的:

        图1是本发明第一实施例的电机控制装置的示意性框图;

        图2A是表示cosθ信号和sinθ信号的波形图;

        图2B是(ωt+θ)信号和ωt的定时图,表示图1所示的相位检测器的操作;

        图3是本发明第二实施例的电机控制装置的示意性框图;

        图4是本发明第三实施例的电机控制装置的示意性框图;

        图5是本发明电机控制装置的插入处理电路第一实施例的电路图;

        图6是表示图5的开关转换信号的转换定时的定时图;

        图7是表示图5的转换信号″ma″,″mb″和″mc″的定时图;

        图8是本发明电机控制装置的插入处理电路第二实施例的电路图;

        图9是本发明电机控制装置的插入处理电路第三实施例的电路图;

        图10是表示图9的开关转换信号的定时的定时图;

        图11是现有技术的电机控制装置的示意性框图;

        图12是图4所示第三实施例的电机控制装置的一个变更例的示意性框图;

        图13是一个波形图,表示开关转换信号的产生过程;以及

        图14是图3所示第二实施例的电机控制装置的一个变更例的示意性框图。

        以下要参照附图说明本发明的实施例。

        以下参照附图说明了本发明第一实施例的电机控制装置。

        图1是本发明第一实施例的电机控制装置的示意性框图。

        参见图1,标号1代表电机,2代表旋转检测器。旋转检测器2输出具有对应着电机1旋转角位置的两个相位的第一和第二位置检测信号MR1和MR2,它们彼此相差90°。在本实施例中,位置检测信号MR1具有cosθ的相位,信号MR2具有sinθ的相位。所产生的位置检测信号MR1和MR2的频率是这样的,例如在电机1的每转中有512个波形。

        被虚线包围的方框3是用于输出一转中的旋转位置信号的位置检测电路。位置检测电路3包括一个插入处理电路4(被虚线4包围),用于把位置检测信号MR1和MR2的一个周期分割成各自具有更精细或极小的时间间隔或周期的信号,并且产生和输出代表电机1精细旋转位置的信号。位置检测电路3是本发明中基本的重要元件。

        接着要更详细地说明位置检测电路3和插入处理电路4。

        标号41和42表示分别用于放大第一和第二位置检测信号MR1和MR2的放大器。标号43和44各自代表一个乘法器框,47代表一个用于产生载波信号的载波信号发生电路,其各自的频率(例如几十KHz到几百KHz)比位置检测信号MR1和MR2的频率足够高,并且具有两个彼此相差90°的相位。乘法器框43和44分别把经放大器41和42放大的位置检测信号与来自载波信号发生电路47的载波信号相乘,从而分别按照位置检测信号MR1和MR2调制载波信号?;痪浠八?,载波信号发生电路47产生相位彼此相差90°的两相载波信号。如果一个载波信号是+sinωt(ω:角速度,t:时间)另一个载波信号就是cosωt或-cosωt(这种形式只是为了说明)。

        一个乘法器框43用一个载波信号(+sinωt)乘以一相的位置检测信号MR1(cosθ),而另一乘法器框44用另一个载波信号(+cosωt)乘以另一相的位置检测信号MR2(sinθ)。

        乘法器框43H和44各自的输出信号(+sinωt*cosθ)和(+cosωt*sinθ)被提供给加法器50,然后,将这些输出信号相加,就获得了sin(ωt+θ)的结果。

        从加法器50输出的相加的信号被输入到用于消除高频分量的低通滤波器45,从其中除去不需要的高频分量。经低通滤波的信号然后被输入到一个波形整形电路46,它把输入信号的波形整形成矩形波,并且把波形整形电路46的输出信号输入到一个相位检测器52。

        相位检测器52在波形整形电路46输出的输出信号sin(ωt+θ)与载波信号发生电路47输出的输出信号sinωt之间进行比较,并且检测一个相位θ。反之,相位检测器52也可以执行波形整形电路46输出的输出信号sin(ωt+θ)与载波信号发生电路47输出的输出信号cosωt之间的比较,并且检测相位θ。

        具体地说,如图2A和2B所示,正弦信号sin(ωt+θ)和sinωt的波形各自被整形成具有相同峰-峰值的矩形波,信号以矩形波的形式被相互比较,其中的θ被提取作为矩形波的脉宽并通过A/D变换被变换成数字信号。接着要说明包括相位检测器52的旋转位置检测电路5的细节。

        旋转位置检测电路5执行相位比较以及进位和取消的处理,并且将其结果作为例如16位的旋转位置数据输出。

        假定旋转检测器2在每转中输出512个波形的输出信号MR1或MR2,并且进一步把位置检测信号MR1或MR2的一个波形分割成128份。16位位置数据的格式假定为9个高有效位被分配给位置检测信号MR1和MR2的512个波形,而7个低有效位被分配给位置检测信号MR1或MR2的一个波形的128份位置数据。另外,7个较低有效位中的2个最高有效位被用作进位和取消数据。

        例如,旋转位置检测电路5和载波信号发生电路47是用数字电路的形式构成的。来自相位检测器52的代表旋转相位的7位相位数据同时被输入一个寄存器105及进位和取消脉冲发生器102,然后,进位和取消脉冲发生器102根据来自相位检测器52的7位相位数据中间的两个较高位产生进位脉冲或进位取消脉冲(上/下脉中),并且把上/下脉冲输出到上/下计数器103。当这两个较高位从″11″变到″00″时,上脉冲就被输入到上/下计数器103,上/下计数器103使其计数值增1。另一方面,当这两个较高位从″00″变到″11″时,下脉中就被输入到上/下计数器103,上/下计数器103就使其计数值减1。上/下计数器103输出的9位计数值被输入到寄存器104。寄存器104和105按照周期性的同步定时寄存输入的7个较低有效位数据和9个较高有效位数据,然后把代表电机1旋转位置的具有16位位置数据的旋转位置信号输出给位置控制电路6。

        这样,随着电机1的转动,7个较低有效位例如是以0000000,0000001,0000010的方式改变,并且在7个较低有效位中的2个较高位由于溢出从11变为00时出现进位。

        结果,9个高有效位中的最低有效位就从0变成1,此时处理就移到位置检测信号MR1或MR2的下一个波形。重复这种处理方式,对应电机1旋转角度的每一个精细或微小的旋转角度会使所有的16位数据发生变化。这样,当电机1转完一转时,所有的16位数据就会从全1的状态返回全0的初始值。

        另一方面,在电机1反向转动的情况下,假定在7个较低位中的2个较高位已经从00变成11时发生进位取消。

        通过执行上述操作,一转之内的位置可以被分割成16位数据,也就是65536个数据。

        参考位置信号发生器101产生代表参考旋转位置数据的参考位置信号,并且在电机1的一转中每隔1/216处按照预定的恒定时间间隔使数据增1,并且把参考位置信号输出给位置控制电路6。需要注意的是,参考位置信号应该是足够高分辨率的高精度信号,应该符合高分辨率高精度位置检测信号(它在后面的实施例中可以被用做参考速度信号)所要求的发展趋势。

        位置控制电路6把来自参考位置信号发生器101的参考位置信号与位置检测电路3输出的旋转位置信号相比较,并且输出对应二者之差的结果位置误差的位置控制信号。位置控制信号通过D/A变换器7输入到驱动电路8。这样就使电机的旋转位置得到控制,使其最终的旋转位置误差尽可能地减小到接近零的程度。

        在从位置控制电路6到D/A变换器7再到驱动电路8的信号处理过程中有一些程序,沿着这些程序,位置误差信号通过数字滤波器,放大器和D/A变换器7传送到驱动电路8,或是沿着这些程序使位置误差信号通过D/A变换器7,然后以模拟的形式通过滤波器和放大器,从而输入到驱动电路8。

        如上所述,在本发明的电机控制装置中,插入处理电路4把旋转检测器2输出信号的一个波形按照每个精细的时间间隔分割成许多相,把所得的分割信号作为旋转位置信号。这样就可以实现高分辨率,高定位精度的旋转位置控制。

        图3是一个示意性框图,表示了本发明第二实施例的电机控制装置。在图3中,与图1实施例中相同的那些部件原则上采用相同的标号来表示,并且省略了这部分的说明。

        参见图3,标号9代表FG信号发生电路,用于产生转速信号(FG信号),其频率对应着转速,它是根据两相位置检测信号(在以下称为两相信号)MR1和MR2之间的异或计算结果得到的,MR1和MR2的相位相对于电机1的转动位置彼此相差90°。FG信号发生电路9根据两相信号MR1和MR2中的任意一个可以产生转速信号或FG信号。

        参考速度信号发生器100产生参考速度信号,其具有对应FG信号的预定的恒定周期或频率,并且把参考速度信号输出到速度控制电路12和积分器10?;制?0对来自参考信号发生器100的参考速度信号按时间进行积分,然后向位置控制装置11输出积分的信号,也就是参考位置信号。

        速度控制电路12把来自参考速度信号发生器100的参考速度信号和来自FG信号发生电路9的FG信号相互比较,从而产生一个对应二者间所得的速度之差即速度误差的控制信号。

        另一方面,位置控制电路11的结构类似于图1,它把通过积分器10从参考速度信号获得的参考位置信号与位置检测电路3输出的旋转位置信号相比较,并且产生一个对应二者间所得的位置之差即位置误差的控制信号。加法器的混合电路13将对应速度误差的速度控制信号和对应位置误差的位置控制信号混合,使二者相加在一起?;旌系缏?3的输出信号通过D/A变换器7输入到驱动电路8。这样就可以控制电机1的旋转位置和转速,从而使其位置误差和速度误差各自减小到尽量接近零的程度。

        如上所述,在本发明的第二实施例中,把对应速度误差的速度控制信号和对应位置误差的位置控制信号相加,利用由此获得的控制信号,不仅可以控制暂停的位置,还可以在一定的恒定转速上提高转速的精度。

        如果位置检测电路3利用上述的插入检测来检测旋转位置,在低速转动的范围内也能实现较高的分辨率,这样就足以实现稳定的控制。另外,在电机1达到较高的转速时,插入检测的频率也较高,并且需要高速的处理。然而,由于处理的速度终归是有限的,仍会有出现误差的可能性。

        在图3的第二实施例中,速度控制电路12可以改成速度和相位控制电路,在其中可以分别把参考速度信号的频率和相位分量与FG信号的频率和相位分量进行比较,从而可以把速度误差和相位误差的信号输出到混合电路13。

        图14表示图3的电机控制装置第二实施例的一种变更的实施例。以下要说明图3和图14所示两个实施例之间的区别。

        参见图14,变更的第二实施例的电机控制装置进一步包括另一速度控制电路17,开关18及转换控制器19。速度控制电路17对位置检测电路3输出的旋转位置信号微分,获得转速信号,把来自参考速度信号发生器100的参考速度信号与通过微分获得的转速信号相比较,产生一个代表二者之差的速度误差的控制信号,然后通过开关18把控制信号输出到混合电路13。

        另一方面,速度控制电路12通过开关18向混合电路13输出控制信号。转换电路19按照由参考速度信号代表的速度来控制开关18的转换操作。

        当参考速度信号的速度等于或是低于一个预定的门限速度时,转换控制电路19控制开关18,使来自速度控制电路17的控制信号通过开关18输出到混合电路13。另一方面,当参考速度信号的速度高于预定的门限速度时,转换控制电路19控制开关18,使来自速度控制电路12的控制信号通过开关18输出到混合电路13。

        这样,在电机1的低转速条件下,也就是说,即使在FG信号发生电路9输出的FG信号具有低频的情况下,按照与本发明第一实施例类似的方法,可以实现旋转位置的控制和暂停位置的控制。另外,在较高的转速下,由于来自速度控制电路12的控制信号中的噪声分量比来自速度控制电路17的控制信号中的噪声分量要小,针对转速变化的精度可以得到改善。

        图4是本发明第三实施例的电机控制装置的示意性框图,在其中可以避免出现对于高速旋转范围的检测限制速度。在图4中,与图1和3的实施例中相同的那些部件原则上采用相同的标号来表示,并且省略了这部分的说明。

        参见图4,标号15表示速度和相位控制电路,它把FG信号发生电路9输出的转速信号与参考速度信号发生器100输出的参考速度信号相比较,然后产生对应二者频率之差的频率误差和二者相位之差的相位误差的控制信号。另一方面,标号14表示一个位置控制电路,它类似于在图1和3中分别用标号6和11表示的位置控制电路,它把来自参考位置信号发生器101的参考位置信号与位置检测电路3输出的旋转位置信号相互比较,然后产生一个对应二者之差所得的位置误差的控制信号。

        标号16表示一个控制信号转换电路,它根据电机1的旋转状态或是转速在位置控制电路14输出的控制信号与速度和相位控制电路15输出的控制信号之间进行转换。转换控制器200按照FG信号发生电路9输出的FG信号控制转换电路16的转换操作。上述的转换操作原则上是通过自动转换操作来实现的,但是也可以通过人工转换操作来实现。

        转换电路16的输出信号通过D/A变换器7输入到驱动电路8,然后按照从驱动电路8输出的驱动控制信号来控制电机1的旋转位置或是转速。

        以下说明具有上述结构的电机控制装置的工作方式。

        在从起动到转速达到一个预定的参考转速的低转速阶段中,转换电路16被切换到从位置控制电路14得到的控制信号,在这种状态下,转数的上升是随着从起动时开始的连续的插入检测而实行的高分辨率位置检测而实现的。这样,即使在达到了预定的参考转数或是预定的参考转速时,通过高分辨率的旋转位置控制仍可以实现稳定的电机控制。

        为了获得中间的转速,与低转速时的情况相似,转换电路16在起动时被切换到从位置控制电路14得到的控制信号,在这种状态下,转数的上升是靠插入检测所实行的高分辨率位置检测而实现的。然后,在达到了预定的参考转速时,转换电路16被切换到从速度和相位控制电路15得到的控制信号,这样就可以实现稳定的转速控制。

        另外,为了获得高转速,与低转速时的情况相似,转数的上升是随着从起动时开始的插入检测而实行的高分辨率位置检测而实现的。随着转速的上升,插入检测变成了一种高频范围的处理,直到插入检测进入了达到检测限制速度的高频范围时,转换电路16就被切换到从速度和相位控制电路15得到的控制信号,然后就可以避免由于检测限制造成的任何检测错误,并且可以维持转速。此外,由于电机1在从起动时开始的加速阶段期间是通过旋转位置控制来控制的,还可以维持旋转位置的精度。

        如上所述,在本发明的第三实施例中可以对速度误差信号,相位误差信号及位置误差信号中间的切换操作进行控制,取决于哪个信号适合提高电机1的旋转位置精度或是转速精度,具体地说,取决于电机1的转速。这样就可以在较宽的速度范围内实现较高精度的稳定的电机控制。

        图12是对图4的变更,表示了电机控制装置第三实施例的一种变更。如图12中所示,根据受控的电机1的转速,可以由转换控制器200按照参考速度信号发生器输出的参考速度信号来控制转换电路16的转换操作。

        根据条件可以把第二实施例的电机控制装置和第三实施例的电机控制装置组合在一起,其中的(A)用于执行位置控制和速度及相位控制的混合电机控制系统,以及(B)在位置控制和速度及相位控制之间执行转换的转换控制系统二者被结合地使用,从而可以有选择地切换这两种系统,从而就有可能在以下三种控制类型中间进行切换,这其中包括(A)位置控制,(B)速度控制(或速度及相位控制),以及(C)位置控制和速度控制(或速度及相位控制)的混合控制。按照这种结构,根据控制的类型和受控的电机1的旋转状态,可以执行各种类型的控制。

        以下要详细说明包括在图1,3和4的本发明各个实施例的位置控制电路3中的插入处理电路4的最佳实施例。

        在日本专利公开号平2-148816中公开了一例惯用的插入处理电压路。然而,按照这种结构,从混合器输出的信号有时会包含大量不必要的高频分量,并且这些没有被滤波器除掉的不必要的分量会使位置信息变劣,因此需要进一步的改进以便获得高精度的位置控制。

        图5是按照本发明的电机控制装置中的插入处理电路4的一个实施例的电路图,它更适合在实际应用中改善这些问题。

        参见图5,标号301表示一个旋转检测器,它输出两相信号MR1和MR2,其两个相位对应着电机1的旋转位置并且彼此相差90°。标号302和303分别代表用于放大来自旋转检测器301的两相信号MR1和MR2的放大器。

        标号304和305分别代表第一和第二分压比转换电路,用于在各个预定的定时把来自旋转检测器301的经过放大器302和303的输出信号MR1和MR2的电压分割成符合各个预定分压比的电压。分压比转换电路304和305按照从开关转换信号发生电路110产生和输出的开关转换信号Sa,Sb,Sc,和Sd分别把从旋转检测器301输出之后由放大器302和303放大的各个输出信号MR1和MR2的电压或反相的电压(由各个反相缓冲器121和125反相)分压成N阶的多个电压(其中N是等于或大于2的整数,在本实施例中的N=8)。

        转换操作是按每一分钟或每一精细的时间间隔执行的,其做法是把图1所示的载波信号的一个周期分成N个许多精细的时间周期,例如其中的N=16。以下要参照图6加以说明。

        第一分压比转换电路304包括非反相缓冲器120,反相缓冲器121,用于选择两个缓冲器120和121的输出信号之一的二触点型模拟开关122,以及具有电阻分压器的四触点型模拟开关123,用于分压比的四级转换???23具有用于把电压分成四级的分压电阻R1至R4,电阻的电阻值是这样选择的,使得开关122的输出信号的电压根据下述的一种三角函数按照预定的比例被分割。第一分压比转换电路304对分压比的转换操作是按照开关转换信号Sa和Sc来执行的。

        第二分压比转换电路305包括非反相缓冲器124,反相缓冲器125,用于选择两个缓冲器124和125的输出信号之一的二触点型模拟开关126,以及具有电阻分压器的四触点型模拟开关127,用于分压比的四级转换???27具有用于把电压分成四级的分压电阻R1至R4,电阻的电阻值是这样选择的,使得开关127的输出信号的电压根据下述的一种三角函数按照预定的比例被分割。第二分压比转换电路305对分压比的转换操作是按照开关转换信号Sb和Sd来执行的。

        标号106所指的是一个加法电路,用于把第一和第二分压比转换电路304和305通过电阻R和R输出的输出信号相加。

        标号107所指的是一个低通滤波器,用于从加法电路106输出的输出信号中除掉高频分量。标号108表示一个波形整形电路,用于把已通过低通滤波器107除去了不必要分量的信号整形成矩形波。标号109表示相位检测器,它通过在波形整形电路108输出的信号和开关转换信号发生电路110输出的信号Sa(或是在另一实施例中的Sb)之间的相位比较来检测相位θ,然后向图1中所示的寄存器105及进位和取消脉中发生器102输出表示测得的相位θ的数据。以下要说明图5所示的这种插入处理电路4的操作。

        旋转检测器301输出两相信号MR1MR2,其相位对应电机1的旋转位置并且彼此相差90°。放大器302和303分别放大这些两相信号。放大器302的输出信号用Acosθ表示,而放大器303的输出信号用Asinθ表示,其中的A是从旋转检测器301通过放大器302和303放大的输出信号MR1和MR2各自的幅值,而θ是其相位。

        符号Sa,Sb,Sc,和Sd分别代表第一,第二,第三和第四开关转换信号。图6中所示的开关转换定时是由这些开关转换信号Sa,Sb,Sc,和Sd确定的。

        图6表示由第一和第二分压比转换电路304和305执行的转换定时。

        在图6中所示的开关122,123,126和127在其高周期中被连接到图5的开关端子a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k和l。图6中的水平轴表示时间,图6中从T0到T16的时间间隔表示一个周期,而T0的时刻被作为相位比较的参考定时。

        图7(A)表示一种状态,其中的第一分压比转换电路304按照开关转换信号Sa和Sc把四级的分压比转换到来自非反相缓冲器120或是反相缓冲器121的一个输出信号上,并且图7(A)表示了分压比转换电路304的分压比在一个周期中使分压的输出信号″ma″产生的变化。图5中所示的R1,R2,R3和R4的电阻值是预先确定的,从而按照预先根据一个三角函数确定的预定比例把来自旋转检测器301的放大的输出信号MR1分成四级电压。

        图7(A)中所示的以预定的分压比分压的变化波形对应着按预定的微小或精细的时间间隔在时间上对一个载波信号sinωt进行数字化(或是对同一载波信号进行采样和保持)所得的阶梯形波形,上述时间间隔是对载波信号的一个周期进行精细的分割。因此,来自旋转检测器301的放大的输出信号MR1=Acosθ在本实施例中按照上述的分压比被分成了八级电压,这样就形成了来自第一分压比转换电路304的输出信号″ma″?;痪浠八?,来自第一分压比转换电路304的输出信号″ma″是这样一种处理的结果,即使用电阻R1至R4按照图5所示的开关转换信号Sa和Sc用根据三角函数预定的比例把旋转检测器301输出的一个检测信号MR1的电压分成八级电压。输出信号″ma″接近于由以下的公式(1)表示的波形:

        ma=Acosθ*sinωt????…(1)

        在图6中,如果从T0到T16的周期是一个循环,ω就是角频率,而T是时间。在图7(A)中,尽管″ma″的波形由于cosθ的变化而与sinωt不同,但是所示的″ma″的波形是按照根据sinωt预定的分压比变化的,这个例子有助于理解分压比的变化。另外,在图7(A)中没有表示在一个循环周期中由于cosθ的变化造成的输出信号″ma″的变化。

        顺便要指出,电阻R1,R2,R3和R4的分压比是预先确定的,从而在sinωt的波形被数字化成从0到90度的一个周期中的各占22.5度的四个时间间隔时与其电压比例相等,并且接近图13中所示的阶梯形波形,这样,sinωt(或是在另一实施例中的cosωt)的波形与阶梯形波形之间的区别或是差别就可以变得尽量地小。具体地说,例如图13中所示,从22.5到45度相位范围的阶梯形波形的信号电平是这样确定的,即从右上角朝左下角画阴影的sinθ波形的区域A500等于从左上角朝右下角画阴影的阶梯形波形的区域A501。在另一个实施例中,从22.5到45度相位范围的阶梯形波形的信号电平是这样确定的,即使其等于sinθ波形的时间平均值。在进一步的实施例中,从22.5到45度相位范围的阶梯形波形的信号电平是这样确定的,即使其等于sinθ波形的最大和最小电平之和的一半。

        另外,图7(B)还示出了当来自旋转检测器301的另一检测信号MR2被分成八级电压时用分压比转换电路305的分压比形成的分压的输出信号″mb″的变化,从而象图7(A)一样使其接近于将另一载波信号cosωt数字化所得的阶梯形波形。

        换句话说,第二分压比转换电路305的输出信号″mb″是这样的一种处理结果,即按照开关转换信号Sb和Sd根据由一个三角函数(cosωt)确定的比例用四个电阻R1至R4分割旋转检测器301输出信号MR2=sinθ的电压。输出信号″mb″接近于由以下的公式(2)表示的波形:

        ma=Asinθ*cosωt????…(2)

        同样,在这种情况下,尽管输出信号″mb″的波形与cosωt相差了sinθ的变化,与图7(A)中所述的道理一样,图7(B)表示了分压的输出信号″mb″按照cosωt的分压比的变化。

        如上所述,第一和第二分压比转换电路304和305的工作是分别处理第一和第二载波信号sinωt和cosωt,它们将其一个周期分割并且数字化(或是采样和保持)成一种预定的微小或精细时间间隔的单位,然后分别用检测输出信号MR1=cosθ和MR2=sinθ乘以数字化的第一和第二载波信号。

        加法电路106把第一和第二分压比转换电路304和305的输出信号″ma″和″mb″相加。

        图7(C)表示了加法电路106相加之后的输出信号″mc″。来自加法电路106的输出信号″mc″可以用公式(3)表示,在其中包含了相位信息:

        mc=1/2*(.ma+mb)=1/2*Asin(ωt?+θ)????…(3)

        标号107所示的是一个低通滤波器,用于除掉加法电路106输出信号中的高频分量。标号108表示一个波形整形电路,用于把已用低通滤波器107除掉了不必要分量的信号整形成矩形波。

        相位检测器109在包含相位信息并且从波形整形电路108输出的信号和开关转换信号发生电路110输出的开关转换信号Sa之间进行相位比较,从而检测出相位θ。

        如上所示,本实施例的插入处理电路4可以接近正弦波,对于开关122和123或是126和127的每次转换以及从第一和第二分压比转换电路304和305输出的信号,加法电路106的输出信号是八级分压的输出信号″ma″和″mb″相加的结果。

        另外,通过增加分压比转换电路304和305的分压级数,加法电路106的输出信号″mc″可以进一步接近正弦波,并且可以减少高频分量。低通滤波器107的相位特性由此可以得到改善,从而可以执行高精度的旋转位置检测。

        图8是本发明电机控制装置的插入处理电路4的第二实施例的电路图。

        参见图8,标号401表示旋转检测器,它产生和输出具有对应电机1旋转位置并且彼此相差90°的两个相位的两相信号MR1和MR2。标号402和403表示用于放大旋转检测器401输出信号MR1和MR2的放大器。标号404和405分别代表第一和第二分压比转换电路,它们把从旋转检测器401输出之后经放大器402和403放大的输出信号MR1和MR2或是其反相信号的电压按照开关转换信号发生电路410输出的开关转换信号Sa到Sd分割成N级的多个电压(在本实施例中N=8),然后按照开关转换信号Sa到Sd切换输出信号MR1和MR2或是其反相的信号。

        标号406所指的是一个加法电路,用于执行第一和第二分压比转换电路404和405的输出信号的相加。标号407所指的是一个低通滤波器,用于除掉加法电路406输出信号中的高频分量。标号408所指的是一个波形整形电路,用于把已用低通滤波器407除掉了不必要分量的信号整形成矩形波。标号409表示一个相位检测器,它在从波形整形电路408输出的信号和开关转换信号发生电路410输出的开关转换信号Sa(在另一实施例中是Sb)之间进行相位比较,从而检测出相位θ,然后把表示测得的相位θ的数据输出到图1中所示的寄存器105及进位和取消脉冲发生器102。

        参见图8,第一分压比转换电路404包括四触点型模拟开关420,非反相缓冲器421,反相缓冲器422,以及二触点型模拟开关423。按照与第一分压比转换电路404类似的方式,第二分压比转换电路405包括四触点型模拟开关424,非反相缓中器425,反相缓冲器426,以及二触点型模拟开关427。

        开关转换信号Sa,Sb,Sc和Sd的定时与第一实施例的插入处理电路4的信号定时相同。第一和第二分压比转换电路404和405的输出信号″ma″和″mb″以及加法电路406的输出信号″mc″与插入处理电路4第一实施例中的那些信号相同。如上所述,在本实施例中可以按照与插入处理电路4第一实施例的相同方式用较高的精度检测旋转位置。然而,如图8所示,非反相缓冲器421和425以及反相缓冲器422和426被设在用电阻R1至R4执行电压分割的四触点型模拟开关420和424后面,其中的二触点型模拟开关423和427按照开关转换信号Sa和Sb执行转换操作。

        因此,在图5所示的插入处理电路4的第一实施例中,当二触点型模拟开关122和126的导通电阻被改变时,在第一和第二分压比转换电路304和305各自的输出信号之间就会出现量值的差别。这样就有可能使旋转位置的检测精度出现恶化。

        与此相反,图8所示的插入处理电路4的第二实施例的电路结构可以产生这样的效果,通过增加加法电路406的电阻R的电阻值就可以减少模拟开关423和427的导通电阻值的变化造成的影响。

        图9是本发明电机控制装置的插入处理电路4的第三实施例的电路图。

        参见图9,标号501表示旋转检测器,它输出具有对应包机1旋转位置并且彼此相差90°的相位的两相信号。标号502和503表示用于放大旋转检测器501输出信号的放大器。标号504和505分别代表第一和第二分压比转换电路,它们把从旋转检测器501输出之后经放大器502和503放大的输出信号的电压或是其反相的电压按照开关转换信号发生电路510输出的开关转换信号Sa和Sb分割成2N级的多个电压(在本实施例中2N=8),按照开关转换信号Sa和Sb切换开关522和525,并且输出转换的电压信号″ma″和″mb″。标号506是一个加法电路,用于执行第一和第二分压比转换电路504和505的输出信号″ma″和″mb″的相加。标号507表示一个低通滤波器,用于除掉加法电路506输出信号中的高频分量。标号508所指的是一个波形整形电路,用于把已用低通滤波器507除掉了不必要的高频分量的信号整形成矩形波。

        标号509表示一个检测相位θ的相位检测器,参见图5所示,它在从波形整形电路508输出的信号和开关转换信号发生电路510输出的开关转换信号Sa(在另一实施例中是Sb)之间进行相位比较,从而检测出相位θ,然后把表示测得的相位θ的数据输出到图1中所示的寄存器105及进位和取消脉冲发生器102。

        参见图9,第一分压比转换电路504包括非反相缓冲器520,反相缓冲器521,以及八触点型模拟开关522。

        按照与第一分压比转换电路504类似的方式,第二分压比转换电路505包括非反相缓冲器523,反相缓冲器524,以及八触点型模拟开关525。

        图10表示图9所示结构的定时图,第一和第二分压比转换电路504和505按照开关转换信号Sa和Sb根据这种定时执行转换操作。

        在图10中表示了开关522和525在其高周期中被连接到图9中的开关端子a,b,c,d,e,f,g,h,i,j,k,l,M,N,O和P。图10中的水平轴表示时间,而图10中从T0到T16的时间间隔表示一个周期,而T0的时刻被作为相位比较的参考定时。

        对于图9中所示的电阻R1,R2,R3,R4,R5,R6和R7来说,其电阻分压比是这样确定的,即在旋转检测器501的放大的输出信号与其逆变的信号之间的电压上采用八级电压,从而使其接近正弦波。不仅是来自第一和第二分压比转换电路504和505的输出信号″ma″和″mb″,而且来自加法电路506的输出信号″mc″均与插入处理电路4第一实施例中的那些信号相同。

        在图9所示的插入处理电路4的第三实施例的电路结构中,与图5所示的第一实施例相比,没有使用图5中所示的分压比转换电路304和305中的二触点型模拟开关122和126,从而消除了由于它们的导通电阻的变化造成的检测精度恶化的可能性。因此,第三实施例的电路结构优于第一实施例。

        这里要对图1,3和4所示的本发明实施例的受控的电机1和旋转检测器2做进一步的说明。

        对于受控的电机1来说,适合使用有刷的DC电机或无刷电机。具体地说,在使用有刷的DC电机或无刷电机时,电路在暂停位置控制的操作中使其位置误差减小到尽量接近零的程度,在这种情况下,电机驱动电流对应负载转矩的磁通。这意味着所需的对应的电机驱动电流很小,当负载转矩较大时,电机驱动电流对应着负载转矩的磁通。

        也就是说,与惯用的步进电机不同,为了维持暂停位置不需要流过大的驱动电流。这一点对于发热和电力消耗非常有利。在电路的操作中形成了一种反馈环,从而可以避免惯用的步进电机中可能出现的所谓失步现象。

        另外,为了控制转速,可以在低速变频较小的条件下实现高精度的速度控制。这样就省去了步进电机所需的大转动惯量的飞轮。

        此外,可以用相对简单的结构构成旋转检测器2,即采用磁化成具有多个磁极并且与电机1整体转动的永磁体制成旋转检测器,并且用一个靠近永磁体的磁-电转换元件与永磁体的磁场实现电磁耦合,将永磁体的磁场或磁力的变化转换成对应电机1旋转位置的电信号。

        如上所述,本发明可以产生以下的有利效果。

        (A)本发明的电机控制装置设有一个旋转检测器,它输出相位对应电机1的旋转位置并且彼此不同的第一和第二信号,并且上述位置检测电路包括插入处理电路,它采用比第一和第二信号的一个周期更精细的单位来检测旋转位置。在这种结构中,参考位置信号与位置检测电路输出的旋转位置信号被相互比较,并且采用反馈使其所得的位置误差减小到尽量接近零的程度。由于电机1的旋转位置是按照这样的方式受到控制的,可以实现高分辨率和高定位精度的旋转位置控制。

        (B)本发明的电机控制装置设有混合电路或加法电路,它把位置控制电路输出的位置控制信号与速度控制电路输出的速度控制信号混合或是相加。按照这种结构,通过混合电路的输出信号提供反馈,使其所得的定位误差和速度误差减小到尽量接近零的程度从而使电机1的旋转位置和转速得到控制。这样就不仅可以实现暂停位置的控制,还可以提高恒定转速下的旋转精度。

        (C)本发明的电机控制装置设有位置控制电路和速度控制电路。按照这种结构,从这些电路输出的位置控制信号和速度控制信号按照电机1的旋转状态或转速被转换,并且采用反馈使其所得的定位误差和速度误差减小到尽量接近零的程度,从而使电机1的旋转位置和转速得到控制。这样,即使在达到了插入处理电路4的检测限制的高速范围时,仍可以维持没有误差的稳定的旋转精度。另外,通过转换电路的转换选择还可以增强对旋转位置精度或是转速精度的控制。

        (D)本发明的电机控制装置设有第一和第二分压比转换电路,用于把旋转检测器输出信号的电压或是其反相的电压分割成N级的多个电压,同时改变分压比。在这种情况下,检测系统的类型是检测两个转换电路输出信号的和信号的相位。在这种结构中,加法电路的输出信号可以接近一个正弦波,从而可以改善低通滤波器特性,并且可以减少有害的分量。这样就可以防止任何由于高频分量造成的检测位置信息的偏移,从而提高旋转位置的检测精度。另外,从旋转检测器输出的第一输出信号或是其反相输出信号的电压以及第二输出信号或是其反相输出信号的电压按照根据一个三角函数预定的比例被分割成N级的多个电压。这样就可以进一步改善低通滤波器特性,从而可以实现更高的旋转位置检测精度。

        尽管以上结合附图详细地说明了本发明的实施例,本领域的技术人员显然还可以实现各种变更和修改。这种变更和修改均被认为是包括在附加的权利要求书所限定的本发明的范围之内,没有脱离其?;し段??!  ∧谌堇醋宰ɡ鴚ww.www.4mum.com.cn转载请标明出处

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