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专利号: 2017106735202
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于电枢电压与电流信号的转速转矩综合软检测电路,包括转速信号处理电路、综合转矩信号处理电路、负载类型选择电路,其特征在于:

转速信号处理电路包括连接件CN1、电流跟随器IC1、电压放大器IC4、电枢放大器IC5、上输入电阻R1、下输入电阻R8、下反馈电阻R9、下正端电阻R10、比例电阻R11、滤波电阻R12、迭加电阻R13、微分电阻R14、补偿电阻R15、上滤波电容C1、下滤波电容C2、电流微分电容C3、正电源电容C8、负电源电容C9,上输入电阻R1的一端与连接件CN1的电流检测信号输入端Ui端连接,上输入电阻R1的另一端与电流跟随器IC1的正输入端IN+端、上滤波电容C1的一端连接,上滤波电容C1的另一端接地,电流跟随器IC1的负输入端IN-端与电流跟随器IC1的输出端OUT端、上负端电阻R2的一端、比例电阻R11的一端、滤波电阻R12的一端连接,电流放大器IC1的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端连接,电流放大器IC1的负电源端VSS端与电路负电源端VSS连接,连接件CN1的电压检测信号输入端Uv端与下输入电阻R8的一端连接,下输入电阻R8的另一端与下反馈电阻R9的一端、下滤波电容C2的一端、电压放大器IC4的负输入端IN-端连接,电压放大器IC4的正输入端IN+端与下正端电阻R10的一端连接,下正端电阻R10的另一端接地,电压放大器IC4的输出端OUT端与反馈电阻R9的另一端、下滤波电容C2的另一端、迭加电阻R13的一端连接,电压放大器IC4的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端连接,电压放大器IC4的负电源端VSS端与电路负电源端VSS连接,电枢放大器IC5的负输入端IN-端与迭加电阻R13的另一端、电流微分电容C3的一端、比例电阻R11的另一端、微分电阻R14的一端连接,电流微分电容C3的另一端与滤波电阻R12的另一端连接,电枢放大器IC5的正输入端+IN端与补偿电阻R15的一端连接,补偿电阻R15的另一端接地,电枢放大器IC5的输出端OUT端与微分电阻R14的另一端、降噪电阻R17的一端、零速电阻R24的一端、连接件CN1的转速输出信号端Un端连接,电枢放大器IC5的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端连接,电枢放大器IC5的负电源端VSS端与电路负电源端VSS连接,连接件CN1的正电源供电端VCC端与电路正电源端VCC端、正电源电容C8的正极端+端连接,连接件CN1的地端GND端与正电源电容C8的负极端-端、负电源电容C9的正极端+端均接地,连接件CN1的负电源供电端VSS端与电路负电源端VSS端、负电源电容C9的负极端-端连接;

综合转矩信号处理电路包括电流放大器IC2、转矩放大器IC3、微分放大器IC6、上负端电阻R2、上反馈电阻R3、上正端电阻R4、转矩变换电阻R5、转矩输出电阻R6、转矩平衡电阻R7、转矩运算电阻R16、降噪电阻R17、综合电阻R18、接地电阻R19、转速微分电容C4,电流放大器IC2的负输入端IN-端与上负端电阻R2的另一端、上反馈电阻R3的一端连接,电流放大器IC2的正输入端IN+端与正端电阻R4的一端连接,上正端电阻R4的另一端接地,电流放大器IC2输出端OUT端与上反馈电阻R3的另一端、转矩变换电阻R5的一端、转矩运算电阻R16的一端连接,电流放大器IC2的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端连接,电流放大器IC2的负电源端VSS端与电路负电源端VSS连接,转矩放大器IC3的负输入端IN-端与转矩变换电阻R5的另一端、转矩输出电阻R6的一端连接,转矩放大器IC3的正输入端IN+端与转矩平衡电阻R7的一端连接,转矩平衡电阻R7的另一端接地,转矩放大器IC3的输出端OUT端与转矩输出电阻R6的另一端、连接件CN1的电磁转矩信号输出端UTe端连接,转矩放大器IC3的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端接,转矩放大器IC3的负电源端VSS端与电路负电源端VSS连接,微分放大器IC6的负输入端IN-端与转速微分电容C4的一端、转矩运算电阻R16的另一端、综合电阻R18的一端连接,转速微分电容C4另一端与降噪电阻R17的另一端连接,微分放大器IC6的正输入端IN+端与接地电阻R19的一端连接,接地电阻R19的另一端接地,微分放大器IC6的输出端OUT端与综合电阻R18的另一端、模拟开关IC9的常闭输入端NC端连接,微分放大器IC6的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端连接,微分放大器IC6的负电源端VSS端与电路负电源端VSS连接;

负载类型选择电路包括正向比较器IC7、负向比较器IC8、模拟开关IC9、选择开关K1、稳压管DW1、正零位电阻R20、正分压电阻R21、上拉电阻R22、限流电阻R23、零速电阻R24、负零位电阻R25、负分压电阻R26、正零位电容C5、零速电容C6、负零位电容C7,正向比较器IC7的正输入端IN+端与正零位电容C5一端、正零位电阻R20的一端、正分压电阻R21的一端连接,正零位电容C5另一端与正零位电阻R20的另一端均接地,正向比较器IC7的负输入端IN-端与零速电阻R24的另一端、零速电容C6的一端、负向比较器IC8的正输入端IN+端连接,零速电容C6的另一端接地,正向比较器IC7的正电源端VCC端与正分压电阻R21的另一端、上拉电阻R22的一端、电路正电源端VCC端连接,正向比较器IC7的负电源端VSS端与电路负电源端VSS连接,正向比较器IC7的输出端OUT端与上拉电阻R22的另一端、限流电阻R23的一端、负向比较器IC8的输出端OUT端连接,负向比较器IC8负输入端IN-端与负零位电容C7的一端、负零位电阻R25的一端、负分压电阻R26的一端连接,负零位电容C7的另一端与负零位电阻R25的另一端接地,负向比较器IC8的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端连接,负向比较器IC8的负电源端VSS端与电路负电源端VSS、负分压电阻R26另一端连接,限流电阻R23的另一端与选择开关K1的常闭端1端、稳压管WD1的阴极连接,稳压管WD1的阳极接地,选择开关K1的常开端2端接地,选择开关K1的公共端0端与模拟开关IC9的控制端IN端连接,模拟开关IC9的常开输入端NO端、地端GND端均接地,模拟开关IC9的输出端COM端与连接件CN1的负载转矩信号输出端UTl端连接,模拟开关IC9的正电源端VCC端与电路正电源端VCC端连接;

电路参数配合及输入输出关系如下:

R1C1=R9C2                                           (1)R2=R3                                              (2)R8=R9                                              (4)

R11>20R12                                          (9)

R18>20R17                                         (14)

Ui=βId                                            (17)Un=αn                                            (18)在上述的电路参数配合关系下,输出的转速信号Un、电磁转矩信号UTe、负载转矩信号UTl与电机电枢电流Id、电枢电压Ud,以及实际的转速n、电磁转矩Te、负载转矩TL的关系如下:根据式(4)、(5)、(6)、(9)、(15),可得将转速信号Un计算公式式(8)进一步写出与实际的转速n的关系如下:

其中 为直流电动机转速公式属同行共知;

根据式(2)-(3),可将电磁转矩信号UTe计算公式式(8)进一步写出与电磁转矩Te的关系如下:

其中Te=CmId,为直流电动机电磁转矩与电枢电流的关系公式;

根据式(2)、(3)、(7)、(8)或(19)、(20),可将负载转矩信号UTl计算公式式(8)的UTl0进一步写出与负载转矩TL的关系如下:

其中 为负载转矩与直流电动机电枢电流、转速间的关系公式;

式中:Ra为电枢电阻(Ω),Cm为转矩系数(Nm/A),Ce为电势系数(V/rpm),α为转速变换系数(V/rpm),β为电流变换系数(V/A),γ为电压变换系数(V/V),J为转动惯量;Ui为从连接件CN1中的电流检测信号输入端Ui端输入的电流检测信号(V),Ui=βId,其中的Id为电枢电流(A);Uv为从连接件CN1中的电压检测信号输入端Uv端输入的电压检测信号(V),Uv=γUd,其中的Ud为电枢电压(V);Un为从电枢放大器IC5的输出端OUT端输出到连接件CN1的转速信号输出端Un端的转速信号(V),Un=αn,其中的n为转速(rpm);UTe为从转矩放大器IC2的输出端OUT端输出到连接件CN1的电磁转矩信号端UTe端的电磁转矩信号(V);UTl0为微分放大器IC6的输出端OUT端输出的负载转矩信号的运算值(V),因R18>>R17,则有UTl0=CtTL,其中的TL为负载转矩(Nm);Te为电磁转矩(Nm),Tem为最大转矩(Nm),UTem为最大转矩信号(V),Idm为最大电枢电流(A);Un0+、Un0-分别为正、负零速判别信号(V),根据实际转速信号Un信号中存在的噪声大小来设置,工程上当Un0-≤Un≤Un0+时可认为是零速,s为拉式变换因子。