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专利名称：直流电机飞轮惯量检测电路的制作方法
技术领域：
本发明属于工业控制技术领域，涉及一种电路，特别涉及一种直流电机飞轮惯量检测电路，适用于要求在线检测直流电机飞轮惯量的场合。
背景技术：
直流电机是机械设备控制中的基础性执行元件，用途广泛，电机的飞轮惯量对电机控制系统的性能影响很大，若能在线检测电机飞轮惯量，对系统中的控制参数进行自整定，能大幅提高控制性能。目前获取飞轮惯量的常用方法有对直流电机反复多次进行恒流 升速实验，由检测多组不同电流设定值下的恒流升速阶段的加速度，经计算获取飞轮惯量；以及基于最小二乘法、单纯形法等复杂算法的其他辨识方法等，但这些方法都需具有高速计算能力的复杂实验设备支持，有的难以在实践中应用。

发明内容
本发明的目的是为克服现有技术存在的不足，提出给他励或永磁式直流电机的电枢施加正负对称的方波电压，利用转速脉动量与飞轮惯量的间关系，通过检测转速脉动量进而获取电机飞轮惯量的一种直流电机飞轮惯量检测电路。本发明包括直流电机转速脉动量检测电路和信号处理电路。直流电机转速脉动量检测电路包括直流电机Ml、联轴器LZ、测速机TG1、上测速电阻R1、下测速电阻R2、测速滤波电容C3、隔直电容C4 ;直流电机Ml的电枢正端A+与外部输入的电枢供电正端Ud+连接，直流电机Ml的电枢负端A-与外部输入的电枢供电负端Ud-连接，直流电机Ml的电机轴MZ与联轴器LZ的一端连接，联轴器LZ的另一端与测速机TGl的测速机轴TZ连接，测速机TGl的正输出端a+与上测速电阻Rl的一端连接，测速机TGl的负输出端a-接地，上测速电阻Rl的另一端与下测速电阻R2的一端、测速滤波电容C3的一端、隔直电容C4的一端连接，下测速电阻R2的另一端、测速滤波电容C3的另一端接地，隔直电容C4的另一端与有效值芯片ICl的第一输入端INl相连接；
信号处理电路包括有效值芯片ICl、运放IC2、乘法器IC3、正电源电容Cl、负电源电容C2、输出滤波电容C5、上分压电阻R3、下分压电阻R4、输入电阻R5、反馈电阻R6 ;有效值芯片ICl的正电源端V+、运放IC2的正电源端+V、乘法器IC3的正电源端+V均与外部输入的正电源端VCC相连接，正电源电容Cl的正端与外部输入的正电源端VCC相连接，负电源电容C2的负端与外部输入的负电源端VSS相连接，正电源电容Cl的负端、负电源电容C2的正端接地；有效值芯片ICl的地端GND、第二输入端IN2、使能端/EN、差分输出端OUTRTN均接地，有效值芯片ICl的输出端OUT与输出滤波电容C5的一端、乘法器IC3的正X输入端Xl相连接，输出滤波电容C5的另一端接地，运放IC2的负电源端-V、乘法器IC3的负电源端-V均与外部输入的负电源端VSS相连接，运放IC2的正输入端+IN端接地，运放IC2的负输入端-IN与输入电阻R5的一端、反馈电阻R6的一端相连接,输入电阻R5的另一端与上分压电阻R3的一端、下分压电阻R4的一端连接，上分压电阻R3的另一端与外部输入的正电源端VCC端连接，下分压电阻R4的另一端接地，反馈电阻R6的另一端与乘法器IC3的输出端OUT连接，运放IC2的输出端OUT与乘法器IC3的负Y输入端Y2、本电路的最终输出端Uout端连接，乘法器IC3的正Y输入端Y1、负X输入端X2、偏置端Z均接地。本发明的有益效果如下
本发明给他励或永磁式直流电机的电枢施加正负对称的方波电压，利用转速脉动量与飞轮惯量的间关系，通过检测转速脉动量及运算后进而获取电机飞轮惯量参数，该方法可靠性高、成本低、通用性强。


图I为本发明的电路图；
图2为本发明电路中的电机电压、电流、转速波形图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图I所示,直流电机飞轮惯量检测电路,包括直流电机转速脉动量检测电路和信号处理电路。直流电机转速脉动量检测电路包括直流电机Ml、联轴器LZ、测速机TG1、上测速电阻R1、下测速电阻R2、测速滤波电容C3、隔直电容C4 ;直流电机Ml的电枢正端A+与外部输入的电枢供电正端Ud+连接，直流电机Ml的电枢负端A-与外部输入的电枢供电负端Ud-连接，直流电机Ml的电机轴MZ与联轴器LZ的一端连接，联轴器LZ的另一端与测速机TGl的测速机轴TZ连接，测速机TGl的正输出端a+与上测速电阻Rl的一端连接，测速机TGl的负输出端a-接地，上测速电阻Rl的另一端与下测速电阻R2的一端、测速滤波电容C3的一端、隔直电容C4的一端连接，下测速电阻R2的另一端、测速滤波电容C3的另一端接地，隔直电容C4的另一端与有效值芯片ICl的第一输入端INl相连接；
信号处理电路包括有效值芯片ICl、运放IC2、乘法器IC3、正电源电容Cl、负电源电容C2、输出滤波电容C5、上分压电阻R3、下分压电阻R4、输入电阻R5、反馈电阻R6 ;有效值芯片ICl的正电源端V+、运放IC2的正电源端+V、乘法器IC3的正电源端+V均与外部输入的正电源端VCC相连接，正电源电容Cl的正端与外部输入的正电源端VCC相连接，负电源电容C2的负端与外部输入的负电源端VSS相连接，正电源电容Cl的负端、负电源电容C2的正端接地；有效值芯片ICl的地端GND、第二输入端IN2、使能端/EN、差分输出端OUTRTN均接地，有效值芯片ICl的输出端OUT与输出滤波电容C5的一端、乘法器IC3的正X输入端Xl相连接，输出滤波电容C5的另一端接地，运放IC2的负电源端-V、乘法器IC3的负电源端-V均与外部输入的负电源端VSS相连接，运放IC2的正输入端+IN端接地，运放IC2的负输入端-IN与输入电阻R5的一端、反馈电阻R6的一端相连接,输入电阻R5的另一端与上分压电阻R3的一端、下分压电阻R4的一端连接，上分压电阻R3的另一端与外部输入的正电源端VCC端连接，下分压电阻R4的另一端接地，反馈电阻R6的另一端与乘法器IC3的输出端OUT连接，运放IC2的输出端OUT与乘法器IC3的负Y输入端Y2、本电路的最终输出端Uout端连接，乘法器IC3的正Y输入端Y1、负X输入端X2、偏置端Z均接地。如图2所示，为本发明电路中的直流电机Ml电压、电流、转速波形图，其中的&是施加给直流电机Ml电枢的正负对称的方波电压，该方波的周期为T (对应的频率为/ =1/7)，峰值为仏。i是电机的电枢电流脉动波形，当方波电压的周期小于电枢回路的电磁时间常数的五分之一时，i是正三角波，其周期也是r，峰值为
Δ4。η是直流电机Ml的转速脉动波形，其周期也是Λ峰值为^化。本发明所使用的包括测速机TGl、有效值芯片ICl、运放IC2、乘法器IC3等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如测速机采用ZYS系列永磁直流测试发电机，有效值芯片采用LTC1968，运放采用TLC2654，乘法器采用AD633等。本发明中的主要电路参数及输入输出关系如图I、图2所示
电机转速脉动量检测电路的输入输出关系如式(I)所示，其中的UOl为测速机电路的输出电压信号(V)，k威是测速机TGl的变换系数(V/rpm);如式(2)所示，k,是速度-电压变换系数(V/rpm);式(3)是有效值芯片输出信号的关系式，其中的u02为有效值芯片ICl 的输出电压信号(V)，K是直流电机Ml电枢电压方波的峰值(V)，4是电机电枢电感(H)， /是电机电枢电压方波的频率(Hz)，Ce是电机的电势系数(V/rpm);如式(4)所示，GD2是飞轮惯量(Nm2)，kgi是惯量-电压系数(V. Nm2);式(5)是偏置信号％的表达式，其中的VCC是正电源电压(V);式(6)、式(7)分别是本发明电路的稳态输出信号Lfcai与飞轮惯量GD2间的关系式及其系数;I的表达式，其中的》 4*、GD2mw分别是输出信号的最大值、
被测的飞轮惯量GD2的最大值；式(8)、式(9)是输入电阻R5、反馈电阻R6及偏置电圧间的参数配合公式与约束关系。这样，即可实现对直流电机飞轮惯量的在线检测。
权利要求
1.直流电机飞轮惯量检测电路，包括直流电机转速脉动量检测电路和信号处理电路，其特征在于 直流电机转速脉动量检测电路包括直流电机Ml、联轴器LZ、测速机TGl、上测速电阻R1、下测速电阻R2、测速滤波电容C3、隔直电容C4 ;直流电机Ml的电枢正端A+与外部输入的电枢供电正端Ud+连接，直流电机Ml的电枢负端A-与外部输入的电枢供电负端Ud-连接，直流电机Ml的电机轴MZ与联轴器LZ的一端连接，联轴器LZ的另一端与测速机TGl的测速机轴TZ连接，测速机TGl的正输出端a+与上测速电阻Rl的一端连接，测速机TGl的负输出端a-接地，上测速电阻Rl的另一端与下测速电阻R2的一端、测速滤波电容C3的一端、隔直电容C4的一端连接，下测速电阻R2的另一端、测速滤波电容C3的另一端接地，隔直电容C4的另一端与有效值芯片ICl的第一输入端INl相连接； 信号处理电路包括有效值芯片ICl、运放IC2、乘法器IC3、正电源电容Cl、负电源电容C2、输出滤波电容C5、上分压电阻R3、下分压电阻R4、输入电阻R5、反馈电阻R6 ;有效值芯片ICl的正电源端V+、运放IC2的正电源端+V、乘法器IC3的正电源端+V均与外部输入的正电源端VCC相连接，正电源电容Cl的正端与外部输入的正电源端VCC相连接，负电源电容C2的负端与外部输入的负电源端VSS相连接，正电源电容Cl的负端、负电源电容C2的正端接地；有效值芯片ICl的地端GND、第二输入端IN2、使能端/EN、差分输出端OUTRTN均接地，有效值芯片ICl的输出端OUT与输出滤波电容C5的一端、乘法器IC3的正X输入端Xl相连接，输出滤波电容C5的另一端接地，运放IC2的负电源端-V、乘法器IC3的负电源端-V均与外部输入的负电源端VSS相连接，运放IC2的正输入端+IN端接地，运放IC2的负输入端-IN与输入电阻R5的一端、反馈电阻R6的一端相连接,输入电阻R5的另一端与上分压电阻R3的一端、下分压电阻R4的一端连接，上分压电阻R3的另一端与外部输入的正电源端VCC端连接，下分压电阻R4的另一端接地，反馈电阻R6的另一端与乘法器IC3的输出端OUT连接，运放IC2的输出端OUT与乘法器IC3的负Y输入端Y2、本电路的最终输出端Uout端连接，乘法器IC3的正Y输入端Y1、负X输入端X2、偏置端Z均接地。
全文摘要
本发明涉及一种直流电机飞轮惯量检测电路。本发明包括直流电机转速脉动量检测电路和信号处理电路，具体包括直流电机M1、联轴器LZ、测速机TG1、上测速电阻R1、下测速电阻R2、测速滤波电容C3、隔直电容C4、有效值芯片IC1、运放IC2、乘法器IC3、正电源电容C1、负电源电容C2、输出滤波电容C5、上分压电阻R3、下分压电阻R4、输入电阻R5、反馈电阻R6；联轴器LZ的两端分别接直流电机M1的电机轴MZ、测速机TG1的测速机轴TZ，上测速电阻R1与下测速电阻R2连接，有效值芯片IC1第一输入端IN1与隔直电容C4连接。本发明通用性强、性价比高。
文档编号G01M1/10GK102735399SQ20121024099
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者卢玲, 陈德传 申请人:杭州电子科技大学