专利名称：利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种陀螺马达的控制方法。特别是涉及一种能够准确控制马达的制动时间的 利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路。
背景技术：
机械式陀螺马达是一种具有特殊结构的三相异步电机，是产生角动量的主要元件，也是 决定机械式陀螺仪定向精度的重要因素，其启动、运行和制动过程对供电电源性能要求较高 ，正常运行需要电压频率稳定，制动过程需要平稳、准确停车。
马达的传统制动方案有反接制动、能耗制动和电容制动。反接制动制动电流大、易造成
马达定子绕组参数的改变，影响仪器精度且制动时间不好控制；电容制动方案制动效果虽好 ，但其固有的制动不完全性满足不了要求；相比之下，能耗制动制动平稳、准确，较适合陀 螺马达制动。能耗制动时的机械特性如图l所示，制动时电机运行点从特性l之a点平移到特 性2之b点，在制动转矩和负载转矩的共同作用下沿特性曲线2迅速减速，直至转速!!=0，且转 矩丁=0;制动后阶段，随着转速的降低，能耗制动转矩也很快减小，制动比较平稳，不会引 起电机较大的震荡。
不过上述这些制动方案都存在着制动时间不能准确确定的缺点，不能满足对电机的精确 控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够克服其在制动时间上不易掌握的缺陷，以 实现陀螺马达平稳、准确的停车，而且对转子的振动和干扰力矩影响较小的利用剩磁实现陀 螺马达精准制动的电路。
本发明所采用的技术方案是 一种利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，包括有电机 和电源，还设置有制动电路，所述的电源分别连接电机及制动电路，所述的制动电路是由与电机相连接收电机信号的信号检测调理电路，以及与信号检测调理电路相连，接收信号检测 调理电路信号的控制电路构成，所述的控制电路的输出连接电机的输入端。
所述的信号检测调理电路包括有由两个运算放大器组成的二极放大部分，与二极放大 部分的输出相连由两个电容和两个二极管组成的倍压整流部分，以及与倍压整流部分相连由 滤波电容组成的滤波部分，所述的滤波电容还并联一个电阻后至直流输出端。
所述的控制电路包括有接收信号检测调理电路的直流电压信号的由两个运算放大器组成 的滞回比较器，与滞回比较器相连的光电隔离器，与光电隔离器相连的场效应管，所述的光 电隔离器还接收由单片机输入的对制动电路进行控制的控制信号，所述的场效应管的输出分 两路， 一路接入电机，另一种路连接用于显示场效应管的导通与关闭的带电源的制动指示灯
所述的滞回比较器中的一级运算放大器的同相输入端连接一可变电阻器的可调端，可变 电阻器另外两端中的一端通过电阻接信号检测调理电路的直流输出端， 一端接地。
本发明的利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，利用剩磁实现对陀螺马达精准制动的 方案，吸取了传统能耗制动平稳制定的优点，加入准确控制制动时间电路，克服了依靠继电 器不准确制动的缺点，以实现陀螺马达平稳、准确的停车，而且对转子的振动和干扰力矩影 响较小，为各类电机制动提供了一种较好的解决思路。
图1是电机能耗制动时的机械特性；
图2是定子线圈中的电压信号，其中图(a)为转速较高时，图(b)为转速较低时； 图3是本发明的电机制动电路总体框图； 图4是信号检测调理电路的电路原理图； 图5是控制电路的电路原理图6是制动过程中A相端电压波形，其中图(a)为开始制动时，图(b)为制动一段时间 其中
1:电机 2:信号检测调理电路
3:控制电路 4:制动电路
5:电源
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明的利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路做出详细说明
陀螺转子剩磁现象的产生是由于转子硅钢片中的磁畴在外磁场的作用下，扩大和倒转时 彼此产生"摩擦"；当外磁场停止作用后，由于"摩擦"的存在，磁畴与外磁场方向一致的 排列仍被保留，不能恢复原状，就形成了转子剩磁。
利用剩磁现象实现马达(电机)制动是基于电磁感应定律和电磁力定律等原理，暂将电 机作为发电机来使用。正常运行中的电机在切断供电电源时，旋转的转子中必然会存在剩磁 ，剩磁磁场随转子同步旋转起来并切割定子绕组导体，就会在定子绕组中产生感应电动势， 为马达制动提供能量。
当切断陀螺马达(电机)供电电源时，马达仍高速旋转，转子剩磁磁场切割定子绕组， 使定子线圈两端产生电动势。如图2 (a) 、(b)所示，定子线圈中的电压信号幅值、频率 随马达转速的减缓而逐渐减小；当马达停止时，电压小信号消失，因此这个电压小信号可作 为电机运转的标志。设计的准确制动方案正是通过检测这个电压信号，作为能耗制动的时间 控制信号，取代了传统制动时依靠时间继电器等与马达实际运转状态不挂钩的时间控制措施 ，达到马达制动与运转状态同步，实现了准确、可靠的制动。
如图3所示，本发明的利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，包括有电机l和电源5， 还设置有制动电路4，所述的电源5分别连接电机1及制动电路4，所述的制动电路4是由与电 机1相连接收电机1信号的信号检测调理电路2，以及与信号检测调理电路2相连，接收信号检 测调理电路2信号的控制电路3构成，所述的控制电路3的输出连接电机l的输入端。
如图4所示，所述的信号检测调理电路2包括有由两个运算放大器U1A、 U1B组成的二极 放大部分，与二极放大部分的输出相连由两个电容C2 、 C3和两个二极管D1、 D2组成的倍压 整流部分，以及与倍压整流部分相连由滤波电容C4组成的滤波部分，所述的滤波电容C4还并 联一个电阻R9后至直流输出端V。
信号检测调理电路2中的相电压小信号经运算放大器U1A、 U1B (LM358) 二级放大后，由 电容和二极管倍压整流，输出一与其成比例关系的直流电压。其中电阻R9在电机停转时提供 滤波电容C4的放电回路，可避免停转后滤波电容仍向控制电路提供电压的问题。实验发现，电机的旋转速度接近零时，依靠剩磁在定子线圈中产生的电压变得起伏不定 ，信号的幅值、频率时大时小；由图4检测调理电路输出的电压信号也成比例的时大时小， 影响了控制电路的后期控制效果，难以准确确定停转时间。在零值电压附近微小的变化都将 引起输出电压跃变，故在控制电路5中加入滞回比较器，设置一个回差电压，提高抗干扰的 能力。
如图5所示，所述的控制电路3包括有接收信号检测调理电路2的直流电压信号V的由两个 运算放大器U2A、 U2B组成的滞回比较器，与滞回比较器相连的光电隔离器U3，与光电隔离器 U3相连的场效应管Q1，所述的光电隔离器U3还接收由单片机输入的对制动电路4进行控制的 控制信号+DSP，光电隔离器U3的一DSP端为接地端，所述的场效应管Q1的输出分两路， 一路 为输出端C接入电机1，另一种路连接用于显示场效应管Q1的导通与关闭的带电源的制动指示 灯。
所述的滞回比较器中的一级运算放大器U2A的同相输入端连接一可变电阻器R11的可调端 ，可变电阻器R11另外两端中的一端通过电阻R12接信号检测调理电路2的直流输出端， 一端 接地。
艮卩，经图4所示的信号检测调理电路2产生的直流电压信号输入由放大器LM358组成的滞 回比较器，当大于+UT时，比较器输出低电平，功率M0SFET Ql导通，直流电源接入电机，开 始制动；随着电机停转，小于-UT时，比较器输出高电平，功率MOSFET截止，阻断直流电源 接入电机，从而实现了可靠制动的效果。通过调节图中的可变电阻器R11可设置比较器的回 差电压，可满足不同型号电机的制动。
信号检测调理电路2中的光耦隔离用于单片机对制动电路的控制；输入引脚E可外接带电 源的制动指示灯，MOSFET管导通时指示灯亮，关断时指示灯灭。
陀螺马达为异步三相电机，其中A相输出电压作为检测信号，B相接入直流电源的正极 ，C相接图5电路中的C端；改变电路中的功率电阻可改变制动电流，电流增大时可使马达制 动时间变短，但并非越大越好，电流过大会引起马达内部状态的变化， 一般控制在马达正常 工作电流的2 3倍。
直流电流引入定子线圈，产生一个恒定磁场，转动的转子切割该磁场的磁力线，就会产 生制动转矩，使转子迅速停止旋转。图6 (a) 、 (b)为制动过程中A相端电压波形，可以看出电机的制动过程是比较平稳的，没有高频谐波及大的震荡情况，完全能够满足陀螺马达制动 的要求。
权利要求
1.一种利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，包括有电机(1)和电源(5)，其特征在于，还设置有制动电路(4)，所述的电源(5)分别连接电机(1)及制动电路(4)，所述的制动电路(4)是由与电机(1)相连接收电机(1)信号的信号检测调理电路(2)，以及与信号检测调理电路(2)相连，接收信号检测调理电路(2)信号的控制电路(3)构成，所述的控制电路(3)的输出连接电机(1)的输入端。
2 根据权利要求l所述的利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，其 特征在于，所述的信号检测调理电路(2)包括有由两个运算放大器(U1A、 U1B)组成的 二极放大部分，与二极放大部分的输出相连由两个电容(C2 、 C3)和两个二极管(Dl、 D2 )组成的倍压整流部分，以及与倍压整流部分相连由滤波电容(C4)组成的滤波部分，所述 的滤波电容(C4)还并联一个电阻(R9)后至直流输出端(V)。
3 根据权利要求l所述的利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，其 特征在于，所述的控制电路(3)包括有接收信号检测调理电路(2)的直流电压信号的由两 个运算放大器(U2A、 U2B)组成的滞回比较器，与滞回比较器相连的光电隔离器(U3)，与 光电隔离器(U3)相连的场效应管(Ql)，所述的光电隔离器(U3)还接收由单片机输入的 对制动电路(4)进行控制的控制信号，所述的场效应管(Ql)的输出分两路， 一路接入电 机(1)，另一种路连接用于显示场效应管(Ql)的导通与关闭的带电源的制动指示灯。
4 根据权利要求3所述的利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，其 特征在于，所述的滞回比较器中的一级运算放大器(U2A)的同相输入端连接一可变电阻器 (R11)的可调端，可变电阻器(R11)另外两端中的一端通过电阻(R12)接信号检测调理 电路(2)的直流输出端， 一端接地。
全文摘要
本发明公开一种利用剩磁实现陀螺马达精准制动的电路，包括有电机和电源，还设置有制动电路，所述的电源分别连接电机及制动电路，所述的制动电路是由与电机相连接收电机信号的信号检测调理电路，以及与信号检测调理电路相连，接收信号检测调理电路信号的控制电路构成，所述的控制电路的输出连接电机的输入端。本发明利用剩磁实现对陀螺马达精准制动的方案，吸取了传统能耗制动平稳制定的优点，加入准确控制制动时间电路，克服了依靠继电器不准确制动的缺点，以实现陀螺马达平稳、准确的停车，而且对转子的振动和干扰力矩影响较小，为各类电机制动提供了一种较好的解决思路。
文档编号H02P3/24GK101621272SQ20091030562
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者乐 宋, 李贵永, 林玉池, 黄银国, 齐永岳 申请人:天津大学