一种陀螺磁滞电机失步解决方法及其电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于小功率同步电动机【技术领域】，具体涉及一种陀螺磁滞电机失步解决方法，以及实现该方法的电路。本发明的一种陀螺磁滞电机失步解决方法包含电机启动、降压运行、电压监测、再同步以及恢复运行的步骤，本发明还提供了一种实现上述方法的电路。使用本发明方法及其电路，可有效对陀螺磁滞电机的失步进行监控，并及时将电机拉回同步状态，确保在温度变化的情况下陀螺精度不受影响，并具有设计简单、方便的特点。
【专利说明】一种陀螺磁滞电机失步解决方法及其电路
【技术领域】
[0001]本发明属于小功率同步电动机【技术领域】，具体涉及一种陀螺磁滞电机失步解决方法，以及实现该方法的电路。
【背景技术】
[0002]动力调谐陀螺仪是一种双自由度的挠性陀螺，因其在结构、体积、成本方面的优势而广泛应用在航空、航天、航海和陆地车辆的导航与定位及油田勘探开发等军事、民用领域中。
[0003]在动力调谐陀螺的实际应用中，作为动力调谐陀螺动力源的磁滞电机的负载力矩会因环境温度的变化而增加，致使陀螺电机发生失步，影响动力调谐陀螺的精度，最终降低导航的准确性。
【发明内容】
[0004]本发明解决了陀螺磁滞电机因负载力矩随环境温度变化从而导致电机失步的技术问题。
[0005]本发明的一种陀螺磁滞电机失步解决方法包含以下步骤:
[0006]步骤1、电机启动:电流采样模块在直流供电电源的电压输入下，向三相桥输出启动电压，启动电压经三相变换后送入陀螺磁滞电机，激励电机启动；
[0007]步骤2、降压运行:电流采样模块在维持启动电压Ts秒，之后输出的电压由启动电压降至运行电压，运行电压经三相变换后送入陀螺磁滞电机，电机进入运行阶段；
[0008]步骤3、电压监测:陀螺磁滞电机进入运行阶段后，将电流采样模块的输出电流转化为监测电压进行监测；
[0009]步骤4、再同步:当电机失步监测电压超过参考电压的阈值后，将电流采样模块的输出电压变为启动电压，并维持启动电压Ts秒,在启动电压的激励下，陀螺磁滞电机会恢复同步状态；
[0010]步骤5、恢复运行:经步骤4的再同步之后，将电流采样模块的输出电压重新恢复降低至运行电压，并执行步骤3。
[0011]优选的，Ts=8，所述供电电压为28V，所述启动电压为19V，所述运行电压为11V。
[0012]优选的，所述参考电压的阈值为2?3V ;
[0013]优选的，所述参考电压的阈值为2.2V ;
[0014]一种实现上方法的电路，包括:该电路由电流采样模块、电压转换模块、电压比较模块和电压控制模块；电流采样模块将其输出的启动和运行电压送入三相桥，经过三相桥变换后的电压被送入陀螺磁滞电机中；其中，电压转换模块与电流采样模块相连接，将电流采样模块的输出电流转换为电压，电压比较模块与电压转换模块相连接，将电压转换模块的输出电压与参考电压阈值作比较，电压比较模块与电压控制模块相连接，电压比较模块将电压比较的结果送入电压控制模块中，电压控制模块与电流采样模块连接，根据电压比较结果控制电流采样模块的输出。
[0015]优选的，所述电流采样模块包括芯片N2和电容C20，其中芯片N2为MAX471芯片，N2的两个RS+管脚短接后与直流供电电源输出的供电电压相连；N2的GND管脚接地；
0.1yF的电容C20连接于RS+管脚和⑶N管脚之间；N2的SHDN管脚与电压控制模块6的输出连接；N2的两个RS-端短接后接入三相桥2，向三相桥2输出电压；N2的OUT管脚与电压转换模块4的输入端相连接；N2的SIGN管脚悬空。
[0016]优选的，所述电压转换模块包括电阻R7、R8、R9、R10、电容C7、C8、C9和稳压二极管V2 ；100 Ω的电阻R7 —端与N2的OUT管脚连接，另一端与V2的负极串联后经V2的正极接地；IOK Ω的电阻R9—端接入V2的负极，另一端与IOK Ω的R10、0.1 μ F的电容C9串联后接地；36ΚΩ的电阻R8 —端接入V2的负极，另一端接地；0.1 μ F的电容C7与R8并联；
0.1yF的电容C8 —端接入R9和RlO之间，另一端接地；从町0和C9间引出输出端，向电压比较模块5输出转换后的电压。
[0017]优选的，所述电压比较模块包括差动比较器Ν3Β、电阻R16、R17、电容C12、C13、二极管D2和555定时器Ν4 ;其中Ν3Β采用LM139型号，其正输入端接入参考电压，负输入端接入电压转换模块输出的转换后的电压，供电端接入VCC，接地端接地，输出端接入Ν4的TR管脚；10ΚΩ的电阻R17并联于VCC和Ν3Β的输出端之间；300ΚΩ的电阻R16 —端接入VCC，另一端与22 μ F的电容C13串联后接地；555定时器Ν4的R管脚和VCC管脚短接后接入VCC，一个Vc管脚连接一个0.1 μ F的电容C12后接地，另一个Vc管脚和TH管脚短接后接入R16和C13之间，GND管脚接地，OUT管脚与D2的正极连接，D2的负极作为电压比较模块的输出端，输出电压比较结果。
[0018]优选的，电压控制模块包括电阻R2、R4、电容C3、C4、C5、二极管D1、稳压二极管V1、三极管Ql和555定时器NI ;其中NI的VCC管脚和R管脚短接后串联300ΚΩ的电阻R4以及22 μ F的电容C4后接入NI的GND管脚，NI的一个Vc管脚串联0.01 μ F的电容C3后接入GND管脚，另一个Vc管脚串联一个15ΚΩ的电阻R2后接入直流供电电源的控制端，NI的TH和TR管脚短接后接入R4和C4之间，NI的OUT管脚串联二极管Dl的正极，Dl的负极作为电压控制模块的输出，与Ν2的SHDN管脚相连接；稳定电压为10伏的稳压二极管Vl的负极与NI的VCC管脚连接，正极与NI的GND管脚连接；0.1 μ F的电容C5与Vl并联；三极管Ql的型号为2Ν5551，其基极作为电压控制模块的输入与D2的负极相连接，射级与NI的GND管脚相连接，集电极与NI的TH管脚相连接。
[0019]本发明的一种陀螺磁滞电机失步解决方法及其电路，可有效对陀螺磁滞电机的失步进行监控，并及时将电机拉回同步状态，确保在外界环境温度变化的情况下陀螺精度不受影响，并具有设计简单、方便的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为实现本发明的一种陀螺磁滞电机失步解决方法的电路模块图；
[0021 ]图2为图1中电流采样模块、电压转换模块和电压控制模块的电路图；
[0022]图3为图1中电压比较模块的电路图；
[0023]其中，1-电流米样模块，2-三相桥,3-陀螺磁滞电机,4-电压转换模块,5-电压比较模块，6-电压控制模块。【具体实施方式】
[0024]一种陀螺磁滞电机失步解决方法，包括以下步骤:
[0025]步骤1、电机启动:电流采样模块在直流供电电源+28V供电的电压输入下，向三相桥输出启动电压，本实施例中为19V，启动电压经三相变换后送入陀螺磁滞电机，激励电机启动。
[0026]步骤2、降压运行:电流采样模块在维持启动电压一段时间后，本实施例中为8s，输出的电压由启动电压降至运行电压，本实施例中为IIV，运行电压经三相变换后送入陀螺磁滞电机，电机进入运行阶段。
[0027]步骤3、电压监测:陀螺磁滞电机进入运行阶段后，将电流采样模块的输出电流转化为监测电压进行监测。在正常状态下，工作电流较低，监测电压也较低。当电机失步时，电流采样模块的输出电流会增大，经转换后的监测电压也会随之增大。
[0028]步骤4、再同步:当电机失步监测电压超过设定的监测电压阈值后，本实施例中，阈值为2?3V，更具体的为2.2V，将电流采样模块的输出电压变为启动电压，并维持启动电压一定时间，本实施例中为8s，在启动电压的激励下，陀螺磁滞电机会恢复同步状态。
[0029]步骤5、恢复运行:经步骤4的在同步之后，电流采样模块的输出电压重新恢复降低至运行电压，并执行步骤3。
[0030]实现上述方法的电路框图如图1所示，该电路由电流采样模块1、电压转换模块4、电压比较模块5和电压控制模块6组成。其中电流米样模块I将其输出的启动和运行电压送入三相桥2,经过三相桥2变换后的电压被送入陀螺磁滞电机3中。电压转换模块4与电流采样模块I相连接，将电流采样模块I的输出电流转换为电压。电压比较模块5与电压转换模块4相连接，将电压转换模块4的输出电压与参考电压阈值作比较后将比较结果送入与电压比较模块5连接的电压控制模块6中，电压控制模块6与电流采样模块I连接，根据电压比较结果控制电流采样模块I的输出。
[0031]如图2所示，所述电流采样模块I包括芯片N2和电容C20，其中芯片N2为MAX471芯片，N2的两个RS+管脚短接后与直流供电电源输出的供电电压相连；N2的GND管脚接地；
0.1 μ F的电容C20连接于RS+管脚和⑶N管脚之间；Ν2的SHDN管脚与电压控制模块6的输出连接；Ν2的两个RS-端短接后接入三相桥2，向三相桥2输出电压；Ν2的OUT管脚与电压转换模块4的输入端相连接；Ν2的SIGN管脚悬空。
[0032]如图2所示，所述电压转换模块4包括电阻R7、R8、R9、R10、电容C7、C8、C9和稳定电压为参考电压阈值的稳压二极管V2 ；100Ω的电阻R7 —端与Ν2的OUT管脚连接，另一端与V2的负极串联后经V2的正极接地；10ΚΩ的电阻R9—端接入V2的负极，另一端与IOK Ω的R10、0.1yF的电容C9串联后接地；36ΚΩ的电阻R8—端接入V2的负极，另一端接地；0.1 μ F的电容C7与R8并联；0.1 μ F的电容C8 —端接入R9和RlO之间，另一端接地；从RlO和C9间引出输出端，向电压比较模块5输出转换后的电压。
[0033]如图3所示，所述电压比较模块5包括差动比较器Ν3Β、电阻R16、R17、电容C12、C13、二极管D2和555定时器Ν4 ;其中Ν3Β采用LM139型号，其正输入端接入参考电压，负输入端接入电压转换模块4输出的转换后的电压，供电端接入VCC，接地端接地，输出端接入Ν4的TR管脚；IOK Ω的电阻R17并联于VCC和Ν3Β的输出端之间；300ΚΩ的电阻R16 —端接入VCC，另一端与22 μ F的电容C13串联后接地；555定时器Ν4的R管脚和VCC管脚短接后接入VCC，一个Vc管脚连接一个0.1 μ F的电容C12后接地，另一个Vc管脚和TH管脚短接后接入R16和C13之间，GND管脚接地，OUT管脚与D2的正极连接，D2的负极作为电压比较模块的输出端，输出电压比较结果。
[0034] 如图2所示，电压控制模块6包括电阻R2、R4、电容C3、C4、C5、二极管Dl、稳压二极管V1、三极管Ql和555定时器NI ;其中NI的VCC管脚和R管脚短接后串联300Κ Ω的电阻R4以及22 μ F的电容C4后接入NI的GND管脚，NI的一个Vc管脚串联0.01 μ F的电容C3后接入GND管脚，另一个Vc管脚串联一个15ΚΩ的电阻R2后接入直流供电电源的控制端，NI的TH和TR管脚短接后接入R4和C4之间，NI的OUT管脚串联二极管Dl的正极，Dl的负极作为电压控制模块6的输出，与Ν2的SHDN管脚相连接；稳定电压为10伏的稳压二极管Vl的负极与NI的VCC管脚连接，正极与NI的GND管脚连接；0.1 μ F的电容C5与Vl并联；三极管Ql的型号为2Ν5551，其基极作为电压控制模块6的输入与D2的负极相连接，射级与NI的GND管脚相连接，集电极与NI的TH管脚相连接。
【权利要求】
1.一种陀螺磁滞电机失步解决方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1、电机启动:电流米样模块在直流供电电源的电压输入下，向三相桥输出启动电压，启动电压经三相变换后送入陀螺磁滞电机，激励电机启动； 步骤2、降压运行:电流采样模块在维持启动电压Ts秒，之后输出的电压由启动电压降至运行电压，运行电压经三相变换后送入陀螺磁滞电机，电机进入运行阶段； 步骤3、电压监测:陀螺磁滞电机进入运行阶段后，将电流采样模块的输出电流转化为监测电压进行监测； 步骤4、再同步:当电机失步监测电压超过参考电压的阈值后，将电流采样模块的输出电压变为启动电压 ，并维持启动电压Ts秒，在启动电压的激励下，陀螺磁滞电机会恢复同步状态； 步骤5、恢复运行:经步骤4的再同步之后，将电流采样模块的输出电压重新恢复降低至运行电压，并执行步骤3。
2.如权利要求1所述的一种陀螺磁滞电机失步解决方法，其特征在于:Ts=8，所述供电电压为28V，所述启动电压为19V，所述运行电压为IIV。
3.如权利要求1所述的一种陀螺磁滞电机失步解决方法，其特征在于:所述参考电压的阈值为2~3V。
4.如权利要求3所述的一种陀螺磁滞电机失步解决方法，其特征在于:所述参考电压的阈值为2.2V。
5.一种实现权利要求1所述方法的电路，包括:电流采样模块(I)、电压转换模块(4)、电压比较模块(5)和电压控制模块(6);电流米样模块(I)将其输出的启动和运行电压送入三相桥(2)，经过三相桥(2)变换后的电压被送入陀螺磁滞电机(3)中；其特征在于:电压转换模块(4)与电流采样模块(I)相连接，将电流采样模块(I)的输出电流转换为电压，电压比较模块(5 )与电压转换模块(4 )相连接,将电压转换模块(4 )的输出电压与参考电压阈值作比较，电压比较模块(5)与电压控制模块(6)相连接，电压比较模块(5)将电压比较的结果送入电压控制模块(6 )中，电压控制模块(6 )与电流采样模块(I)连接，根据电压比较结果控制电流采样模块(I)的输出。
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于:所述电流采样模块(I)包括芯片N2和电容C20，其中芯片N2为MAX471芯片，N2的两个RS+管脚短接后与直流供电电源输出的供电电压相连；N2的GND管脚接地；0.1 μ F的电容C20连接于RS+管脚和⑶N管脚之间；Ν2的SHDN管脚与电压控制模块6的输出连接；Ν2的两个RS-端短接后接入三相桥2，向三相桥2输出电压；Ν2的OUT管脚与电压转换模块4的输入端相连接；Ν2的SIGN管脚悬空。
7.如权利要求5所述的电路，其特征在于:所述电压转换模块(4)包括电阻R7、R8、R9、R10、电容C7、C8、C9和稳定电压为参考电压阈值的稳压二极管V2 ；100Ω的电阻R7—端与Ν2的OUT管脚连接，另一端与V2的负极串联后经V2的正极接地；10ΚΩ的电阻R9 —端接入V2的负极，另一端与IOK Ω的R10、0.1yF的电容C9串联后接地；36ΚΩ的电阻R8—端接入V2的负极，另一端接地；0.1 μ F的电容C7与R8并联；0.1 μ F的电容C8 —端接入R9和RlO之间，另一端接地；从RlO和C9间引出输出端，向电压比较模块5输出转换后的电压。
8.如权利要求5所述的电路，其特征在于:所述电压比较模块(5)包括差动比较器N3B、电阻R16、R17、电容C12、C13、二极管D2和555定时器N4 ;其中N3B采用LM139型号，其正输入端接入参考电压，负输入端接入电压转换模块(4 )输出的转换后的电压，供电端接入VCC，接地端接地，输出端接入N4的TR管脚；10ΚΩ的上拉电阻R17并联于VCC和Ν3Β的输出端之间；300ΚΩ的电阻R16 —端接入VCC，另一端与22 μ F的电容C13串联后接地；555定时器Ν4的R管脚和VCC管脚短接后接入VCC，一个Vc管脚连接一个0.1 μ F的电容C12后接地，另一个Vc管脚和TH管脚短接后接入R16和C13之间，GND管脚接地，OUT管脚与D2的正极连接，D2的负极作为电压比较模块的输出端，输出电压比较结果。
9.如权利要求5所述的电路，其特征在于:电压控制模块(6)包括电阻R2、R4、电容C3、C4、C5、二极管Dl、稳压二极管V1、三极管Ql和555定时器NI ;其中NI的VCC管脚和R管脚短接后串联300ΚΩ的电阻R4以及22 μ F的电容C4后接入NI的GND管脚，NI的一个Vc管脚串联0.01 μ F的电容C3后接入GND管脚，另一个Vc管脚串联一个15ΚΩ的电阻R2后接入直流供电电源的控制端，NI的TH和TR管脚短接后接入R4和C4之间，NI的OUT管脚串联二极管Dl的正极，Dl的负极作为电压控制模块(6)的输出，与Ν2的SHDN管脚相连接；稳定电压为10伏的稳压二极管Vl的负极与NI的VCC管脚连接，正极与NI的GND管脚连接；0.1yF的电容C5与Vl并联；三极管Ql的型号为2Ν5551，其基极作为电压控制模块(6)的输入与D2的负极相连接，射级与NI的GND管脚相连接，集电极与NI的TH管脚相连接。
【文档编号】H02P6/00GK103916057SQ201410125910
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】王海军, 汤继兵, 李海滨, 罗麟经, 李金国, 杨丽 申请人:北京自动化控制设备研究所