一种直流电机的换向控制电路及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动舵机伺服控制领域，具体涉及一种直流电机的换向控制电路及方法。
【背景技术】
[0002]随着电机控制技术的发展，电动舵机具有可靠性高、易维护、重量轻、体积小等特点，逐步取代传统的液压舵机和气压舵机，广泛应用于各种飞行器的飞行姿态和轨迹控制。
[0003]采用直流电机的电动舵机控制系统中，H桥是最常用的可逆变换器主电路，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种。单极式和受限单极式控制虽然功耗小，效率高，但无论是在数字式舵机还是在模拟式舵机，切换电路和桥臂功率管的控制方式复杂；双极式控制方式有利于克服静态摩擦死区，方便正反向切换，但是功率损耗大，限制了在小体积、轻重量、低功耗、低成本电动舵机中的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决单极式和受限单极式控制技术存在的问题，提供一种直流电机的换向控制电路及方法，其结构简单、通过调整PWM占空比就可以实现直流电机换向，具有低功耗、低成本、高精度、易于实现等显著特点。
[0005]为了达到上述目的，一种直流电机的换向控制电路，包括接收位置信号的PID控制器和同相端连接基准电压的减法器，PID控制器的输出端连接减法器的反相端和第一比较器的同相端，减法器的输出端连接第二比较器的同相端，第一比较器和第二比较器均通过反相端接收锯齿波，第一比较器输出PWMl给第一驱动电路，第二比较器输出PWM2给第二驱动电路，第一驱动电路和第二驱动电路的输出端均连接主功率电路的H桥的两个桥臂，主功率电路通过H桥连接直流电机，直流电机连接舵面，直流电机通过位置传感器连接PID控制器，位置传感器能够将直流电机控制舵面偏转的位置生成反馈信号发送给PID控制器。
[0006]所述减法器输出的信号为PID控制器输出的信号与基准电压相减后得到输出电压。
[0007]所述第一比较器输出的PWMl为PID控制器输出的信号比较锯齿波后的结果。
[0008]所述第二比较器输出的PWM2为减法器的输出信号比较锯齿波后的结果。
[0009]一种直流电机的换向控制方法，包括以下步骤:
[0010]第一步:位置传感器检测舵面当前位置，生成反馈信号送入PID控制器，PID控制器对位置信号和反馈信号进行PID运算，输出信号为Um，分别送至第一比较器的同相端和减法器的反相端；
[0011]第二步:减法器将输出υω和基准电压相减后得到输出电压Uffi，减法器基准电压为基准锯齿波的幅值，设为Uref，则U02= Uref-U 01；
[0012]第三步:电压UQ1、UQ2和锯齿波比较后分别输出PWMl和PWM2，PWM1和PWM2的相位相同，占空比之和为I ;
[0013]第四步:PWM1和PWM2经驱动电路和功率H桥放大后，依据占空比驱动直流电机带动舵面偏转位置或不偏转。
[0014]所述步骤一中，PID控制器对位置指令和反馈信号进行PID运算，当位置反馈信号等于位置控制信号时，PID控制器输出U01= U02= Uref/2, PWMl = PWM2 = 0.5，电机不转；
[0015]当输入位置控制信号大于位置反馈信号时，PID控制器输出UQ1>Uref/2，PWMD0.5，电机正转，驱动电机达到指定位置；
[0016]当输入位置控制信号小于位置反馈信号时，PID控制器输出UQ1〈Uref/2，PWMK0.5，电机反转，驱动电机回到指定位置。
[0017]与现有技术相比，本发明提供了一种结构简单、通过调整PWM占空比就可以实现电机换向的控制电路和方法，控制电路精度高、易于实现，有效的降低了电动舵机的成本和功耗，本发明能够改变位置控制信号就可通过调节PWM的占空比实现直流电机的换向控制，该换向控制方法解决了双极型控制功耗大的问题，又具有双极型控制电路结构简单、易于实现的优点，可以方便的对电动舵机中的直流电机进行控制。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的电路结构示意图；
[0019]图2为图1的一个具体电路原理图；
[0020]图3为本发明的第一种PWM波形；
[0021]图4为本发明的第二种PWM波形；
[0022]图5为本发明的第三种PWM波形；
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0024]参见图1，一种直流电机的换向控制电路，包括接收位置信号的PID控制器和同相端连接基准电压的减法器，PID控制器的输出端连接减法器的反相端和第一比较器的同相端，减法器的输出端连接第二比较器的同相端，第一比较器和第二比较器均通过反相端接收锯齿波，第一比较器输出PWMl给第一驱动电路，第二比较器输出PWM2给第二驱动电路，第一驱动电路和第二驱动电路的输出端均连接主功率电路的H桥的两个桥臂，主功率电路通过H桥连接直流电机，直流电机连接舵面，直流电机通过位置传感器连接PID控制器，位置传感器能够将直流电机控制舵面偏转的位置生成反馈信号发送给PID控制器。
[0025]减法器输出的信号为PID控制器输出的信号与基准电压相减后得到输出电压。
[0026]第一比较器输出的PWMl为PID控制器输出的信号比较锯齿波后的结果。
[0027]第二比较器输出的PWM2为减法器的输出信号比较锯齿波后的结果。
[0028]一种直流电机的换向控制方法，包括以下步骤:
[0029]第一步:位置传感器检测舵面当前位置，生成反馈信号送入PID控制器，PID控制器对位置信号和反馈信号进行PID运算，输出信号为Um，分别送至第一比较器的同相端和减法器的反相端；
[0030]第二步:减法器将输出Uw和基准电压相减后得到输出电压Uffi，减法器基准电压为基准锯齿波的幅值，设为Uref，则Utj2= Uref-U 01；
[0031]第三步:电压UQ1、UQ2和锯齿波比较后分别输出PWMl和PWM2，PWM1和PWM2的相位相同，占空比之和为I ;
[0032]第四步:PWM1和PWM2经驱动电路和功率H桥放大后，依据占空比驱动直流电机带动舵面偏转位置或不偏转。
[0033]步骤一中，PID控制器对位置指令和反馈信号进行PID运算，当位置反馈信号等于位置控制信号时，PID控制器输出U01= U02= Uref/2, PWMl = PWM2 = 0.5，电机不转；
[0034]当输入位置控制信号大于位置反馈信号时，PID控制器输出UQ1>Uref/2，PWMD0.5，电机正转，驱动电机达到指定位置；
[0035]当输入位置控制信号小于位置反馈信号时，PID控制器输出UQ1〈Uref/2，PWMK0.5，电机反转，驱动电机回到指定位置。