[发明专利]一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及旋转角度的定位技术，尤其是一种利用旋转编码器直接输出绝对位置的角度定位系统，属于自动控制机、电一体化的技术领域。

背景技术

在目标跟踪定位的控制系统中，常常会遇到旋转角度的定位问题，通常这种系统包括以下几部分：位置给定、驱动控制、执行电机、目标位置、位置锁定以及位置反馈 (如图1)。系统的驱动执行电动机对目标跟踪控制的锁定制动方法分为两种：一种是直流电动机驱动控制（见图2）：图2（a）是直流电动机的模型，电枢引出导线a，b，通入电枢的脉冲电压为Uab波形见图2（b）。图2表示的是当直流电压通过a，b端将脉冲电压Uab输入直流电动机的电枢时，直流电动机驱动系统就实现了位置锁定。在图2的直流电动机位置控制的系统中，由控制器对直流电动机的电枢回路输入一个正负（±U）变化的脉振电压Uab，这个脉振电压通过直流电动机的电枢形成一个正负变化的脉冲电流，这个正负变化的脉冲电流，使电动机输出正负交替变化的正负脉冲转矩，这个脉冲转矩将对负载位置进行正反向的制动锁定。另一种是三相交流异步电动机的驱动控制（见图3）。图3（a）是三相交流电动机的模型，三相交流异步电动机的定子A相引出线：A-x；B相引出线：B-y；C相引出线：C-z。三相交流异步电动机三相绕组的任一相通入直流电压（电流），交流异步电动机也可实现位置锁定。在图3的交流异步电动机位置控制的系统中，由控制器对三相交流异步电动机的三相定子绕组中的任意一相（如：A相A-x）通入直流电压UAx（图3（b）），这个直流电压通过定子绕组形成直流电流，这个通过直流电流的定子绕组将产生一个固定的直流电磁场，直流电磁场对转子进行制动，从而实现对负载位置的锁定。

在以上的位置锁定的方法中,驱动电动机可以在任意位置制动，但都无法对位置辨认，所以必须由位置传感器将位置信号反馈给系统，系统根据接收到的反馈值确定目标，并根据反馈的位置值发出指令给执行电动机，执行电动机按照系统指令向着目标方向旋转进行调整，当系统接收到目标位置与给定位置相等时，系统将发出位置锁定信号，锁定在目标位置上, 完成目标定位。因交流同步电动机的转子是磁性的，采用单相直流制动时，转子都是锁定在同一个位置上，锁定位置不可变。所以不被采用。

以上的控制方法除了交流同步电动机，都能够较好的实现系统位置驱动及锁定的控制，但是由于系统的位置完全依赖于位置反馈检测的信号，根据检测结果进行定位及目标追踪控制。因跟踪定位控制系统的制动，是用单方向的磁场锁定而实现的。以上的控制方法在实际系统运行过程中还存在以下问题：

（1）目标跟踪定位控制系统的驱动执行电动机（直流电动机采用的是高速正反向平衡转矩，三相交流异步电动机采用单向绕组通电）采用的均为单向磁场定位法锁定角度。所以，电动机本身都没有认知位置的能力。

（2）控制系统完全依赖位置反馈信号发出指令进行制动定位，一旦反馈信号出错，系统位置将随之出错。

（3）现代控制技术对直流定位控制系统采用PWM（脉宽调速）控制，电动机锁定电压是通过脉冲电压实现，由脉冲电压产生的转矩是正负变化的，执行电动机在驱动低惯性负载，尤其是空载运行时，往往系统会伴随抖动现象。

（4）在系统逼近目标时，对于控制电动机要求更高，系统可能因出现爬行而错误的反馈位置信号，使得目标位置控制出错。

（5）每次开机时都必须将系统归至零位，系统要有一个复位的过程，对于快速跟踪系统，无疑是一个及不方便的控制。

（6）执行电机不具备自锁能力需不断的调整正反向旋转的位置获得逼近目标并锁定的目的，锁定是一个动态过程。

（7）目前用简单可靠的定位方法实现准确的绝对位置定位还是一个较难解决的问题。

发明内容

本发明提供一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位系统及其方法，将现有位置驱动控制系统的脉振磁场定位改进设计为合成磁场多点定位。

 本发明采取的技术方案是：

一种利用编码器直接输出绝对位置的角度定位系统，其特征是：设有作为位置信号发生器的三相正弦波位置编码器、含有三对差分输入、互补输出的功率放大器的三相驱动控制器以及三相永磁同步电动机，三相正弦波位置编码器输出三个之间相位互差120°的三对正弦波差分信号分别连接三对差分输入、互补输出的功率放大器，三对差分输入、互补输出功率放大器的输出分别连接三相永磁同步电动机的三相电源输入端。