[发明专利]一种能量控制的直流电机调速装置

说明书

本发明涉及一种能量控制的直流电机调速装置，调速电路由直流电机、工作电源、可控开关、二极管、励磁电源构成，工作电源通过可控开关与直流电机的电枢绕组连接；二极管并联在直流电机的电枢绕组两端；励磁电源与直流电机的励磁绕组连接；控制电路包括电压检测电路、电流检测电路、输入能量计算电路、电感储能计算电路、电磁转矩计算电路、负载转矩计算电路、转矩系数计算电路、期望电流计算电路、储能差值计算电路、动能计算电路、负载能量计算电路、输出能量计算电路、能量比较电路、时钟电路、逻辑驱动电路、转速检测电路。本发明降低了主电路体积、重量和成本，提高运行可靠性；避免PID控制器自身缺陷对调速装置性能不利影响。

技术领域

本发明涉及一种直流电机调速装置，特别涉及到一种利用能量平衡关系实现转速控制的直流电机调速装置。

背景技术

直流调速系统由于具有调速特性好、启动转矩大等优点而被广泛地应用于各行各业。现有的直流调速系统多采用PID(比例、积分、微分)控制器来实现对电机转速的控制与调节，虽然PID控制器设计简单、易于实现，但是也存在有带宽窄、控制时滞等问题，限制住了调速系统的性能提高。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种针对基于PID控制器的直流调速系统在启动、调速、负荷突变等动态调节过程中由于控制器参数的限制而产生的超调、振荡、动态调节时间过长等不利现象，基于能量平衡关系来实现直流电机调速运行控制的能量控制的直流电机调速装置。

为解决上述技术问题，本发明一种能量控制的直流电机调速装置包括调速主电路和控制电路，调速主电路包括直流电机1、工作电源2、可控开关3、二极管4、励磁电源5，工作电源2通过可控开关3与直流电机1的电枢绕组连接；二极管4并联在直流电机1的电枢绕组两端；励磁电源5与直流电机1的励磁绕组连接；

控制电路包括电压检测电路6、电流检测电路7、输入能量计算电路8、电感储能计算电路9、电磁转矩计算电路10、负载转矩计算电路11、转矩系数计算电路12、期望电流计算电路13、储能差值计算电路14、动能计算电路15、负载能量计算电路16、输出能量计算电路17、能量比较电路18、时钟电路19、逻辑驱动电路20、转速检测电路21，电压检测电路6与直流电机1的电枢绕组相并联，电压检测电路6输出端与输入能量计算电路8的对应输入端连接；电流检测电路7对直流电机1的电枢电流进行检测，电流检测电路7输出端分别与输入能量计算电路8、电感储能计算电路9、转矩系数计算电路12的对应输入端连接；输入能量计算电路8的输出端分别与电磁转矩计算电路10、输出能量计算电路17的对应输入端连接；电感储能计算电路9的一个输出端与电磁转矩计算电路10的对应输入端连接，另一个输出端与储能差值计算电路14的对应输入端连接；电磁转矩计算电路10的输出端分别与负载转矩计算电路11、转矩系数计算电路12的对应输入端连接；负载转矩计算电路11的输出端分别与期望电流计算电路13、负载能量计算电路16的对应输入端连接；转矩系数计算电路12的输出端与期望电流计算电路13的对应输入端连接；期望电流计算电路13的输出端与储能差值计算电路14的对应输入端连接；储能差值计算电路14的输出端与输出能量计算电路17的对应输入端连接；动能计算电路15的一个输入端接入外界提供的转速给定信号n，动能计算电路15输出端与输出能量计算电路17的对应输入端连接；负载能量计算电路16的一个输入端接入外界提供的转速给定信号n，负载能量计算电路16输出端与能量比较电路18的对应输入端连接；输出能量计算电路17的输出端与能量比较电路18的对应输入端连接；能量比较电路18的输出端与逻辑驱动电路20的对应输入端连接；时钟电路19的输出端分别与能量计算电路8、电感储能计算电路9、电磁转矩计算电路10、负载转矩计算电路11、逻辑驱动电路20的对应输入端连接；逻辑驱动电路20的输出端与可控开关3的控制端连接；转速检测电路21对电机转速进行检测，转速检测电路21输出端分别与电磁转矩计算电路10、负载转矩计算电路11、动能计算电路15的对应输入端连接。

本发明还包括：

直流电机1将电能转化为机械能，并将转化的机械能传递给负载；