本發(fā)明涉及一種精確定位系統(tǒng)，特別涉及一種用于交流同步電機和被驅(qū)動的執(zhí)行器的精確定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電機旋轉(zhuǎn)定位和對其推動的執(zhí)行器負載行程計算，當(dāng)前大多采用像限位器、霍爾開關(guān)、甚至編碼盤等這類定位傳感器來實現(xiàn)，這種插入式不可靠連接必然帶來連接的線索很多，對線、打碼、整理、布線、穿管、埋線，最后一絲不茍地按“哆來咪發(fā)唆”去接線，好容易接完才發(fā)現(xiàn)錯了一個線位，結(jié)果因“紐扣效應(yīng)”得全部撤掉重來，一捆線索在一起，還共一個地(不共地線索要翻倍還得加調(diào)理電路)，結(jié)果在地電阻引入共地噪聲，各信號線間又相互形成差模干擾，結(jié)果無論是對模擬還是數(shù)字信號，采用共地非平衡模式傳輸，抗干擾能力都很差，傳輸距離都不遠；非常不適合今天希望遠離電機現(xiàn)場在監(jiān)控中心實施集中監(jiān)控的信息化網(wǎng)絡(luò)化要求，而且一旦傳感器損壞或者出現(xiàn)線索斷裂或短路，就會釀成災(zāi)難性事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于提供一種無需傳感器，抗干擾能力強，傳輸距離遠的用于交流同步電機和被驅(qū)動的執(zhí)行器的精確定位系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：本發(fā)明的用于交流同步電機和被驅(qū)動的執(zhí)行器的精確定位系統(tǒng)，包括市電過零檢測器、全可控雙路換向開關(guān)、電機、旁路開關(guān)、積分判決器、限時驅(qū)動器和單片機組成，市電過零檢測器與市電和單片機相連，全可控雙路換向開關(guān)與市電過零檢測器和電機相連，限時驅(qū)動器一端與單片機相連，限時驅(qū)動器一端與全可控雙路換向開關(guān)和旁路開關(guān)連接，旁路開關(guān)一端與全可控雙路換向開關(guān)相連，旁路開關(guān)另一端與積分判決器一端相連，積分判決器另一端與單片機相連；

市電過零檢測器，負責(zé)提取市電的過零時刻點，并作全系統(tǒng)時間參考標(biāo)桿，指導(dǎo)單片機按時序去控制該發(fā)明所涉及全部硬軟件；

全可控雙路換向開關(guān)，其任務(wù)是在市電過零檢測器1檢測到市電過零脈沖后沿重啟或者切換電機的正反轉(zhuǎn)；

旁路開關(guān)和全可控雙路換向開關(guān)在運行時間上是完全互斥的，其功能是在過零檢測器檢測到過零時刻的前沿首先關(guān)閉全可控雙路換向開關(guān)，然后將電機接駁到積分判決器上，以便該積分判決器能對電機內(nèi)部因切割磁力線產(chǎn)生的感生電動勢整流和電能積分；

積分判決器，負責(zé)積分和判決兩重任務(wù)，并通過積累的規(guī)模正確判決出輸出跟蹤脈沖，傳輸給單片機，單片機把該判決脈沖與市電過零檢測器輸出過零脈沖兩相比對判斷前者是否落到后者開啟的時間窗口內(nèi)；

限時驅(qū)動器用于單片機上傳下達的中間執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)單片機失控已無力按外電零點時刻再次授權(quán)限時驅(qū)動器執(zhí)行命令時，該限時驅(qū)動器將肩負起果斷切斷它后端驅(qū)動的全可控雙路換向開關(guān)及旁路開關(guān)與工頻市電的間的電器連接，從而保護全系統(tǒng)的人機安全。

作為優(yōu)選，所述全可控雙路換向開關(guān)為一組單刀雙置開關(guān)。

作為優(yōu)選，所述積分判決器包括三光電耦合器IC1、IC2、IC3，六電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，兩二極管D32、D33，一電容C1，一發(fā)光二極管D35和一鉗位穩(wěn)壓管D34，電阻R1、R2和電容C1組成時延濾波電路，時延濾波電路與光電耦合器IC3用于時間窗口濾波和同步匹配濾波，電容C1與光電耦合器IC1構(gòu)成斯密特觸發(fā)器用于限差抗干擾。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明不用任何定位傳感和連接線索，直接從電機饋電線端提取當(dāng)前電機運行工況，因而免除了傳統(tǒng)的弱電系統(tǒng)繁瑣現(xiàn)場安裝和調(diào)試，只需要在遠方控制中心用“鼠標(biāo)+鍵盤”就可實現(xiàn)實時采控，從而非常可靠、精確地對旋轉(zhuǎn)著的電機定位及解算執(zhí)行器當(dāng)前的行程，抗干擾能力強，傳輸距離遠，安裝方便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)運行時序圖；

圖3為積分判決器的電路圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

參見圖1、圖2和圖3，本發(fā)明的用于交流同步電機和被驅(qū)動的執(zhí)行器的精確定位系統(tǒng)，包括市電過零檢測器1、全可控雙路換向開關(guān)2、電機3、旁路開關(guān)4、積分判決器6、限時驅(qū)動器5和單片機7組成，市電過零檢測器1與市電和單片機7相連，全可控雙路換向開關(guān)2與市電過零檢測器1和電機3相連，限時驅(qū)動器5一端與單片機7相連，限時驅(qū)動器5一端與全可控雙路換向開關(guān)2和旁路開關(guān)4連接，旁路開關(guān)4一端與全可控雙路換向開關(guān)2相連，旁路開關(guān)4另一端與積分判決器6一端相連，積分判決器6另一端與單片機7相連；

市電過零檢測器1，負責(zé)提取市電的過零時刻點，并作全系統(tǒng)時間參考標(biāo)桿，指導(dǎo)單片機7按時序去控制該發(fā)明所涉及全部硬軟件；

全可控雙路換向開關(guān)2為一組單刀雙置開關(guān)，其任務(wù)是在市電過零檢測器11檢測到市電過零脈沖后沿重啟或者切換電機3的正反轉(zhuǎn)；

旁路開關(guān)4和全可控雙路換向開關(guān)2在運行時間上是完全互斥的，其功能是在過零檢測器檢測到過零時刻的前沿首先關(guān)閉全可控雙路換向開關(guān)2，然后將電機3接駁到積分判決器6上，以便該積分判決器6能對電機3內(nèi)部因切割磁力線產(chǎn)生的感生電動勢整流和電能積分；

積分判決器6，負責(zé)積分和判決兩重任務(wù)，并通過積累的規(guī)模正確判決出輸出跟蹤脈沖，傳輸給單片機7，單片機7把該判決脈沖與市電過零檢測器1輸出過零脈沖兩相比對判斷前者是否落到后者開啟的時間窗口內(nèi)。積分判決器6實際上積分的是電機3內(nèi)部勵磁繞組L2輸出的電能，但其積分的時刻往往正是電機3內(nèi)部擔(dān)負負載驅(qū)動的主繞組L1上感生電動勢的過零點(以后為敘述方便以電機3入端為界把外部市電過零檢測輸出的過零脈沖簡稱為外電零點，而把電機3內(nèi)部驅(qū)動主繞組上的感生電動勢過零點稱內(nèi)電零點)，換句話說該發(fā)明的本質(zhì)是通過比對內(nèi)外電零點的重疊程度，來確認電機3當(dāng)前的工況，并把能飛入外電零點時間窗內(nèi)的內(nèi)電零點作為標(biāo)定電機3當(dāng)前旋轉(zhuǎn)位置以及被電機3驅(qū)動的執(zhí)行器行程解算的依據(jù)；

限時驅(qū)動器5受命于單片機7，核心職能是一個上傳下達的有限授權(quán)的中間執(zhí)行機構(gòu)，當(dāng)單片機7失控“跑飛”，已無力按外電零點時刻再次授權(quán)限時驅(qū)動器5執(zhí)行命令時，該限時驅(qū)動器5將肩負起果斷切斷它后端驅(qū)動的全可控雙路換向開關(guān)2及旁路開關(guān)4與工頻市電的間的電器連接，從而保護全系統(tǒng)的人機安全。限時執(zhí)行器的超時容限當(dāng)選取為工頻市電的1個半周期則30mS時最佳。

所述積分判決器6包括三光電耦合器IC1、IC2、IC3，六電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，兩二極管D32、D33，一電容C1，一發(fā)光二極管D35和一鉗位穩(wěn)壓管D34，兩二極管D32、D33并聯(lián)在市電兩端后與電阻R1、鉗位穩(wěn)壓管D34和電阻R2依次串聯(lián)，光電耦合器IC3的1腳通過電阻R6與直流電源連接，光電耦合器IC3的3腳連接在鉗位穩(wěn)壓管D34和電阻R2之間，光電耦合器IC3的4腳與電容C1一端連接，電容C1的另一端與電阻R2連接，光電耦合器IC1的1腳通過電阻R3與電阻R2連接，光電耦合器IC1的2腳與光電耦合器IC2的1腳連接，光電耦合器IC1的3腳與其1腳連接，光電耦合器IC1的4腳與電阻R2連接，光電耦合器IC2的2腳與光電耦合器IC3的3腳連接，光電耦合器IC2的3腳接地，光電耦合器IC2的4腳與電阻R5和發(fā)光二極管D35連接，發(fā)光二極管D35與電阻R4串聯(lián)后與直流電源連接，電阻R1、R2和電容C1組成時延濾波，時延濾波電路與光電耦合器IC3配合完成時間窗口濾波和同步匹配濾波，電容C1與光電耦合器IC1構(gòu)成斯密特觸發(fā)器利用回差抗干擾。

當(dāng)電機3處于長期的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動狀態(tài)時(不超載不停機也不換向)由于內(nèi)電零點和外電零點一定是重合的，外電零點和內(nèi)電零點都同時具備對電機3工況監(jiān)測的公正性，此時宜間隙采樣內(nèi)電零點予以跟蹤和再次確認單相交流同步電機3此前工況是否已發(fā)生改變，這樣就不別沒市電周波切換一次可控雙路換向開關(guān)2和旁路開關(guān)4，讓電機3自主地實現(xiàn)對市電頻率和相位的同步跟蹤；當(dāng)電機3因超載、重啟、特別是換向時，必須逐周通過對旁路開關(guān)4和換向開關(guān)2之間的互斥切換，一直考察內(nèi)電零點的有無，并在市電周波每周過零點嚴(yán)格比對內(nèi)電和外電零點密合度，以確認當(dāng)前外部工頻市電對電機3的驅(qū)動是否有效，這樣就剔除了因機電系統(tǒng)的不平衡引起的差異積累，從而保證了無傳感器對電機3旋轉(zhuǎn)定位和執(zhí)行器位移解算的公正性和精準(zhǔn)性。

本發(fā)明不用任何定位傳感器，直接從電機3饋電線端提取當(dāng)前電機3運行工況，因而免除了傳統(tǒng)的弱電系統(tǒng)繁瑣現(xiàn)場安裝和調(diào)試，只需要在遠方控制中心用“鼠標(biāo)+鍵盤”就可實現(xiàn)實時采控，從而非?？煽?、精確地對旋轉(zhuǎn)著的電機3定位及解算執(zhí)行器行程，抗干擾能力強，傳輸距離遠，安裝方便。