一种道闸运动控制电路及装置
技术领域
本实用新型属于道闸机的机电控制技术领域，尤其涉及一种道闸运动控制电路及装置。
背景技术
现有道闸一般采用普通直流电机或异步交流电机进行驱动，整个运行过程基本保持恒定速度，导致抬杆或落杆在启动、到位时没有加减速过程，道杆刚性启动或停止，会造成道杆晃动剧烈，对机械传动机构等造成损伤；部分采用变频器或结合变频技术的专用控制器驱动异步交流电机的道闸，虽然抬杆或落杆在启动或到位时可以进行加、减速控制，但由于交流异步电机没有反馈系统，且电机本身特性原因导致调速性能差，无法实现精确的力矩、速度和位置控制。
因此，传统的技术方案中存在调速性能差，无法实现精确的力矩、速度和位置控制的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种道闸运动控制电路及装置，旨在解决传统的技术方案中存在的调速性能差，无法实现精确的力矩、速度和位置控制的问题。
一种道闸运动控制电路，与伺服电机连接，所述道闸运动控制电路包括：主控制器、整流电路、开关电源、功率电路、位置检测电路以及采样电路；
所述整流电路配置为连接外部电源，并对所述外部电源输出的交流电压进行整流处理以生成整流电压，所述开关电源与所述整流电路连接，配置为根据所述整流电压生成供电电压，所述采样电路与所述功率电路连接，配置为检测所述功率电路的电流和所述功率电路的电压以生成电流采样信号和电压采样信号，所述位置检测电路配置为检测所述伺服电机的转子的位置以生成位置信号，所述主控制器与所述采样电路以及所述位置检测电路连接，配置为根据所述电流采样信号、所述电压采样信号以及所述位置信号生成控制信号，所述功率电路与所述整流电路以及所述主控制器连接，配置为根据所述整流电压和所述控制信号生成驱动信号以驱动所述伺服电机。
在其中一个实施例中，所述整流电路包括保险丝、压敏电阻、全桥整流电路、热敏电阻以及滤波电容；
所述保险丝的第一端连接所述交流电压的火线端，所述压敏电阻连接于所述保险丝的第二端和所述交流电压的零线端，所述全桥整流电路的第一输入端连接所述保险丝的第二端，所述全桥整流电路的第二输入端连接所述交流电压的零线端，所述全桥整流电路的第一输出端连接所述热敏电阻的第一端，所述滤波电容的连接于所述全桥整流电路的第一输出端和所述全桥整流电路的第二输出端，全桥整流电路的第二输出端接地，所述热敏电阻的第二端为所述整流电路的整流电压输出端。
在其中一个实施例中，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路；所述电流采样电路连接于所述功率电路的输出端和所述主控制器之间，配置为检测所述功率电路的电流以生成所述电流采样信号，所述电压采样电路连接于所述整流电路的输出端和所述主控制器之间，配置为检测所述整流电压以生成所述电压采样信号。
在其中一个实施例中，所述电流采样电路包括第一电流传感器、第二电流传感器、第一放大电路以及第二放大电路；所述第一电流传感器配置为检测所述功率电路输出的第一相的电流以生成第一电流信号，所述第二电流传感器配置为检测所述功率电路输出的第二相的电流以生成第二电流信号，，所述第一放大电路配置为对所述第一电流信号进行放大，所述第二放大电路配置为对所述第二电流信号进行放大。
在其中一个实施例中，所述第一放大电路和所述第二放大电路均包括放大组件；所述放大组件包括第一放大器、基准电压源、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第一电容；
所述第一电阻的第一端为所述放大组件的电流信号输入端，所述第一放大器的正相端连接所述第一电阻的第二端，所述第一放大器的正相端通过所述第二电阻连接所述基准电压源，所述第一放大器的反相端通过所述第三电阻接地，所述第一电容连接和所述第四电阻均连接于所述第一放大器的反相端和所述第一放大器的输出端之间，所述第一放大器的输出端为所述放大组件的电流信号输出端。
在其中一个实施例中，所述电压采样电路包括第二放大器、第三放大器、第五电阻、第六电阻以及发光二极管；
所述第二放大器的反相端为所述电压采样电路的整流电压输入端，所述第二放大器的正相端为所述电压采样电路的供电电压输入端，所述第五电阻连接于所述第二放大器的正相端和所述第二放大器的输出端之间，所述第二放大器的输出端连接所述第三放大器的正相端，所述第三放大器的反相端连接所述第三放大器的输出端，所述第三放大器的输出端为所述电压采样信号输出端，所述第三放大器的输出端通过所述第六电阻连接所述发光二极管的正极，所述发光二极管的负极接地。
在其中一个实施例中，还包括制动电路，所述制动电路与所述主控制器以及所述功率电路连接；所述制动电路根据制动信号连通所述制动电路中的制动电阻和电源地，以使所述目标再生电压通过所述制动电路中的制动电阻释放能量；
所述主控制器还配置为根据所述电压采样信号生成所述制动信号；
所述伺服电机配置为在减速或停止运行时生成原始再生电压；
所述功率电路还配置为根据所述原始再生电压生成目标再生电压。
在其中一个实施例中，所述制动电路包括制动电阻、光电耦合管、第一二极管、第一三极管、第二三极管以及绝缘栅双极型晶体管；
所述光电耦合管的发光端的正极为所述制动电路的制动信号输入端，所述光电耦合管的发光端的负极接地，所述光电耦合管的受光端的第一端连接直流电源，所述光电耦合管的受光端的第二端接地，所述第一三极管的集电极连接所述直流电源，所述第一三极管的基极连接所述第二三极管的基极，所述第一三极管的发射极连接所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的集电极接地，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的基极的公共连接端连接所述光电耦合管的受光端的第二端，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的发射极的公共连接端连接所述绝缘栅双极型晶体管的栅极，所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接所述第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接所述整流电压，所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接所述制动电阻的第一端，所述制动电阻的第二端为所述制动电路的目标再生电压输入端。。
在其中一个实施例中，还包括报警电路，所述报警电路与所述主控制器连接，所述报警电路配置为根据报警信号进行报警，所述主控制器还配置为根据所述电流采样信号和所述电压采样信号生成所述报警信号。
此外，还提供了一种道闸运动控制装置，所述道闸运动控制装置包括：上述的道闸运动控制电路。
本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的道闸运动控制电路，通过采样电路分别对功率电路的输出电流和功率电路的输入电压进行采样生成电流采样信号和电压采样信号，通过位置检测电路检测伺服电机的转子的位置生成位置信号，主控制器根据电流采样信号、电压采样信号以及位置信号生成控制信号，控制功率电路中开关器件的导通或关断，功率电路输出驱动信号控制伺服电机，可以实现精确的力矩、速度和位置控制，简化生产工艺，提高产品性能。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的道闸运动控制电路的结构示意图；
图2为本实用新型另一实施例提供的道闸运动控制电路的结构示意图；
图3为图1所示的道闸运动控制电路中整流电路的示例电路原理图；
图4为图1所示的道闸运动控制电路中第一放大电路的示例电路原理图；
图5为图1所示的道闸运动控制电路中电压采样电路的示例电路原理图；
图6为本实用新型另一实施例提供的道闸运动控制电路的结构示意图；
图7为图1所示的道闸运动控制电路中制动电路的示例电路原理图；
图8为本实用新型另一实施例提供的道闸运动控制电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1示出了本实用新型实施例提供的道闸运动控制电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
如图1所示，本实用新型提供了一种道闸运动控制电路，与伺服电机2连接，该道闸运动控制电路包括主控制器10、整流电路20、开关电源30、功率电路40、位置检测电路50以及采样电路60。整流电路20配置为连接外部电源，并对外部电源输出的交流电压进行整流处理以生成整流电压，开关电源30与整流电路20连接，配置为根据整流电压生成供电电压，采样电路60与功率电路40连接，配置为检测功率电路40的输出电流和功率电路40的输入电压以生成电流采样信号和电压采样信号，位置检测电路50配置为检测伺服电机2的转子的位置以生成位置信号，主控制器10与采样电路60以及位置检测电路50连接，配置为根据电流采样信号、电压采样信号以及位置信号生成控制信号，功率电路40与整流电路20以及主控制器10连接，配置为根据整流电压和控制信号生成驱动信号以驱动伺服电机2。
在本实施例中，通过采样电路60分别对功率电路40的输出电流和功率电路40的输入电压进行采样生成电流采样信号和电压采样信号，通过位置检测电路50检测伺服电机2的转子的位置生成位置信号，主控制器10根据电流采样信号、电压采样信号以及位置信号生成控制信号，控制功率电路40中开关器件的根据预设占空比的控制信号进行交替通断以生成驱动信号功率电路40输出驱动信号驱动伺服电机2，可以实现精确的力矩、速度和位置控制，简化生产工艺，提高产品性能。
如图3所示，在其中一个实施例中，整流电路20包括保险丝F1、压敏电阻RL、全桥整流电路VD1、热敏电阻RT以及滤波电容CS。保险丝F1的第一端连接交流电压的火线端，压敏电阻RL连接于保险丝F1的第二端和交流电压的零线端，全桥整流电路VD1的第一输入端连接保险丝F1的第二端，全桥整流电路VD1的第二输入端连接交流电压的零线端，全桥整流电路VD1的第一输出端连接热敏电阻RT的第一端，滤波电容CS的连接于全桥整流电路VD1的第一输出端和全桥整流电路VD1的第二输出端，全桥整流电路VD1的第二输出端接地，热敏电阻RT的第二端为整流电路20的整流电压输出端。在本实施例中，交流电压可以为市电电压即220V交流电压，通过保险丝F1的过流保护和压敏电阻RL的过压保护，并通过全桥整流电路VD1进行整流，并通过滤波电容CS进行滤波以生成310V的整流电压。
如图2所示，在其中一个实施例中，采样电路60包括电流采样电路61和电压采样电路62；电流采样电路61连接于功率电路40的输出端和主控制器10之间，配置为检测功率电路40的电流以生成电流采样信号，电压采样电路62连接于整流电路20的输出端和主控制器10之间，配置为检测整流电压以生成电压采样信号。
在其中一个实施例中，电流采样电路61包括第一电流传感器、第二电流传感器、第一放大电路以及第二放大电路；第一电流传感器和第二电流传感器，第一电流传感器配置为检测功率电路40输出的第一相的电流以生成第一电流信号，第二电流传感器配置为检测功率电路40输出的第二相的电流以生成第二电流信号，第一放大电路配置为对第一电流信号进行放大，第二放大电路配置为对第二电流信号进行放大。如图4所示，在其中一个实施例中，第一放大电路和第二放大电路均包括放大组件；放大组件包括第一放大器U1、基准电压源、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第一电容C1；第一电阻R1的第一端为放大组件的电流信号输入端，第一放大器U1的正相端连接第一电阻R1的第二端，第一放大器U1的正相端通过第二电阻R2连接基准电压源，第一放大器U1的反相端通过第三电阻R3接地，第一电容C1连接和第四电阻R4均连接于第一放大器U1的反相端和第一放大器U1的输出端之间，第一放大器U1的输出端为放大组件的的电流信号输出端。在本实施例中，第一电流传感器和第二电流传感器检测功率电路40输出的其中两相的电流以生成第一电流信号和第二电流信号，而另外一项的电流值可以通过三相的电流的关系计算得到，从而实现对功率模块的输出电流的采样。同时，放大电路通过第一放大器U1对第一电流信号和第二电流信号进行放大处理。
如图5所示，在其中一个实施例中，电压采样电路62包括第二放大器U2、第三放大器U3、第五电阻R5、第六电阻R6以及发光二极管LED；第二放大器U2的反相端为电压采样电路62的整流电压输入端，第二放大器U2的正相端为电压采样电路62的供电电压输入端，第五电阻R5连接于第二放大器U2的正相端和第二放大器U2的输出端之间，第二放大器U2的输出端连接第三放大器U3的正相端，第三放大器U3的反相端连接第三放大器U3的输出端，第三放大器U3的输出端为电压采样信号输出端，第三放大器U3的输出端通过第六电阻R6连接发光二极管LED的正极，发光二极管LED的负极接地。在本实施例中，第二放大器U2和第三放大器U3构成二级放大电路，对电压采样信号进行放大处理。同时，发光二极管LED连接第三放大器U3的输出端，用于指示电压采样电路62的采样状态，当电压采样电路62有采样电压输出时，第三放大器U3的输出端为高电平，发光二极管LED得电发光，电压采样电路62工作正常时，发光二极管LED得电发光。
如图6所示，在其中一个实施例中，道闸运动控制电路还包括制动电路70，制动电路70与主控制器10以及功率电路40连接；制动电路70根据制动信号连通制动电路中的制动电阻和电源地，以使目标再生电压通过制动电路70中的制动电阻释放能量；主控制器10还配置为根据电压采样信号生成制动信号；伺服电机2配置为在减速或停止运行时生成原始再生电压；功率电路40还配置为根据原始再生电压生成目标再生电压。
如图7所示，在其中一个实施例中，制动电路70包括制动电阻RD、光电耦合管U4、第一二极管D1、第一三极管Q1、第二三极管Q2以及绝缘栅双极型晶体管M1；光电耦合管U4的发光端的正极为制动电路70的制动信号输入端，光电耦合管U4的发光端的负极接地，光电耦合管U4的受光端的第一端连接直流电源，光电耦合管U4的受光端的第二端接地，第一三极管Q1的集电极连接直流电源，第一三极管Q1的基极连接第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的发射极连接第二三极管Q2的发射极，第二三极管Q2的集电极接地，第一三极管Q1的基极和第二三极管Q2的基极的公共连接端连接光电耦合管U4的受光端的第二端，第一三极管Q1的发射极和第二三极管Q2的发射极的公共连接端连接绝缘栅双极型晶体管M1的栅极，绝缘栅双极型晶体管M1的集电极连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极连接整流电压，绝缘栅双极型晶体管M1的集电极连接制动电阻RD的第一端，制动电阻RD的第二端连接功率电路40。伺服电机2在工作频率下降时，处于再生制动状态，伺服电机2将线圈中存储的生成原始再生电压，而功率电路40形成整流电路将原始再生电压转换为直流的目标再生电压，并将目标再生电压反馈到整流电路20，导致整流电路20过压。此时，主控制器10生成制动信号，通过光电耦合管U4控制第一三极管Q1、第二三极管Q2导通，从而控制绝缘栅双极型晶体管M1导通，使制动电阻RD接地，进行放电，加快能量的消耗速度，使伺服电机2快速制动，保证电路的平稳运行。
为提高碰撞检测灵敏度，每次道闸关闸时，记录下全过程的电流I(k)(以间隔1ms为例)，下次关闸时，以1ms周期，比较瞬时电流与记录中对应的瞬时电流I(k)的大小，若瞬时电流多次连续过大，即多次连续超出电流I(k)的预定范围，则认为发生碰撞。
由于电流有一定的噪音，以某一次的关闸电流做参照，容易误报，为了得到稳定的电流参照值，每次关闸时，更新电流参数值：
I(k)＝0.9*I(k)+0.1*Is
其中I(k)为关闸第k毫秒的参照电流，Is为瞬时电流。
如图8所示，在其中一个实施例中，道闸运动控制电路还包括报警电路80，报警电路80与主控制器10连接，报警电路80配置为根据报警信号进行报警，主控制器10还配置为根据电流采样信号和电压采样信号生成报警信号，报警电路80根据报警信号进行声光报警。
从整流电路20输入的交流电压经过全桥整流电路VD1进行整流后，输出直流的整流电压，同时主控制器10通过电流采样电路61中的第一电流传感器611检测功率电路40的输出第一相的电流以生成第一电流信号，通过电流采样电路61中的第二电流传感器613检测功率电路40的输出第二相的电流以生成第二电流信号，通过放大组件615对第一电流信号和第二电流信号进行放大处理，从而获取电流采样信号。同时，电压采样电路62的输入端检测功率电路40输入端的整流电压，并通过第二放大器U2和第三放大器U3组成的二级放大电路进行放大处理以生成电压采样信号，位置检测电路50则通过位置传感器检测伺服电机2的转子的位置以生成位置信号，主控制器10根据电流采样信号、电压采样信号以及位置信号生成控制信号，控制功率电路40中开关器件根据控制信号的占空比进行交替通断以生成驱动信号，功率电路40输出驱动信号控制伺服电机2，可以实现精确的力矩、速度和位置控制，简化生产工艺，提高产品性能。
此外，还提供了一种道闸运动控制装置，道闸运动控制装置包括：上述的道闸运动控制电路。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
