阅读说明：本技术 一种消除舵机电气噪声的有刷直流电机调控电路 (Brush direct current motor regulating and controlling circuit for eliminating electric noise of steering engine ) 是由 王艳荣 张晓艳 李滟津 梁勇 张慧文 解全泽 闫玉花 宋培培 丁继伟 杨威 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种消除舵机电气噪声的有刷直流电机调控电路,解决了如何克服水下航行器舵机的有刷直流电机产生尖锐电磁噪声的问题。包括减法电路(1)、取绝对值电路(2)、死区电压调节电路(3)、比较电路(4)、开关电路(5)、直流电机驱动模块(6)和控制舵机转动角度的有刷直流电机；当控制端电压信号U8为低电平时,即目标角度和反馈角度的偏差绝对值小于死区电压时,开关断开,开关电路(5)的输出端电压信号U9被第十五下拉电阻R15下拉为0V,直流电机驱动模块6输出PWM脉宽调制信号的占空比为0,有刷直流电机不工作；实现了在死区电压下,不向控制舵机转动角度的有刷直流电机输出电压。(The invention discloses a brush direct current motor regulating and controlling circuit for eliminating electric noise of a steering engine, which solves the problem of how to overcome sharp electromagnetic noise generated by a brush direct current motor of the steering engine of an underwater vehicle. The device comprises a subtraction circuit (1), an absolute value taking circuit (2), a dead zone voltage regulating circuit (3), a comparison circuit (4), a switch circuit (5), a direct current motor driving module (6) and a brush direct current motor for controlling the rotation angle of a steering engine; when the voltage signal U8 at the control end is at a low level, that is, the absolute value of the deviation between the target angle and the feedback angle is smaller than the dead zone voltage, the switch is turned off, the voltage signal U9 at the output end of the switch circuit (5) is pulled down to 0V by a fifteenth pull-down resistor R15, the duty ratio of the PWM signal output by the DC motor driving module 6 is 0, and the brushed DC motor does not work; under the dead zone voltage, the voltage is not output to the brush direct current motor for controlling the rotation angle of the steering engine.)

一种消除舵机电气噪声的有刷直流电机调控电路

技术领域

本发明涉及一种有刷直流电机控制电路，特别涉及一种可有效消除舵机电气噪声的调控舵机的有刷直流电机的调控电路。

背景技术

水下航行器舵机一般采用有刷直流电机来提供转动动力，有刷直流电机是通过PWM脉宽调制的直流电机驱动模块对其进行控制的；有刷直流电机调控电路是采用减法电路对输入信号进行处理的，即将代表目标角度的电压信号与舵机角度的实时输出电压反馈信号进行相减，形成目标信号与反馈信号的误差信号，将该误差信号输入到直流电机驱动模块中，直流电机驱动模块输出的占空比，驱动电机进行舵机角度的修正；但当舵机的反馈角度与舵机的目标角度误差较小时，即得到的误差调控信号较小时，使加载于舵机控制电机上的PWM脉宽调制信号的占空比太小，即平均电压太小，不足以驱动舵机发生转动，但该误差PWM脉宽调制控制信号，会产生出尖锐的电磁噪声，造成声环境的污染，还增大了电源的损耗，如何克服该问题是现场需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种消除舵机电气噪声的有刷直流电机调控电路，解决了如何克服水下航行器舵机的有刷直流电机产生尖锐电磁噪声的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种消除舵机电气噪声的有刷直流电机调控电路，包括减法电路、取绝对值电路、死区电压调节电路、比较电路、开关电路、直流电机驱动模块和控制舵机转动角度的有刷直流电机，在减法电路的正输入端上连接有舵机目标角度电压信号U1，在减法电路的负输入端上连接有舵机输出角度反馈信号U2，减法电路的输出端电压信号U3分别与取绝对值电路的负输入端和开关电路的输入端连接在一起，取绝对值电路的正输入端接地，取绝对值电路的输出端电压信号U6与比较电路的正输入端连接在一起，在比较电路的负输入端上连接有死区电压调节电路，死区调节电路是由第十二分压电阻R12和第十三可调电阻R13组成的，在第十二分压电阻R12的一端，连接有15伏直流电源，第十二分压电阻R12的另一端与比较电路的负输入端连接在一起，可调电阻R13的一端与比较电路的负输入端连接在一起，第十三可调电阻R13的另一端接地，比较电路的输出端电压信号U8通过限流电阻R14与开关电路的控制端连接在一起，开关电路的输出端与直流电机驱动模块的输入端连接在一起，开关电路的输出端通过第十五接地电阻R15是接地的，直流电机驱动模块的输出端上的PWM脉宽调制电压信号连接到控制舵机转动角度的有刷直流电机上。

减法电路是由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、滤波电容C1和第一运算放大器N1组成的，第一电阻R1的阻值、第二电阻R2的阻值、第三电阻R3的阻值和第四电阻R4的阻值是相等的。

取绝对值电路是由第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第一二极管V1、第二二极管V2和第二运算放大器N2、第三运算放大器N3组成的；第七电阻R7的阻值为第五电阻R5阻值两倍，第八电阻R8的阻值、第九电阻R9的阻值、第十电阻R10的阻值是相等的，第六电阻R6和第十一电阻R11为消除零漂的平衡电阻。

开关电路由开关器件N5、第十四限流电阻R14和第十五下拉电阻R15组成的；直流电机驱动模块为PWM直流伺服控制器。

本发明具有电路结构简单、功耗低、可靠性高的特点，有效地消除了目标角度和反馈角度的比较误差信号较小时，直流电机驱动模块输出的电压不足以驱动直流电机转动时，所引起的电磁噪声。

附图说明

图1是本发明的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

减法电路1是由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、滤波电容C1和第一运算放大器N1组成的，第一电阻R1的阻值、第二电阻R2的阻值、第三电阻R3的阻值和第四电阻R4的阻值是相等的，实现对目标角度电压信号U1与反馈角度电压信号U2的误差运算，第一运算放大器N1的输出端电压信号U3：U3=U1-U2；

取绝对值电路2实现了对目标角度电压信号U1与反馈角度电压信号U2的误差的取绝对值运算，当U3大于0时，第二运算放大器N2的输出电压值小于0，第一二极管V1截止，相当于断路，第二二极管V2导通，相当于短路，第五电阻R5、第七电阻R7和第二运算放大器N2组成反向比例运算，对U3进行反向比例运算，增益为：-R7/R5=-2，第二运算放大器N2的输出电压信号U5，U5=-2U3，第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第三运算放大器N3，共同组成反向求和比例运算，求和电压为U5和U3，增益分别为：-R10/R9=-1， -R10/R8=-1，第三运算放大器N3的输出的电压值U6，U6=-U5-U3=U3；当U3小于0时，第二运算放大器N2的输出电压值大于0，第一二极管V1导通，相当于短路，第二二极管V2截止，相当于断路，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第三运算放大器N3组成反向比例运算，求和电压为U4和U3，增益分别为-R10/（R7+R9）=-1/3，-R10/R8=-1，根据运算放大器“虚短”和“虚断”的特性，第二运算放大器N2的输出电压信号U4为“虚地”电压，故U4=0V，U6=-1/3×U4-U3=-U3；故U6=|U3|；

死区电压调节电路（3）使用第十二分压电阻R12和第十三可调电阻R13，调节输出至第四运算放大器N4的反向输入端的电压信号：U7=R13/（R12+R13）×15V；

比较电路（4）将正输入端电压信号U6与反输入端的死区电压信号U7进行比较，当U6大于U7时，第三运算放大器N3输出信号U8为高电平；当U6小于U7时，第三运算放大器N3输出信号U8为低电平；

开关电路5根据其控制端输入电压信号U8的电平状态，确定控制开关是否接通：

当控制端电压信号U8为高电平时，即目标角度和反馈角度的偏差绝对值大于死区电压时，开关接通，使开关电路5的输出端电压等于减法电路1的输出端的电压信号，这时，舵机目标角度电压信号U1与舵机输出角度反馈信号U2的误差电压信号U3可输入直流电机驱动模块6，直流电机驱动模块6输出占空比成正比的PWM脉宽调制信号，驱动控制舵机转动角度的有刷直流电机转动；

当控制端电压信号U8为低电平时，即目标角度和反馈角度的偏差绝对值小于死区电压时，开关断开，开关电路5的输出端电压信号U9被第十五下拉电阻R15下拉为0V，直流电机驱动模块6输出PWM脉宽调制信号的占空比为0，即没有电压加载于控制舵机转动角度的有刷直流电机上，有刷直流电机不工作；

实现了在死区电压下，不向控制舵机转动角度的有刷直流电机输出电压，不会产生出尖锐的电磁噪声。