CN101552586A

CN101552586A - 基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法

Info

Publication number: CN101552586A
Application number: CNA2009100688044A
Authority: CN
Inventors: 王春宣; 刘占军
Original assignee: Tianjin Jiajie Electronics Co Ltd
Current assignee: Tianjin Jiajie Electronics Co Ltd
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2009-05-11
Publication date: 2009-10-07

Abstract

本发明属于安防监控摄像机的技术领域，本发明的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，包括根据三个霍耳元件中的任意霍耳元件电平信号的边沿与其它霍耳元件电平信号的边沿关系得到运动方向信息阶段；结合运动方向，对霍耳元件电平信号边沿的个数进行加、减法计数得到电机旋转的位置信息阶段；测量霍耳电平信号的相邻的两个边沿的时间间隔得到速度信息阶段。利用本发明的控制方法控制的转台，仅由无刷直流电机和电机控制器构成，不需要外置传感器，即可实现位置和速度的闭环控制，大大降低成本，调速范围宽，调速平稳，反应迅速，位置记录准确、可靠，不会丢步，载重量大，功耗低。

Description

基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法

技术领域：

本发明属于安防监控摄像机的技术领域，特别是涉及一种基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法。

背景技术：

安防监控摄像机的转台的一般控制方法是使用有刷直流电机配合编码器或者电位器，实现闭环控制，或者使用工频交流电机或者使用步进电机驱动转台，这些方法或者成本高，可靠性差，或者采用开环控制，位置无法保证准确。

随着电子技术和电机技术的发展，小功率的无刷直流电机以其高功率密度、高可靠性和良好的调速性能正渐渐取代传统的电机，电机的伺服控制也越来越广泛。如附图1所示，典型的无刷直流电机的伺服控制系统包括无刷直流电机、电机控制器、位置或速度传感器。无刷直流电机由电机霍耳、永磁体和电枢构成；电机控制器由位置解码和功率输出部分、传感器信号采集部分和控制部分构成；传感器可以是位置反馈型或者速度反馈型，比如光电编码器、旋转变压器等，在应用中传感器和无刷直流电机以一定的方式连接起来，使无刷直流电机在拖动负载转动时，同样拖动传感器转动，这样传感器输出的信号就与电机的转动产生了关系。电机控制器不断对电机的霍耳反馈信号进行解码，然后根据解码值给无刷直流电机的相应线圈供电，使电机能够连续运转；同时电机控制器持续采集传感器的信息，得到电机的转速、转数、旋转方向等信息；最后电机控制器结合控制端的控制要求，决定电机加速、减速、停止、刹车、反转等动作的执行，从而实现对电机的闭环控制。这种结构比较复杂、电机控制器采集的信号多，运算复杂，同时成本较高。

发明内容：

本发明为了解决上述技术中存在的技术问题，简化结构、降低成本，而提供本一种基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法。

本发明为了解决上述技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明的一种基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，该控制方法的结构包括带霍尔无刷直流电机、电机控制器；其中带霍尔无刷直流电机包括永磁体、电枢和电机霍尔；电机霍尔包括三个霍耳元件；电机控制器包括功率输出部分、电机位置解码部分和控制部分；其控制方法包括电机控制器对无刷直流电机的霍耳元件所发出的电平信号进行解码，得到电机转子的电气角度，对电机进行合理驱动；其中包括根据三个霍耳元件中的任意霍耳元件电平信号的边沿与其它霍耳元件电平信号的边沿关系得到运动方向信息阶段；可以根据在任意一个霍耳元件电平信号的边沿对其它霍耳元件的电平信号的边沿关系进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息；也可以根据任意两个霍耳元件电平信号的边沿对其它霍耳元件的电平信号的边沿关系进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息；还可以通过对三个霍耳元件电平信号的边沿关系同时进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息。结合运动方向，对霍耳元件电平信号边沿的个数进行加、减法计数得到电机旋转的位置信息阶段；测量霍耳电平信号的相邻的两个边沿的时间间隔得到速度信息阶段；可以测量同一个霍耳元件电平信号相邻的两个边沿的时间间隔，得到电机及电机拖动的部件的运动速度；也可以测量一个霍耳元件电平信号的边沿相对其它霍耳元件的电平信号边沿的时间间隔，得到电机及电机拖动的部件的运动速度。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，仅由无刷直流电机和电机控制器构成，不需要外置传感器，大大降低成本，调速范围宽，调速平稳，反应迅速，位置记录准确、可靠，不会丢步，载重量大，功耗低。

附图说明

图1是现有技术的伺服控制转台的结构框图，

图2是本发明的伺服控制转台的结构框图，

图3是本发明的一具体实施例伺服控制转台的结构框图，

图4是本发明的三个霍耳元件电平信号边沿的位置图，

图5是本发明的伺服控制转台的流程图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

图2是本发明的伺服控制转台的结构框图，图3是本发明的一具体实施例伺服控制转台的结构框图，图4是本发明的三个霍耳元件电平信号边沿的位置图，图5是本发明的伺服控制转台的流程图。

本发明的一种基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，如附图2所示：该控制方法的结构包括带霍尔无刷直流电机1、电机控制器2；其中带霍尔无刷直流电机包括永磁体、电枢和电机霍尔3；电机霍尔包括三个霍耳元件；电机控制器包括位置解码和功率输出部分4和控制部分5。

具体实施例，如附图3所示：其结构包括有分别用于拖动转台在水平、垂直两个方向转动的两个带霍尔无刷直流电机(简称电机)10、60，两个电机10、60分别各设置有电机霍尔20、50；两个电机10、60分别各设置有水平零点开关30和垂直零点开关40；分别作为水平、垂直角度的零点，还设置有转台解码器100(也叫控制电路板)；由水平方向位置解码和功率输出部分70(也叫水平电机驱动电路)；垂直方向位置解码和功率输出部分80(也叫垂直驱动电路)；主控芯片(C8051F410)90。水平、垂直驱动电路70、80接受主控芯片90的控制信号，根据电机霍耳20、50的信号，分别驱动水平电机10和垂直电机60的动作，主控芯片90根据电机霍尔20、50的信号和水平零点开关30、垂直零点开关40的信号，确定转台当前的水平、垂直的位置和两个电机的转速，主控芯片90再根据外部发来的控制命令输出控制信号到两个电机驱动电路70、80，进而控制电机10、60运转。

具体的控制方法如附图4、5所示，电机控制器对无刷直流电机的霍耳元件所发出的电平信号进行解码，得到电机转子的电气角度，对电机进行合理驱动；包括根据三个霍耳元件中的任意霍耳元件电平信号的边沿与其它霍耳元件电平信号的边沿关系得到运动方向信息阶段；可以根据在任意一个霍耳元件电平信号的边沿对其它霍耳元件的电平信号的边沿关系进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息；也可以根据任意两个霍耳元件电平信号的边沿对其它霍耳元件的电平信号的边沿关系进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息；还可以通过对三个霍耳元件电平信号的边沿关系同时进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息。结合运动方向，对霍耳元件电平信号边沿的个数进行加、减法计数得到电机旋转的位置信息阶段；测量霍耳电平信号的相邻的两个边沿的时间间隔得到速度信息阶段；可以测量同一个霍耳元件电平信号相邻的两个边沿的时间间隔，得到电机及电机拖动的部件的运动速度；也可以测量一个霍耳元件电平信号的边沿相对其它霍耳元件的电平信号边沿的时间间隔，得到电机及电机拖动的部件的运动速度。电机控制器对电机的霍耳元件所发出的电平信号进行解码，根据解码的结果对电机电枢中相应的电枢供电，使电机能够连续的旋转并输出力矩。因为电机的霍耳信号包含有电机永磁体、电枢的位置信息，如果我们能知道电机的极数和相数，就能从中换算出相邻的两个霍耳信号的编码值之间对应的电机轴的实际旋转角度，根据霍耳信号的编码特点，可以得到电机的旋转方向。因此，通过对霍耳信号的计数和解码，可以得到电机轴的位置、旋转的速度、方向等基本信息，从而实现无刷直流电机的伺服控制。对霍耳元件的具体处理方法如下：

如附图4所示：电机的3个霍耳元件电平信号(分别标记为HALL A，HALL B，HALL C)，L和R表示电机运转的方向，当电机按照方向L运行时，HALL A的上升沿对应HALL B和HALL C的低电平，而下降沿对应HALL B和HALL C的高电平；反之，当电机按照方向R运行时，HALL A的上升沿对应HALL B和HALL C的高电平，而下降沿对应HALL B和HALL C的低电平，用同样方法考虑HALL B和HALL C同样适用。因此，使用3个霍耳元件电平信号或者其中任意两个的组合，就可以得到电机实际的运行方向；对3个霍耳元件电平信号的边沿或者任意2个霍耳元件电平信号的组合的边沿或者任何一个霍耳元件电平信号的边沿计数和计时，配合方向信息，就可以得到电机沿某一方向转过的角度和旋转速度。从而实现位置和速度的闭环控制。

附图5显示了本发明的处理流程。ValueA是对霍耳元件电平信号HA的边沿个数计数的值。HA、HB指三个霍耳元件电平信号HA、HB、HC中的两霍耳元件电平信号，可以取HA、HB、HC三个霍耳元件电平信号中的任意两个信号来处理，本流程图只是取了HA、HB两个信号进行处理方法的举例，说明处理的流程。控制芯片检测HA的边沿，检测到HA的边沿后做如下三项处理：

I、读取并解析三个反馈霍耳信号组合的值，然后根据这个值给电机的相应的线圈供电，使电机能正常运转。

II、判断检测到的HA的边沿是上升沿还是下降沿，之后检测HB的电平的值，如果HA是上升沿且HB为高电平，或者HA为下降沿且HB为低电平，则ValueA减1；如果HA为上升沿且HB为低电平，或者HA为下降沿且HB为高电平，则ValueA加1。ValueA的值与电机相对于某一个零点转过的角度成正比。

III、清零定时器的值，待下次检测到HA的边沿后读取定时器的值，根据读取到的定时器的值计算得到电机的运转速度，作为调速的反馈。

与安防行业传统的带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法相比，这种带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，仅由无刷直流电机和电机控制器构成，不需要外置传感器，即可实现位置和速度的闭环控制，大大降低成本，调速范围宽，调速平稳，反应迅速，位置记录准确、可靠，不会丢步，载重量大，功耗低。

Claims

1、一种基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，该控制方法的结构包括带霍尔无刷直流电机、电机控制器；其中带霍尔无刷直流电机包括永磁体、电枢和电机霍尔；电机霍尔包括三个霍耳元件；电机控制器包括功率输出部分、电机位置解码部分和控制部分；其特征在于，其控制方法包括电机控制器对无刷直流电机的霍耳元件所发出的电平信号进行解码，得到电机转子的电气角度，对电机进行合理驱动；其中包括根据三个霍耳元件中的任意霍耳元件电平信号的边沿与其它霍耳元件电平信号的边沿关系得到运动方向信息阶段；结合运动方向，对霍耳元件电平信号的边沿的个数进行加、减法计数得到电机旋转的位置信息阶段；测量霍耳电平信号的相邻的两个边沿的时间间隔得到速度信息阶段。

2、根据权利要求1所述的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，其特征在于，根据任意一个霍耳元件电平信号的边沿对其它霍耳元件的电平信号的边沿关系进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息。

3、根据权利要求1所述的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，其特征在于，根据任意两个霍耳元件电平信号的边沿对其它霍耳元件的电平信号的边沿关系进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息。

4、根据权利要求1所述的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，其特征在于，通过对三个霍耳元件电平信号的边沿关系同时进行识别，得到电机及电机拖动部件运行的方向信息。

5、根据权利要求2、3、4任意一项所述的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，其特征在于，结合方向信息，对霍耳元件电平信号的边沿的个数进行加、减法计数，得到电机及电机拖动的部件相对于某一个起始点的位置。

6、根据权利要求1所述的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，其特征在于，测量同一个霍耳元件电平信号的相邻的两个边沿的时间间隔，得到电机及电机拖动的部件的运动速度。

7、根据权利要求1所述的基于带霍尔无刷直流电机的伺服转台的控制方法，其特征在于，测量一个霍耳元件电平信号的边沿相对其它霍耳元件的电平信号边沿的时间间隔，得到电机及电机拖动的部件的运动速度。