CN101674041A - 一种无刷直流电机控制器 - Google Patents

Abstract

一种无刷直流电机控制器，包括电源稳压电路、电池检测电路、微控制器、油门伺服信号接收端、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路，所述微控制器与油门伺服信号接收端、电池检测电路、电源稳压电路、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路相连；所述电池检测电路分别还与电池、电源稳压电路、功率驱动电路相连；所述电源稳压电路还与显示电路相连；所述电机端电压检测电路还与功率驱动电路、无刷直流电机相连。本发明所述无刷直流电机控制器能控制无刷直流电机的启动而无需转子位置传感器，能调节无刷直流电机转动的速度。此发明可用于家用电器、电动车、航模。

Description

一种无刷直流电机控制器

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机控制器，尤其涉及一种可用于航模、车辆玩具的能控制无刷直流电机并调节电机转动速度的控制器。

背景技术

一般用于航空模型的直流电机控制电路，都不对电机和负载的参数进行检测，因此任何时候接上任何电机，都是按照一样的程序启动。这样对电机性能和负载相差较大的具体应用来说，可能会有时无法顺畅启动，甚至是无法启动。

当控制油门的无线电波受到干扰时，或者对于某些发射接收机来说，当发射机关闭时，接收机会输出无效的脉宽信号，这时油门是无效的。这种情况下，市面上的微控制器就随着无效的脉宽信号控制电机时大时小或者时开时关。

市面上的微控制器除了可以设置刹车、超前角等运行时固定的参数外，并不能将转速等实时变化的参数告知用户。用户只能使用仪器才能得知电机的转速以及微控制器的温度。在给微控制器设置一些用户参数的时候，我们可以使用油门、按键作为输入，显示电路、声音作为输出。在输入参数的细节上，市面上的微控制器是这样的：程序每隔一小段时间就将数字加1，当数字跳到用户需要的数字时，用户通过油门或者按键等方式确认；或者每按一次按键数字加1，当跳到需要的数字时，用户确认；或者使用编程卡，在卡里编好参数直接导入微控制器。可是前两者对设置较大的数字比较麻烦，例如要设置一个4500的KV每伏所得转速值，步长为50，需要等待数字跳变45次，或者按键按45次，这是相当麻烦的事情；而第三者又增加了成本和用户使用的复杂性。

用户参数是在电机启动之前先设置好的，甚至是只在刚上电的时候才可以进行设置。市面上未见过在电机运转的过程中可以对参数进行在线更新的。

当微控制器用在直升飞机模型上时，为了使得飞机操作简单，人们想出了一个稳速的功能。即当达到一定条件，电机的转速自动调节在一个转速上，这样就可以多点注意力控制飞机的其他通道，这对初学者尤为有用。市面上的微控制器，开启了稳速功能，并设定好稳定的速度(例如5000转/分钟)，以及油门门限(如下限70％，上限80％)后，当油门大于80％后，程序自动将转速稳定在5000转/分钟；当油门小于70％后，程序自动退出稳速状态。这个缺点是稳定的速度只是一个点(例如5000转/分钟)，对不同负载统统使用相同的速度点，在实际航模控制上并不好用。

发明内容

本发明是为了解决以往航空模型的无刷直流电机控制器，不能智能地检测电机负载的大小以及转动惯量，并根据电机负载值和转动惯量值自适应地控制电机的启动；不能智能地辨别油门伺服信号的有效性；不能实时地显示电机的温度、电池电压、电子换相速度、电机实际转速、油门伺服信号的大小、驱动电压PWM占空比等参数；不能利用微控制器和油门伺服信号接收端，在设置参数时辅助调节数字的增减以及增减的快慢；不能在线更新各种参数设置而无须停机；不能根据油门伺服信号的大小实现自动稳速功能等问题。

为了解决上述问题，本发明的技术问题，采用以下方案实现：

一种直流电机控制电路，所述的无刷直流电机控制器包括电源稳压电路、电池检测电路、微控制器、油门伺服信号接收端、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路，所述微控制器与油门伺服信号接收端、电池检测电路、电源稳压电路、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路相连，所述电池检测电路分别还与电池、电源稳压电路、功率驱动电路相连，所述电源稳压电路还与显示电路相连，所述电机端电压检测电路还与功率驱动电路、无刷直流电机相连，所述无刷直流电机控制器能控制无刷直流电机的启动而无需转子位置传感器，能调节无刷直流电机转动的速度。

所述微控制器、功率驱动电路和电机端电压检测电路对电机负载和转动惯量大小进行检测，根据检测到的电机负载值和转动惯量值自适应地启动电机，以及闭环控制电机的加减速。

所述微控制器和油门伺服信号接收端能实时检测油门伺服信号，丢弃掉无效信号。

所述微控制器和油门伺服信号接收端，能在设置参数时辅助调节数字的增减以及增减的快慢。

所述微控制器还能在线更新控制器的各种参数，而无需停机，更新的参数包括超前角度、油门反应速度、刹车和低电压保护门限。

所述微控制器、功率驱动电路、电机端电压检测电路和油门伺服信号接收端能根据油门伺服信号占最大值的百分比来调整输给电机的功率，从而让电机稳定在预定的转速上。

所述显示电路能实时地显示电机的温度、电池电压、电子换相速度、电机实际转速、油门伺服信号的大小、驱动电压PWM占空比等参数。

所述显示电路可以换为数字发射模块，通过无线电传给接收端，从而在无线接收端显示出所有参数。

本发明为一种无刷直流电机控制器，能自适应的控制不同电机；能辨别油门伺服信号的有效性；可随时观察所述电机的温度、电池电压、电子换相速度、电机实际转速、油门伺服信号的大小、驱动电压PWM占空比等参数；能利用微控制器和油门伺服信号接收端，在设置参数时辅助调节数字的增减以及增减的快慢；能在线更新参数；能改进自动稳速功能；实现简单，成本低廉，控制过程易实现。

附图说明

图1本发明的系统框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。一种无刷直流电机控制器，包括电源稳压电路、电池检测电路、微控制器、油门伺服信号接收端、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路，所述微控制器与油门伺服信号接收端、电池检测电路、电源稳压电路、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路相连，所述电池检测电路分别还与电池、电源稳压电路、功率驱动电路相连，所述电源稳压电路还与显示电路相连，所述电机端电压检测电路还与功率驱动电路、无刷直流电机相连。

如图1所示，要实现自适应地控制不同电机，采用以下方案：1，当接上电机或者每一次给微控制器上电时，程序首先输出检测波形；2，反馈自动计算电机最优的、稳定的加速曲线和快速启动的加速力度等参数；3，记录电机连接状态。当待机时，微控制器输出待机波形，从反馈回来的波形识别电机是否连接着微控制器。若电机一直保持连接着微控制器，则每次启动将使用已经计算好的参数。

如图1所示，要实现智能地辨别油门伺服信号的有效性，采用以下方案：利用油门伺服信号接收端，实时监视油门伺服信号的脉宽，对偶尔出现的无效信号，丢弃；对较短时间内出现较多无效信号的情况则认为油门伺服信号是无效的；并且在接下来的时间里设定一个较高的门限，只有信号的脉宽超过比较高的界限，才认为油门伺服信号是有效的。这样就很好的辨别了油门伺服信号的有效性，若油门伺服信号无效则不随它的无效信号而动作。

实现随时观察各种参数，采用以下方案：微控制器采用事先约定好的格式将自身实时变化的参数通过输入输出I/O口往外传送。当电机停止运转时，微控制器时刻将温度、电池电压参数往外传送；当电机在运转时，除了将这两个参数往外传送之外，还将电子换相速度、电机实际转速、油门值、电池电压、驱动电压PWM占空比等参数往外传送。在微控制器上接一个显示电路，显示这些参数，也可以将显示电路换为一个数字发射模块，通过无线电传给接收端，从而在无线接收端显示出参数。

实现油门辅助大数字参数设置，采用以下方案：使用油门来控制数字的增减以及增减的快慢，微控制器上增加一个的按键来辅助参数设置。当控制油门的摇杆拨在中间时，数字不增减；当往上拨时，数字增加，且越往上拨，数字增加得越快；当往下拨时与往上拨类似。

实现在线更新参数，采用以下方案：航模在做某些动作时将超前角设置为低，当需要电机加速更快、转速更快时，可以在线将超前角设为高，这中间无需降落航模，且可以在瞬间完成。其中修改并发射参数的模块可以并到油门发射机里面去。

改进自动稳速功能，采用以下方案：

1，电机调速电路预先设定参数，让程序自动得到最大转速Max_Speed。用户预先向程序输入电机的KV每伏所得转速值、飞机齿轮比、截取比例，例如0.65、油门门限，例如下限20％，上线30％，这个可以都设为零，此时一启动电机就进入稳速状态。程序算出理论上电机的最大速度

最大转速Max_Speed＝KV值*电池电压*齿轮比*截取比例

2，稳定的速度点由油门的大小决定，当油门大于上限，例如当油门为35％时，电机进入了稳速状态，程序控制它稳定在最大转速Max_Speed*35％，如果油门不变，则这个速度不变；如果油门加大，那么这个稳速点也会加大，例如当油门为85％时，电机就稳定在最大转速Max_Speed*85％。当油门小于下限值(例如20％)时，自动退出稳速状态。

Claims (8)

1、一种无刷直流电机控制器，其特征在于，所述的无刷直流电机控制器包括电源稳压电路、电池检测电路、微控制器、油门伺服信号接收端、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路，

所述微控制器与油门伺服信号接收端、电池检测电路、电源稳压电路、按键、显示电路、功率驱动电路、电机端电压检测电路相连；

所述电池检测电路分别还与电池、电源稳压电路、功率驱动电路相连；所述电源稳压电路还与显示电路相连；

所述电机端电压检测电路还与功率驱动电路、无刷直流电机相连；

所述无刷直流电机控制器能控制无刷直流电机的启动而无需转子位置传感器，能调节无刷直流电机转动的速度。

2、根据权利要求1所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述微控制器、功率驱动电路和电机端电压检测电路对电机负载和转动惯量大小进行检测，根据检测到的电机负载值和转动惯量值自适应地启动电机，以及闭环控制电机的加减速。

3、根据权利要求2所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述微控制器和油门伺服信号接收端能实时检测油门伺服信号，丢弃掉无效信号。

4、根据权利要求3所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述微控制器和油门伺服信号接收端，能在设置参数时辅助调节数字的增减以及增减的快慢。

5、根据权利要求4中所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述微控制器还能在线更新控制器的各种参数，而无需停机，更新的参数包括超前角度、油门反应速度、刹车和低电压保护门限。

6、根据权利要求5所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述微控制器、功率驱动电路、电机端电压检测电路和油门伺服信号接收端能根据油门伺服信号占最大值的百分比来调整输给电机的功率，从而让电机稳定在预定的转速上。

7、根据权利要求1或2或3或4或5或6中任一项所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述显示电路能实时地显示电机的温度、电池电压、电子换相速度、电机实际转速、油门伺服信号的大小、驱动电压PWM占空比等参数。

8、根据权利要求7所述的无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述显示电路可以换为数字发射模块，通过无线电传给接收端，从而在无线接收端显示出所有参数。