CN102053630A - 直流无刷电机纠偏控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流无刷电机纠偏控制装置及系统，所述装置包括顺序连接的用于采集物料行进位置的纠偏传感器、用于采集纠偏传感器数据和控制纠偏执行器动作的纠偏控制器和用于将物料拉回正常位置的纠偏执行器；纠偏执行器包括直流无刷电机；纠偏控制器包括编码盘检测模块、电流检测模块、DSP处理器、PWM电平转换电路模块和功率驱动模块，DSP处理器通过PWM电平转换电路和功率驱动模块驱动纠偏执行器工作；DSP处理器根据电机编码盘的状态和电机的转速值使编码盘在多个状态下闭环切换。本发明在不采用限位开关的前提下通过编码器的状态切换精确定位，且能够跟随直流无刷电机的转动速度进行闭环控制。

Description

直流无刷电机纠偏控制装置及系统

技术领域

本发明涉及电子领域，尤其涉及一种直流无刷电机纠偏控制装置及系统。

背景技术

在纠偏控制系统中一般采用直流伺服电机或者步进电机为动力源。中国发明专利申请号为：“200810163875.8”，名称为：“位置跟踪式纠偏伺服执行器”中公开了一种位置跟踪式纠偏伺服执行器，其以直流伺服电机为执行元件，其动力轴经连轴器与滚珠丝杆连接，丝杆的螺母与套在丝杆外的中空的推杆连接，丝杆螺母与直线导轨配合活动连接，将电机的旋转运动转换成推杆的直线运动；在联轴器处安装有圆形码盘，码盘在槽形光电开关的槽中转动以检测推杆的运动，壳体内还设置有三个分别检测杆运动的前限位、后限位、及剧中信号的霍尔开关，信号处理及控制电路板根据三个霍尔开关和光电开关及来自外部的指令实现对推杆位移的快速跟踪控制与保护。

在一种纠偏控制系统的方案中，采用直流伺服电机在纠偏控制系统中应用，采用简单的控制技术，即使用两条控制线和一项绕组，微控制器只要提供两路PWM信号就能控制电机，但是直流伺服电机存在以下缺点：

第一、电机通过传动机械使推杆做直线运动，两边有极限位置需要保护，在纠偏应用中需要回中功能(原点位置)。直流伺服电机采用的方法是：大部分采用光电或霍尔开关传感器，在两个极限位置和中心位置安装传感器，存在安装不便、调试困难的缺点，且影响美观。满足高端需求的做法是采用外加编码器，只做定位用。主要存在问题：电机非标需订做；外加编码器价格接近一个无刷电机价格；只做定位用实现不了位置跟随闭环控制。

第二、电机采用了碳刷，因碳刷容易磨损，而纠偏系统中应用时电机频繁正反转工作。直流伺服电机因碳刷问题使电机寿命短。

在另一种纠偏控制系统的方案中，采用步进电机在纠偏系统中应用，步进电机控制技术比直流伺服难一点，电机四根线两项绕组，微控制器只要提供四路PWM信号控制电机。但是步进电机控制系统存在以下缺点：

第一、电机通过传动机械使推杆做直线运动，两边有极限位置需要保护，在纠偏应用中需要回中功能(原点位置)。步进电机采用的方法是：大部分采用光电或霍尔开关传感器，在两个极限位置和中心位置安装传感器，存在不便安装、调试操作困难，且影响美观。

第二、步进电机工作中，电机外壳温升快，发热严重，能源使用效率低。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种直流无刷电机纠偏控制装置及系统，所述装置及系统能够采用无刷电机克服碳刷易磨损的缺陷，在不采用限位光电开关的前提下精确定位，且能够跟随速度进行闭环控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种直流无刷电机纠偏控制装置，包括顺序连接的用于采集物料行进位置的纠偏传感器、用于采集纠偏传感器数据和控制纠偏执行器动作的纠偏控制器和用于将物料拉回正常位置的纠偏执行器；所述纠偏执行器包括直流无刷电机；所述纠偏控制器包括编码盘检测模块、电流检测模块、DSP处理器、PWM电平转换电路模块和功率驱动模块，编码盘检测模块对电机编码盘的多个状态进行检测，并将检测结果送入DSP处理器中；所述电流检测模块实时检测纠偏执行器的工作电流并将检测结果送入DSP处理器中，所述DSP处理器根据电流检测模块测得的电流值，通过PWM电平转换电路和功率驱动模块驱动纠偏执行器工作；所述DSP处理器还根据直流无刷电机的转速值使编码盘在多个状态下闭环切换。

其中，所述编码盘具有12个状态。

其中，所述纠偏传感器为光电传感器或者超声波传感器。

其中，所述DSP处理器与PWM电平转换电路之间通过六通道连接。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种直流无刷电机纠偏控制系统，所述系统包括直流无刷电机纠偏装置和控制程序包，所述直流无刷电机纠偏装置包括顺序连接的用于采集物料行进位置的纠偏传感器、用于采集纠偏传感器数据和控制纠偏执行器动作的纠偏控制器和用于将物料拉回正常位置的纠偏执行器；所述纠偏执行器包括直流无刷电机；所述纠偏控制器包括编码盘检测模块、电流检测模块、DSP处理器、PWM电平转换电路模块和功率驱动模块，编码盘检测模块对电机编码盘的多个状态进行检测，并将检测结果送入DSP处理器中；所述电流检测模块实时检测纠偏执行器的工作电流并将检测结果送入DSP处理器中，所述DSP处理器根据电流检测模块测得的电流值，通过PWM电平转换电路和功率驱动模块驱动纠偏执行器工作；所述DSP处理器还根据直流无刷电机的转速值使编码盘在多个状态下闭环切换。

其中，所述编码盘具有12个状态。

其中，所述纠偏传感器为光电传感器或者超声波传感器。

其中，所述DSP处理器与PWM电平转换电路之间通过六通道连接。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的伺服电机和步进电机纠偏系统寿命短且需要采用光电开关或限位开关定位，且不能跟随速度进行闭环控制的缺陷，本发明采用直流无刷电机克服碳刷易磨损的缺陷，在不采用限位开关的前提下通过编码器的状态切换精确定位，且能够跟随直流无刷电机的转动速度进行闭环控制。

进一步地，直流无刷电机可实现跟随速度闭环控制，放卷和收卷物料重量随生产的时间重量不一，通过跟随速度闭环控制实现整卷材料较高的纠偏精度。

附图说明

图1是本发明流无刷电机纠偏控制装置实施例的结构方框图；

图2是本发明流无刷电机纠偏控制装置实施例的工作原理框图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

DSP处理器，是指数字信号处理器。

PWM，脉冲宽度调制，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

步进电机控制系统满足高端需求的做法采用外加编码器，只做定位用。主要存在问题：电机非标需订做；外加编码器价格接近一个无刷电机价格；只做定位用实现不了位置跟随闭环控制。

请参阅图1，本发明的直流无刷电机纠偏控制装置，包括顺序连接的用于采集物料行进位置的纠偏传感器10、用于采集纠偏传感器数据和控制纠偏执行器动作的纠偏控制器12和用于将物料拉回正常位置的纠偏执行器11；所述纠偏执行器11包括直流无刷电机111；所述纠偏控制器12包括编码盘检测模块121、电流检测模块122、DSP处理器123、PWM电平转换电路模块124和功率驱动模块125，编码盘检测模块121对电机编码盘的多个状态进行检测，并将检测结果送入DSP处理器123中；所述电流检测模块122实时检测纠偏执行器11的工作电流并将检测结果送入DSP处理器123中，所述DSP处理器123根据电流检测模块122测得的电流值，通过PWM电平转换电路124和功率驱动模块125驱动纠偏执行器11工作；所述DSP处理器123还根据直流无刷电机的转速值使编码盘在多个状态下闭环切换。

在一实施例中，所述编码盘具有12个状态。这12个状态时电机转一圈，编码器输出的状态二进制编码表象为：001、011、010、110、100、101、001、011、010、110、100、101。电机启动前，电机所在位置是12种状态中的一种，根据状态位置直接启动电机。

在一实施例中，所述纠偏传感器为光电传感器或者超声波传感器。光电传感器检测物料是否在中间是通过硅光板挡住的面积变化产生的光电信号完成的。

在一实施例中，所述DSP处理器与PWM电平转换电路之间通过六通道连接。

本发明的直流无刷电机纠偏控制系统，所述系统包括直流无刷电机纠偏装置和控制程序包，请参阅图1，所述直流无刷电机纠偏装置包括顺序连接的用于采集物料行进位置的纠偏传感器10、用于采集纠偏传感器数据和控制纠偏执行器动作的纠偏控制器12和用于将物料拉回正常位置的纠偏执行器11；所述纠偏执行器11包括直流无刷电机111；所述纠偏控制器12包括编码盘检测模块121、电流检测模块122、DSP处理器123、PWM电平转换电路模块124和功率驱动模块125，编码盘检测模块121对电机编码盘的多个状态进行检测，并将检测结果送入DSP处理器123中；所述电流检测模块122实时检测纠偏执行器11的工作电流并将检测结果送入DSP处理器123中，所述DSP处理器123根据电流检测模块122测得的电流值，通过PWM电平转换电路124和功率驱动模块125驱动纠偏执行器11工作；所述DSP处理器123还根据直流无刷电机的转速值使编码盘在多个状态下闭环切换。

区别于现有技术的伺服电机和步进电机纠偏系统寿命短且需要采用光电开关或限位开关定位，且不能跟随速度进行闭环控制的缺陷，本发明采用直流无刷电机克服碳刷易磨损的缺陷，在不采用限位开关的前提下通过编码器的状态切换精确定位，且能够跟随直流无刷电机的转动速度进行闭环控制。直流无刷电机可实现跟随速度闭环控制，放卷和收卷物料重量随生产的时间重量不一，通过跟随速度闭环控制实现整卷材料较高的纠偏精度。

在一实施例中，所述编码盘具有12个状态。这12个状态时电机转一圈，编码器输出的状态二进制编码表象为：001、011、010、110、100、101、001、011、010、110、100、101。电机启动前，电机所在位置是12种状态中的一种，根据状态位置直接启动电机。

在一实施例中，所述纠偏传感器10为光电传感器或者超声波传感器。光电传感器检测物料是否在中间是通过硅光板挡住的面积变化产生的光电信号完成的。

参见图2，本发明的纠偏工作原理：首先光电传感器检测到物料不在传感器的中间，把信号反馈给纠偏控制器，纠偏控制器根据偏移位置的大小和方向决定纠偏执行器中电机的跟随速度和方向，控制器通过检测实际速度与控制速度是否相符，如果不符，控制PWW占空比，进入下一个判断动作循环来回，电机带动物料移动。物料移动进入纠偏动作下一个循环来回。

在一实施例中，所述DSP处理器123与PWM电平转换电路124之间通过六通道连接。

本发明借助编码盘实现纠偏执行器位置控制，纠偏执行器做一次自动行程测量，配合纠偏控制器的限位参数设定，就可以确定纠偏限位点。在使用纠偏系统时，为了保证纠偏执行器的安全，往往会设置一个“限位参数”。两边的极限位置距离值减去限位参数值，即为纠偏执行器可移动的位置。设定限位参数达到了极限位置保护功能，同时实现回中功能。

自动行程测量：纠偏执行器自动运行到一边的极限位置停止，然后运行到另一边极限位置停止，最后回到中间停止。提示自动行测量成功，此位置为默认中心位置。

回中功能：纠偏执行器往设备的中心点运行，到达中心点后停上，方便换物料时使用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种直流无刷电机纠偏控制装置，其特征在于：包括顺序连接的用于采集物料行进位置的纠偏传感器、用于采集纠偏传感器数据和控制纠偏执行器动作的纠偏控制器和用于将物料拉回正常位置的纠偏执行器；

所述纠偏执行器包括直流无刷电机；

所述纠偏控制器包括编码盘检测模块、电流检测模块、DSP处理器、PWM电平转换电路模块和功率驱动模块，编码盘检测模块对电机编码盘的多个状态进行检测，并将检测结果送入DSP处理器中；所述电流检测模块实时检测纠偏执行器的工作电流并将检测结果送入DSP处理器中，所述DSP处理器根据电流检测模块测得的电流值，通过PWM电平转换电路和功率驱动模块驱动纠偏执行器工作；所述DSP处理器还根据直流无刷电机的转速值使编码盘在多个状态下闭环切换。

2.根据权利要求1所述的直流无刷电机纠偏控制装置，其特征在于：所述编码盘具有12个状态。

3.根据权利要求1或2所述的直流无刷电机纠偏控制装置，其特征在于：所述纠偏传感器为光电传感器或者超声波传感器。

4.根据权利要求3所述的直流无刷电机纠偏控制装置，其特征在于：所述DSP处理器与PWM电平转换电路之间通过六通道连接。

5.一种直流无刷电机纠偏控制系统，其特征在于：所述系统包括直流无刷电机纠偏装置和控制程序包，所述直流无刷电机纠偏装置包括顺序连接的用于采集物料行进位置的纠偏传感器、用于采集纠偏传感器数据和控制纠偏执行器动作的纠偏控制器和用于将物料拉回正常位置的纠偏执行器；

所述纠偏执行器包括直流无刷电机；

所述纠偏控制器包括编码盘检测模块、电流检测模块、DSP处理器、PWM电平转换电路模块和功率驱动模块，编码盘检测模块对电机编码盘的多个状态进行检测，并将检测结果送入DSP处理器中；所述电流检测模块实时检测纠偏执行器的工作电流并将检测结果送入DSP处理器中，所述DSP处理器根据电流检测模块测得的电流值，通过PWM电平转换电路和功率驱动模块驱动纠偏执行器工作；所述DSP处理器还根据直流无刷电机的转速值使编码盘在多个状态下闭环切换。

6.根据权利要求5所述的直流无刷电机纠偏控制系统，其特征在于：所述编码盘具有12个状态。

7.根据权利要求5或6所述的直流无刷电机纠偏控制系统，其特征在于：所述纠偏传感器为光电传感器或者超声波传感器。

8.根据权利要求7所述的直流无刷电机纠偏控制系统，其特征在于：所述DSP处理器与PWM电平转换电路之间通过六通道连接。

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