CN102761299A - 自动导引车辆混合驱动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种自动导引车辆混合驱动控制系统，其包括电池、控制模块、混合控制器、第一电机、第二电机、第三电机、电机判别电路、信号处理器及机械装置，第一电机和第二电机驱动机械装置运动；第三电机为自动装载电机；控制模块为一双核控制器，其包括ADSP电路及FPGA电路；第一至第三电机为直流电机或无刷直流电机；电机判别电路连接至第一电机、第二电机及第三电机的输出端，以根据第一电机、第二电机及第三电机的输出信号判断电机类型；电机判别电路进一步与控制模块、混合控制器通信连接，以将判断的电机类型结果传送至控制模块及混合控制器。
Description
技术领域
本发明是有关于自动导引车辆（AGV，Automated Guided Vehicle）技术领域，且特别是有关于一种自动导引车辆混合驱动控制系统。
背景技术
自动导引车辆(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员且以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道来设立其行进路线，电磁轨道黏贴于地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的信息进行移动与动作。
一般AGV都具有多个电机驱动其运动，如图1。图1为现有技术的AGV驱动控制系统的方框图。现有技术中，AGV的驱动控制系统包括电池11、控制模块12、电机控制器13、第一电机14、第二电机15、第三电机16、信号处理器17及机械装置18。电池11为供电装置，为整个系统的工作提供工作电压。控制模块12内置控制程序及控制电路，发出控制信号至电机控制器13，电机控制器13分别控制第一电机14、第二电机15及第三电机16的工作，第一电机14、第二电机15又分别用于驱动设于AGV车体的机械装置17进行X方向（水平）和Y方向（垂直）的运动。第三电机16为自动装载电机，用于自动装载货物和自动卸载货物。其中，第一电机14、第二电机15和第三电机16的驱动信号经过信号处理器17合成之后，控制机械装置17的运动。电池11进一步与第一电机14、第二电机15及第三电机16的输出端连接，且控制模块12进一步分别连接至第一电机14输出端和电池11之间的连接点，第二电机15输出端和电池11之间的连接点，及第三电机16输出端和电池11之间的连接点。其中，控制模块12为数字信号处理（DSP，digital signal processor）芯片。
为了兼顾灵活性、功率、效率、功率密度、速度和性价比等方面，此AGV伺服驱动系统经常采用直流电机和直流无刷电机。
图2为现有技术中直流电机的驱动控制系统的方框图。直流电机把蓄电池的储能转化为机械能驱动小车沿着轨道行驶，外部电源通过电机的正负提供能源供其运转，主控制器输入两路脉宽调制信号PWM1和PWM2至功率驱动电路，功率驱动电路为开关电路，其依据输入的两路脉宽调制信号PWM1和PWM2打开两路控制开关，以控制直流电机。在这个系统中为了能够实现精确的伺服控制，直流电机的电路中一般要加入编码器或光码盘，编码器或光码盘输出两路信号A和B，位置解码器将该两路信号A和B解码得出电机运转速度、方向等信息，并将该信息输入至主控制器，主控制器进而控制电机运转速度、方向的改变。
图3为现有技术中无刷直流电机的驱动控制系统的方框图。直流无刷电机把蓄电池的储能转化为机械能驱动小车沿着轨道行驶，与直流电机不同的是，三相外部电源通过无刷直流电机的三个输入端提供能源供其运转，主控制器输入三路脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3至功率驱动电路，功率驱动电路为开关电路，其依据输入的三路脉宽调制信号PWM1、PWM2、PWM3打开三相控制开关，以控制直流无刷电机。在这个系统中为了能够实现精确的伺服控制，无刷直流电机一般采用三个霍尔传感器，对电机测速，并将测到的信号H1、H2、H3输入至位置解码器，得出电机的位置信息，并传送至主控制器，主控制器进而控制电机运转速度、方向。
为了经济使用考虑，一般的AGV小车均采用直流电机和直流无刷电机混合使用，由长时间运行发现存在以下问题，即：
从图2和图3中可以看出，直流无刷电机的工作原理和直流有刷电机类似，但是他们的驱动电路和PWM信号生成完全不同。由于采用了直流电机与直流无刷电机的混合使用，所以需要两个独立的控制器，并且需要切换。
即使在一些性能较高的AGV小车中，使用者还是需要在软件中定义这些电机的类型，如果定义错误的话，将会烧坏电机，更不方便的是，如果更换了另外一种电机，使用者还需要重新更新程序。
因此，对于现有的多电机AGV系统需要设计一个混合驱动器，并且可以自动判别电机的类型，并省去使用者对程序的任何更改。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种自动导引车辆混合驱动控制系统，其可驱动不同类型的电机。
本发明提出一种自动导引车辆混合驱动控制系统，其包括电池、控制模块、混合控制器、第一电机、第二电机、第三电机、电机判别电路、信号处理器及机械装置，第一电机和第二电机驱动机械装置运动；第三电机为自动装载电机；控制模块为一双核控制器，其包括ADSP电路及FPGA电路；第一至第三电机为直流电机或无刷直流电机；电机判别电路连接至第一电机、第二电机及第三电机的输出端，以根据第一电机、第二电机及第三电机的输出信号判断电机类型；电机判别电路进一步与控制模块、混合控制器通信连接，以将判断的电机类型结果传送至控制模块及混合控制器。
在本发明的一个实施例中，所述控制模块发出控制信号至混合控制器，混合控制器分别控制第一电机、第二电机和第三电机的工作；第一电机、第二电机和第三电机的驱动信号经过信号处理器合成之后，控制机械装置的运动。
在本发明的一个实施例中，所述电池进一步与第一电机、第二电机和第三电机的输出端连接，且控制模块进一步分别连接至第一电机输出端和电池之间的连接点，第二电机输出端和电池之间的连接点，及第三电机输出端和电池之间的连接点。
在本发明的一个实施例中，所述第一电机、第二电机或第三电机输出的霍尔传感信号为第一输出信号时，电机判别电路判断出此第一电机、第二电机或第三电机的类型是直流电机。
在本发明的一个实施例中，所述第一输出信号包括的三个霍尔传感信号均为0。
在本发明的一个实施例中，所述第一电机、第二电机或第三电机输出的霍尔传感信号为第二输出信号时，电机判别电路判断出此第一电机、第二电机或第三电机的类型是无刷直流电机。
在本发明的一个实施例中，所述第二输出信号包括的三个霍尔传感信号不全为0。
在本发明的一个实施例中，所述电机判别电路包括若干逻辑电路及触发器，该些若干逻辑电路及触发器以混合控制算法实现第一输出信号及第二输出信号的判断，其中，一脉宽调制信号信号及电机的霍尔传感信号从一第一逻辑电路输入，经第一至第四触发器及第二、三逻辑电路，最后由第五触发器输出判断结果。
在本发明的一个实施例中，所述判断结果输出至控制模块及混合控制器，控制模块及混合控制器根据电机类型对第一电机、第二电机、第三电机进行控制。
本发明所述的AGV混合驱动控制系统，支持直流电机和直流无刷电机的混合驱动控制，为了提高运算速度，保证AGV系统的稳定性和可靠性，本发明的控制模块42使用基于DSP+FPGA的双核控制器。充分考虑电机类型的不同，加入电机判别电路，使用混合驱动控制算法，实现单一控制器同步发送多轴直流电机和直流无刷电机控制信号的功能。由于加入了电机判别电路，系统会自动识别直流电机和直流无刷电机，避免了烧坏电机情况的发生。电机判别电路通过利用混合控制算法，不用更改DSP和FPGA中的软件，此驱动器可以同时驱动多个直流电机和直流无刷电机，实现真正功能上的多轴同时联动。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为现有技术的AGV驱动控制系统的方框图。
图2为现有技术中直流电机的驱动控制系统的方框图。
图3为现有技术中无刷直流电机的驱动控制系统的方框图。
图4为本发明较佳实施例的AGV混合驱动控制系统的方框图。
图5为本发明较佳实施例的电机第一输出信号的霍尔传感信号值列表。
图6为本发明较佳实施例的电机第二输出信号的霍尔传感信号值列表。
图7为本发明较佳实施例的电路判别电路的原理图。
具体实施方式
请参阅图4，其为本发明较佳实施例的AGV混合驱动控制系统的方框图。本实施例中，AGV的混合驱动控制系统包括电池41、控制模块42、混合控制器43、第一电机44、第二电机45、第三电机46、信号处理器47及机械装置48。电池41为供电装置，为整个系统的工作提供工作电压。控制模块42内置控制程序及控制电路，发出控制信号至混合控制器43，混合控制器43分别控制第一电机44、第二电机45及第三电机46的工作，第一电机44、第二电机45又分别用于驱动设于AGV车体的机械装置47进行X方向（水平）和Y方向（垂直）的运动。第三电机46为自动装载电机，用于自动装载货物和自动卸载货物。其中，第一电机44、第二电机45和第三电机46的驱动信号经过信号处理器47合成之后，控制机械装置47的运动。电池41进一步与第一电机44、第二电机45及第三电机46的输出端连接，且控制模块42进一步分别连接至第一电机44输出端和电池41之间的连接点，第二电机45输出端和电池41之间的连接点，及第三电机46输出端和电池41之间的连接点。其中，控制模块22为一双核控制器，其包括ADSP电路（图未标）及FPGA电路（图未标），二者可相互通讯。第一电机44、第二电机45及第三电机46分别为直流电机或无刷直流电机。
本实施例中，AGV的混合驱动控制系统还包括电机判别电路49。电机判别电路49连接至第一电机44、第二电机45及第三电机46的输出端，并进一步与控制模块42、混合控制器43通信连接。
从图2和图3可以看出，无刷直流电机和直流电机不同的在于，无刷直流电机带有三个霍尔传感器（Hall Effect Sensor），而普通的直流电机只是带有两个光码盘（Encoder Channel），输出两个光码盘信号A 和B，电机判别电路49即利用对此五个传感器信号的判别做电机类型判断。
当电机类型是无刷直流电机时，无刷直流电机的三个霍尔传感器接入到电路中时，H1、H2、H3信号存在的可能组合如图5中的列表表示。当接入的是直流电机时，H1、H2和H3由于没有信号输入，所以其值只能是0、0、0，用图6中的列表表示。
结合图5和图6中的列表，电机判别电路49的原理图如图7所示。电机判别电路49包括第一至第三逻辑电路及第一至第五触发器，其中，脉宽调制信号（PWM，pulse width modulation）信号及电机的霍尔传感信号H1、H2和H3从第一逻辑电路输入，经第一至第四触发器及第二、三逻辑电路，最后由第五触发器输出判断结果。判断结果输出至控制模块42及混合控制器43，控制模块42及混合控制器43根据电机类型进行控制。
也即，如果电机输出的霍尔传感信号H1、H2、H3分别为图6中所示的0、0、0，此后称为第一输出信号，所述第一输出信号包括的三个霍尔传感信号全为0，即无霍尔传感信号输出。电机判别电路49由此第一信号判断出电机类型是直流电机。
如果电机输出的霍尔传感信号H1、H2、H3为图5所示列表中的任一组信号，下文称为第二输出信号，所述第二输出信号包括的三个霍尔传感信号不全为0。电机判别电路49依据此第二信号判断出电机类型是无刷直流电机。本实施例所述的AGV混合驱动控制系统即支持直流电机单独工作，也支持直流无刷电机单独工作及两种类型电机混合驱动。
本发明所述的AGV混合驱动控制系统，支持直流电机和直流无刷电机的混合驱动控制，为了提高运算速度，保证AGV系统的稳定性和可靠性，本发明的控制模块42使用基于DSP+FPGA的双核控制器，并充分考虑电机类型的不同，加入电机判别电路49，使用混合驱动控制算法，实现单一控制器同步发送多轴直流电机和直流无刷电机控制信号的功能。
本发明具有的有益效果是：由于加入了电机判别电路49，所以系统会自动识别直流电机和直流无刷电机，避免了烧坏电机情况的发生。电机判别电路49通过利用图5及图6所示列表中的混合控制算法，不用更改DSP和FPGA中的软件，此驱动器可以同时驱动多个直流电机和直流无刷电机，实现真正功能上的多轴同时联动。
此外，在运动过程中，充分考虑了电池在这个系统中的作用，基于DSP+FPGA控制器时刻都在对电池进行监测和运算，所以减少了大电流对电池的冲击，避免了由于大电流放电而引起的铅酸电池过度老化现象的发生。由FPGA处理电机的全速伺服控制，大大提高了运算速度，解决了软件运行较慢的瓶颈，开发周期短并且可移植能力强。完全实现了单板控制，不仅节省了控制板占用空间，而且还实现了多路控制信号的同步控制。由于本控制器采用FPGA处理大量的数据与算法，把DSP从繁重的工作量中解脱出来，有效地防止了程序的“跑飞”，抗干扰能力加大。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种自动导引车辆混合驱动控制系统，其包括电池、控制模块、混合控制器、第一电机、第二电机、第三电机、电机判别电路、信号处理器及机械装置，第一电机和第二电机驱动机械装置运动；第三电机为自动装载电机；控制模块为一双核控制器，其包括ADSP电路及FPGA电路；第一至第三电机为直流电机或无刷直流电机；电机判别电路连接至第一电机、第二电机及第三电机的输出端，以根据第一电机、第二电机及第三电机的输出信号判断电机类型；电机判别电路进一步与控制模块、混合控制器通信连接，以将判断的电机类型结果传送至控制模块及混合控制器。
2.根据权利要求1所述的自动导引车辆混合驱动控制系统，其特征在于，所述控制模块发出控制信号至混合控制器，混合控制器分别控制第一电机、第二电机和第三电机的工作；第一电机、第二电机和第三电机的驱动信号经过信号处理器合成之后，控制机械装置的运动。
3.根据权利要求2所述的人工装卸自动导引车辆控制系统，其特征在于，所述电池进一步与第一电机、第二电机和第三电机的输出端连接，且控制模块进一步分别连接至第一电机输出端和电池之间的连接点，第二电机输出端和电池之间的连接点，及第三电机输出端和电池之间的连接点。
4.根据权利要求1所述的自动导引车辆混合驱动控制系统，其特征在于，所述第一电机、第二电机或第三电机输出的霍尔传感信号为第一输出信号时，电机判别电路判断出此第一电机、第二电机或第三电机的类型是直流电机。
5.根据权利要求4所述的自动导引车辆混合驱动控制系统，其特征在于，所述第一输出信号包括的三个霍尔传感信号均为0。
6.根据权利要求4所述的自动导引车辆混合驱动控制系统，其特征在于，所述第一电机、第二电机或第三电机输出的霍尔传感信号为第二输出信号时，电机判别电路判断出此第一电机、第二电机或第三电机的类型是无刷直流电机。
7.根据权利要求6所述的自动导引车辆混合驱动控制系统，其特征在于，所述第二输出信号包括的三个霍尔传感信号不全为0。
8.根据权利要求6所述的自动导引车辆混合驱动控制系统，其特征在于，所述电机判别电路包括若干逻辑电路及触发器，该些若干逻辑电路及触发器以混合控制算法实现第一输出信号及第二输出信号的判断，其中，一脉宽调制信号信号及电机的霍尔传感信号从一第一逻辑电路输入，经第一至第四触发器及第二、三逻辑电路，最后由第五触发器输出判断结果。
9.根据权利要求8所述的自动导引车辆混合驱动控制系统，其特征在于，所述判断结果输出至控制模块及混合控制器，控制模块及混合控制器根据电机类型对第一电机、第二电机、第三电机进行控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Haoming Inventor before: Zhang Haoming Inventor before: Wang Yinghai Inventor before: Li Hongyi Inventor before: Yuan Lijuan |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160308 Address after: 215021 Suzhou Industrial Park, Jiangsu, if waterway No. 1 Patentee after: Zhang Haoming Address before: 215123 Jiangsu Province, Suzhou City Industrial Park Susie No. 68 Patentee before: Suzhou Industrial Park Institute of Vocational Technology |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160701 Address after: 211106, Jiangsu, Nanjing, Jiangning economic and Technological Development Zone, No. 19 Su source Avenue, Kowloon lake international enterprise headquarters park, block C4, first floor Patentee after: Jiangsu Robobor Bobot Technology Co., Ltd. Address before: 215021 Suzhou Industrial Park, Jiangsu, if waterway No. 1 Patentee before: Zhang Haoming |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211214 Address after: 211102 floor 20, building A1, Jiulong lake international enterprise headquarters park, No. 19, Suyuan Avenue, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu Province (Jiangning Development Zone) Patentee after: Nanjing mini automobile technology Co.,Ltd. Address before: 211106 first floor, block C4, Kowloon Lake International Business Park, 19 Jiangning economic and Technological Development Zone, Nanjing, Jiangsu. Patentee before: JIANGSU RUOBO ROBOT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |