CN102946220A - 直流电机速度控制系统及速度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电机速度控制系统及速度控制方法，其中直流电机速度控制系统包括：三个霍尔传感器，用于分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号；数字信号处理模块，用于根据所述三个霍尔信号计算所述直流电机的实际转速；在对所述三相直流电机的转速控制中，将所述三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。本发明实施例可以通过闭环控制的方式提高了三相直流电机的稳定性。

Description

直流电机速度控制系统及速度控制方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种直流电机速度控制系统及速度控制方法。

背景技术

近年来，无刷直流电机已在航空航天、机器人、雷达等领域得到广泛应用。为了使其在更多领域得到应用，人们不断提高着对电机控制性能的要求。

在提高无刷电机控制系统性能方面，现有技术中通过分析无刷直流电机控制系统的开环模型，设计变结构控制器，从而实现对无刷直流电机的定位控制。但现有技术通过采用的开环控制方法会在系统中引入较大误差，所能达到的定位精度也较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直流电机速度控制系统及速度控制方法，通过闭环的方式提高电机的稳定性。

本发明实施例提供一种直流电机速度控制系统，包括：

三个霍尔传感器，用于分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号；

数字信号处理模块，用于根据所述三个霍尔信号计算所述直流电机的实际转速；在对所述三相直流电机的转速控制中，将所述三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。

本发明实施例还提供一种直流电机速度控制方法，包括：

通过三个霍尔传感器分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号；

数字信号处理模块根据所述三个霍尔信号计算所述直流电机的实际转速；

在对所述三相直流电机的转速控制中，将所述三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。

本发明提供的直流电机速度控制系统及速度控制方法，通过三个霍尔传感器获取到三相直流电机反馈的三个霍尔信号，数字信号处理模块根据三个霍尔信号计算直流电机的实际转速；并通过调整实际转速，使得三相直流电机稳定在预设转速上，实现对三相直流电机的闭环控制，从而通过闭环控制的方式提高了三相直流电机的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明直流电机速度控制系统一个实施例的结构示意图；

图2为本发明直流电机速度控制系统又一个实施例的结构示意图；

图3为图2所示实施例中三个霍尔传感器输出的波形示意图；

图4为图2所示实施例中电流检测模块的电路结构图；

图5为图2所示实施例中直流电机的转速响应曲线；

图6为本发明直流电机速度控制方法一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明直流电机速度控制系统一个实施例的结构示意图；如图1所示，本发明实施例中的直流电机速度控制系统100具体包括：数字信号处理模块10、三个霍尔传感器（本发明实施例以第一霍尔传感器11、第二霍尔传感器12、第三霍尔传感器13为例进行示例性说明）。

其中，第一霍尔传感器11、第二霍尔传感器12、第三霍尔传感器13分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号（例如：第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号）；数字信号处理模块10根据第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号计算直流电机的实际转速；在对三相直流电机的转速控制中，将三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。

本发明实施例提供的液位检测电路，通过三个霍尔传感器获取到三相直流电机反馈的三个霍尔信号，数字信号处理模块10根据三个霍尔信号计算直流电机的实际转速，并通过调整实际转速，使得三相直流电机稳定在预设转速上，实现对三相直流电机的闭环控制，从而通过闭环控制的方式提高了三相直流电机的稳定性。

图2为本发明直流电机速度控制系统又一个实施例的结构示意图；如图2所示，本发明实施例中的直流电机速度控制系统200包括：数字信号处理模块20、三个霍尔传感器（本发明实施例以第一霍尔传感器21、第二霍尔传感器22、第三霍尔传感器23为例进行示例性说明）、三相电机驱动模块24、电流检测模块25。

第一霍尔传感器21、第二霍尔传感器22、第三霍尔传感器23分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号（例如：第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号）；数字信号处理模块20根据第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号计算直流电机的实际转速；在对三相直流电机的转速控制中，将三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。进一步地，直流电机速度控制系统200在转速控制时，可以在实际转速与指定转速相比较后，数字信号处理模块20用PI控制算法修正给出的预设转速，最终让电机稳定在指定的预设转速上，实现系统对电机的闭环控制。

三相电机驱动模块24根据来自所述数字信号处理模块的输入控制信号和使能信号生成三路输出信号，以通过三路输出信号驱动三相直流电机。

电流检测模块25将来自三相电机驱动模块的电流检测信号进行滤波，将滤波后得到的电压信号与预设电压值进行比较，若电压信号大于预设阈值电压，则电流检测模块25通知数字信号处理模块20内部的计数器停止计数，并产生中断信号使数字信号处理模块20做出相应的过流保护。

进一步地，数字信号处理模块20还可以包括：调制信号生成单元201、中断触发模块202、确定模块203，调制信号生成单元201与三相电机驱动模块24相连接，中断触发模块202通过输入/输出端口与三个霍尔传感器相连接，确定模块203与中断触发模块202相连接；其中，调制信号生成单元201产生脉宽调制信号，通过改变脉宽调制信号的占空比，改变三相电机驱动模块24加载到三相直流电机两端的电压值；中断触发模块202通过双沿触发中断，捕捉数字信号处理模块20的输入/输出端口的电平状态；确定模块203根据输入/输出端口的电平状态确定三个霍尔传感器中的哪一个霍尔传感器触发捕获中断。

本发明实施例提供的直流电机速度控制系统，通过三个霍尔传感器获取到三相直流电机反馈的三个霍尔信号，数字信号处理模块20根据三个霍尔信号计算直流电机的实际转速；并通过调整实际转速，使得三相直流电机稳定在预设转速上，实现对三相直流电机的闭环控制，从而通过闭环控制的方式提高了三相直流电机的稳定性。

为了更清楚地理解本发明实施例所述的技术方案，下面通过图3～图5对图2所示实施例进行详细描述。

图3为图2所示实施例中三个霍尔传感器输出的波形示意图，图4为图2所示实施例中电流检测模块25的电路结构图，图5为图2所示实施例中直流电机的转速响应曲线；如图3所示，三个霍尔传感器（例如，第一霍尔传感器21、第二霍尔传感器22、第三霍尔传感器23）获取三相直流电机的位置信号，每个霍尔传感器输出180°脉宽的霍尔信号（分别对应图3中的A、B、C），霍尔信号的相位差为120°；三相直流电机每转一圈就会有6个相互交替的上升沿和下降沿，对应6个换相时刻。数字信号处理模块20中的中断触发模块202通过双沿触发中断，捕捉数字信号处理模块20的输入/输出端口的电平状态，确定模块203根据输入/输出端口的电平状态即可知道是三个霍尔传感器中的哪一个霍尔传感器触发捕获中断。

此外，数字信号处理模块20还可以根据输入/输出端口的电平状态控制三相电机驱动模块24的三路输出信号，从而使得三相电机驱动模块24输出的三路输出信号驱动三相直流电机转动。

如图4所示，直流电机速度控制系统中的电流检测模块25主要是实现电流闭环控制和过流保护，并且电流检测模块25包括电压比较器251；三相电机驱动模块24输出的电流检测信号X_SEN，一路信号经过滤波模块26滤波后送往数字信号处理模块20作为电流反馈值，一路信号经RC滤波后送入电流检测模块25的电压比较器251进行过流比较（例如，电压比较器251将电流检测信号X_SEN与过流阈值电压5V（本发明实施例以5V的电压值作为预设阈值电压）进行比较），电流检测模块25的输出信号X_SEN_OUT（电压比较器251得到的比较结果）经过电平转换模块27进行电平转换后送入数字信号处理模块20，若电压比较器251的比较结果表示电压信号大于过流阈值电压5V时，则出现过流现象。电流检测模块25的输出信号X_SEN_OUT变为低电平，该低电平使得数字信号处理模块20内部的计数器停止计数，同时数字信号处理模块20产生中断信号使数字信号处理模块20做出相应的过流保护。

数字信号处理模块20将电流检测信号X_SEN作为电流反馈值，即采集了三相电机驱动模块24的反馈信号，因此实现了对三相直流电机进行速度闭环控制和电流调节；数字信号处理模块20内部的计数器根据电流检测模块25的输出信号X_SEN_OUT确定是否中断计数器，从而实现了过流过压等故障的保护功能。

此外，为了验证本发明实施例的动态性能，待直流电机速度控制系统起动进入稳定状态后，在t=0.1s时加入负载T=3N.m，得到直流电机速度控制系统的转速响应信号，其中，N.m为力矩或扭矩的单位：牛顿米。如图5示，由曲线图可以看出，直流电机速度控制系统的参考转速w=2500rpm（revolutions per minute，每分钟转数），直流电机速度控制系统响应快速并且很快进入稳态。加入负载后，转速有一定的突变，但在0.02秒后又能重新达到平衡，从而表明了本发明实施例中的直流电机速度控制系统具有很好的稳定性。

图6为本发明直流电机速度控制方法一个实施例的流程示意图，本发明实施例可以由图1和图2所示实施例执行；如图6所示，本发明实施例包括如下步骤：

步骤601、通过三个霍尔传感器分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号；

步骤602、数字信号处理模块根据三个霍尔信号计算直流电机的实际转速；

步骤603、在对三相直流电机的转速控制中，将三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正实际转速，使得三相直流电机稳定在预设转速上。

本发明实施例提供的直流电机速度控制方法，通过三个霍尔传感器获取到三相直流电机反馈的三个霍尔信号，数字信号处理模块根据三个霍尔信号计算直流电机的实际转速；并通过调整实际转速，使得三相直流电机稳定在预设转速上，实现对三相直流电机的闭环控制，从而通过闭环控制的方式提高了三相直流电机的稳定性。

进一步地，在上述图6所示实施例的基础上，所述方法还可以包括：

三相电机驱动模块根据来自所述数字信号处理模块的输入控制信号和使能信号生成三路输出信号，以驱动所述三相直流电机。

进一步地，在上述图6所示实施例的基础上，所述方法还可以包括：

电流检测模块将来自所述三相电机驱动模块的电流检测信号进行滤波后，将滤波后得到的电压信号与预设电压值进行比较；

若所述电压信号大于预设阈值电压，则通知所述数字信号处理模块内部的计数器停止计数，并产生中断信号使所述数字信号处理模块做出相应的过流保护。

数字信号处理模块将电流检测信号作为电流反馈值，即采集了三相电机驱动模块的反馈信号，因此实现了对三相直流电机进行速度闭环控制和电流调节；数字信号处理模块内部的计数器根据电流检测模块的输出信号确定是否中断计数器，从而实现了过流过压等故障的保护功能。

进一步地，在上述图6所示实施例的基础上，所述方法还包括：

调制信号生成模块产生脉宽调制信号，通过改变所述脉宽调制信号的占空比，改变加载到所述三相直流电机两端的电压值。

进一步地，在上述图6所示实施例的基础上，所述方法还包括：

中断触发模块通过双沿触发中断，捕捉所述数字信号处理模块的输入/输出端接口的电平状态；

所述数字信号处理模块中的确定模块根据所述电平状态确定所述三个霍尔传感器中的哪一个霍尔传感器触发捕获中断。

综上，本发明实施例提供的直流电机速度控制系统及控制方法，通过三个霍尔传感器获取到三相直流电机反馈的三个霍尔信号，数字信号处理模块根据三个霍尔信号计算直流电机的实际转速；并通过调整实际转速，使得三相直流电机稳定在预设转速上，实现对三相直流电机的闭环控制，从而通过闭环控制的方式提高了三相直流电机的稳定性。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直流电机速度控制系统，其特征在于，所述直流电机速度控制系统包括：

三个霍尔传感器，用于分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号；

数字信号处理模块，用于根据所述三个霍尔信号计算所述直流电机的实际转速；在对所述三相直流电机的转速控制中，将所述三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。

2.根据权利要求1所述的直流电机速度控制系统，其特征在于，所述直流电机速度控制系统还包括：

三相电机驱动模块，用于根据来自所述数字信号处理模块的输入控制信号和使能信号生成三路输出信号，以通过所述三路输出信号驱动所述三相直流电机。

3.根据权利要求2所述的直流电机速度控制系统，其特征在于，所述直流电机速度控制系统还包括：

电流检测模块，用于将来自所述三相电机驱动模块的电流检测信号进行滤波，将滤波后得到的电压信号与预设电压值进行比较，若所述电压信号大于预设阈值电压，则所述电流检测模块通知所述数字信号处理模块内部的计数器停止计数，所述数字信号处理模块产生中断信号从而做出相应的过流保护。

4.根据权利要求1～3任一所述的直流电机速度控制系统，其特征在于，所述数字信号处理模块包括：

调制信号生成单元，用于产生脉宽调制信号，通过改变所述脉宽调制信号的占空比，改变加载到所述三相直流电机两端的电压值。

5.根据权利要求4所述的直流电机速度控制系统，其特征在于，所述数字信号处理模块还包括：

中断触发模块，用于通过双沿触发中断，捕捉所述数字信号处理模块的输入/输出端口的电平状态；

确定模块，用于根据所述电平状态确定所述三个霍尔传感器中的哪一个霍尔传感器触发捕获中断。

6.一种直流电机速度控制方法，其特征在于，所述直流电机速度控制方法包括：

通过三个霍尔传感器分别获取三相直流电机反馈的三个霍尔信号；

数字信号处理模块根据所述三个霍尔信号计算所述直流电机的实际转速；

在对所述三相直流电机的转速控制中，将所述三相直流电机的实际转速与预设转速相比较，根据比较结果修正所述实际转速，使得所述三相直流电机稳定在所述预设转速上。

7.根据权利要求6所述的直流电机速度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

三相电机驱动模块根据来自所述数字信号处理模块的输入控制信号和使能信号生成三路输出信号，以驱动所述三相直流电机。

8.根据权利要求7所述的直流电机速度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

电流检测模块将来自所述三相电机驱动模块的电流检测信号进行滤波后，将滤波后得到的电压信号与预设电压值进行比较；

若所述电压信号大于预设阈值电压，则通知所述数字信号处理模块内部的计数器停止计数，并产生中断信号使所述数字信号处理模块做出相应的过流保护。

9.根据权利要求6～8任一所述的直流电机速度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

调制信号生成模块产生脉宽调制信号，通过改变所述脉宽调制信号的占空比，改变加载到所述三相直流电机两端的电压值。

10.根据权利要求9所述的直流电机速度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

中断触发模块通过双沿触发中断，捕捉所述数字信号处理模块的输入/输出端接口的电平状态；

所述数字信号处理模块中的确定模块根据所述电平状态确定所述三个霍尔传感器中的哪一个霍尔传感器触发捕获中断。

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