CN105099327A - 一种基于电源控制器的电机位置控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电源控制器的电机位置控制系统，包含电机，在所述电机上设有微控制器模块、位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块、电机驱动、功率变换器和电源控制器，所述位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块和电源控制器连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率变换器连接电机驱动。

Description

一种基于电源控制器的电机位置控制系统

技术领域

本发明涉及一种电机位置控制系统，尤其涉及一种基于电源控制器的电机位置控制系统，属于电机位置自动控制领域。

背景技术

电机是工业生产不可缺少的动力设备，电机的品种很多，作用也相当广泛。直线开关磁阻电机时一种新型的牵引电机。其主要有以下优点：结构简单，制作成本不高。工作稳定且能够在恶劣的环境下长时间正常工作，比如高温环境，开关磁阻电机有较好的散热性能，可以在高温下正常工作。

直线电机技术是一种将电能直接转换成直线运动机械能而不需要通过中间任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪音低、维护方便且反应速度快等优点。旋转电机所有的品种，直线电机技术几乎都有相对应的品种，例如直线直流电机直线感应电机、直线步进电机、直线开关磁阻电机。其应用范围正在不断扩大。在一些它能独特发挥作用的地方，取得了非常令人满意得效果。随着微电子、电力电子技术、永磁材料技术和驱动技术的发展，直线电机系统有了长足的进步，国外著名电器公司相继推出并不断完善、更新各自的直线电机系统。其应用十分广泛，如列车驱动、物料运送、机床工作、食品和轻工机械、自动绘图仪、液压金属泵、空气压缩机、电磁炮、家用电器以及半导体器件等。

随着电力电子技术的发展，开关磁阻电机控制将会变得更加容易并且控制效果更好。这种电机启动转矩大，过载能力强，调速范围广。直线开关磁阻电机除了具有以上优点以外，在一些需要做直线运动的场合，它显示出了强大的优越性：再也不需要像传统的做直线运动的装置那样，通过丝杆等传动装置将旋转的运动转化为直线运动。这样再一次的将中间环节给节省下来了，不仅降低了设备的成本，而且能量利用率也得到了提高。开关磁阻电机控制精度高，在高精度加工领域和大功率传输方面有广泛的应用前景。

例如申请号为“201310060286.8”的伺服电机的控制系统，包括：电源控制电路、多个交-直-交功率主电路、多个空间矢量脉宽调制集成电路、多个伺服电机、位置反馈接口电路、逻辑控制电路、控制处理电路。该发明中具备多个伺服电机驱动接口，可以控制多台电机的同步运行或者各自独立运行；并且通过参数配置可选择其中一种，控制灵活，适用性好，另外；通过位置反馈接口电路可兼容多种形式的位置反馈，克服了现有伺服控制系统中驱动器只能支持一种形式的编码器的缺点，其使用方便，成本也较低；节省了驱动器的安装空间，提高了制造装配工时效率。

又如申请号为“201410076968.2”的一种大功率圆筒型直线开关磁阻电机控制系统，该系统采用圆筒型直线开关磁阻电动机作为驱动，无需旋转-直线转换机构，使得系统机械结构简单、可靠性高。以数字信号处理器DSP为核心的控制器在控制功率变换器过程中，采用转速电流双闭环控制，可以实现调速和稳速的目的，有效提高系统效率，降低功率损耗。系统在直线开关磁阻电机LSRM起动时采用电流斩波控制，运行过程中采用固定角度的PWM电压斩波控制方式，控制算法采用比例微分积分PID控制，使得系统起动力矩大，低速性能好，调速范围宽，控制灵活，能够广泛应用到多种领域中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于电源控制器的电机位置控制系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于电源控制器的电机位置控制系统，包含电机，在所述电机上设有微控制器模块、位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块、电机驱动、功率变换器和电源控制器，所述位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块和电源控制器连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率变换器连接电机驱动；

所述电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路；

其中，位置编码器，用于实时采集电机运动的位置参数；

电流传感器，用于实时采集电机运动的电流参数；

按键输入模块，用于预先设定电机位置参数阈值；

功率变换器，用于调节电机所需电流；

电机驱动，用于驱动电机；

微控制器模块，用于将位置编码器采集的电机运动位置参数和电流传感器采集的电机运动电流参数与设定位置参数阈值进行对比分析，若不在正常阈值范围内，则通过功率变换器调节电机输入电流直至电机运动到指定位置；

显示模块，用于实时显示电机运动的位置参数及电流参数。

作为本发明一种基于电源控制器的电机位置控制系统的进一步优选方案，所述位置编码器的芯片型号为E6B2-CWZ6C。

作为本发明一种基于电源控制器的电机位置控制系统的进一步优选方案，所述电流传感器的芯片型号为LZZBJ9-10A3G。

作为本发明一种基于电源控制器的电机位置控制系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

作为本发明一种基于电源控制器的电机位置控制系统的进一步优选方案，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明电机启动转矩大，精度高，过载能力强，调速范围广；

2、本发明不需要像传统的做直线运动的装置那样，通过丝杆等传动装置将旋转的运动转化为直线运动，将中间环节给节省下来了，不仅降低了设备的成本，而且能量利用率也得到了提高；

3、本发明设计的移相全桥谐振软开关数字控制器不仅实现了功率器件驱动、保护等主电路控制功能外，还提供了丰富的外部通讯接口，以及外部设备控制功能，通过DSP和CPLD编程，实现不同类型功率模块、不同输出要求的开关电源数字化控制；

4、本发明采用集成度高、集成功能强大的数字控制器设计开关电源控制器，来适应不断提高的开关电源输出可编程控制、数据通讯、智能化控制等要求。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种基于电源控制器的电机位置控制系统，包含电机，在所述电机上设有微控制器模块、位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块、电机驱动、功率变换器和电源控制器，所述位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块和电源控制器连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率变换器连接电机驱动；

所述电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路；

其中，位置编码器，用于实时采集电机运动的位置参数；

电流传感器，用于实时采集电机运动的电流参数；

按键输入模块，用于预先设定电机位置参数阈值；

功率变换器，用于调节电机所需电流；

电机驱动，用于驱动电机；

微控制器模块，用于将位置编码器采集的电机运动位置参数和电流传感器采集的电机运动电流参数与设定位置参数阈值进行对比分析，若不在正常阈值范围内，则通过功率变换器调节电机输入电流直至电机运动到指定位置；

显示模块，用于实时显示电机运动的位置参数及电流参数。

其中，所述位置编码器的芯片型号为E6B2-CWZ6C，所述电流传感器的芯片型号为LZZBJ9-10A3G，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述显示模块为LCD显示屏。

直线开关磁阻电动机是直线开关磁阻电动机驱动系统的执行元件，它不像其他直线电动机那样靠初、次级绕组电流产生磁场相互作用形成牵引力，它与旋转式开关磁阻电机一样，遵循磁通总是要沿着磁导最大的路径闭合的原理，产生磁拉力形成力矩。

功率变换器主开关器件的选择与电动机的功率等级、供电电压、峰值电流、成本等有关；另外还与主开关器件本身的开关速度、触发难易、开关损耗、抗冲击性、耐用性、并联运行的难易性、峰值电流定额和有效值(或平均值)电流定额的比值大小及市场普及性等有关；当然，还与电力电子技术发展的水平有关。

位置检测器实际上是位置、速度检测器，负责提供电机运动体的位置和速度信息，并将这些信息和电流检测器测得的电流信号一起传输给控制器由控制器进行加工和处理，保证运动体位置与绕组导通相序有机地结合，实现设计所需的运行性能，此处的运动体位置是指电机初、次极之间的相对位置。

AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8V即可工作；AVR单片机保密性能好。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于电源控制器的电机位置控制系统，其特征在于：包含电机，在所述电机上设有微控制器模块、位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块、电机驱动、功率变换器和电源控制器，所述位置编码器、电流传感器、按键输入模块、显示模块和电源控制器连接在微控制器模块的相应端口上，所述微控制器模块通过功率变换器连接电机驱动；

所述电源控制器包含采样滤波电路、磁偏检测电路、DSP模块、CPLD模块、隔离驱动电路、功率放大电路、远程通讯模块；所述采样滤波电路、磁偏检测电路、功率放大电路、远程通讯模块连接在DSP模块的相应端口上，所述DSP模块通过CPLD模块连接隔离驱动电路；

其中，位置编码器，用于实时采集电机运动的位置参数；

电流传感器，用于实时采集电机运动的电流参数；

按键输入模块，用于预先设定电机位置参数阈值；

功率变换器，用于调节电机所需电流；

电机驱动，用于驱动电机；

微控制器模块，用于将位置编码器采集的电机运动位置参数和电流传感器采集的电机运动电流参数与设定位置参数阈值进行对比分析，若不在正常阈值范围内，则通过功率变换器调节电机输入电流直至电机运动到指定位置；

显示模块，用于实时显示电机运动的位置参数及电流参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于电源控制器的电机位置控制系统，其特征在于：所述位置编码器的芯片型号为E6B2-CWZ6C。

3.根据权利要求1所述的一种基于电源控制器的电机位置控制系统，其特征在于：所述电流传感器的芯片型号为LZZBJ9-10A3G。

4.根据权利要求1所述的一种基于电源控制器的电机位置控制系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

5.根据权利要求1所述的一种基于电源控制器的电机位置控制系统，其特征在于：所述显示模块为LCD显示屏。