CN106026797A - 在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法，包括三相半桥换相器、干路脉冲宽度调制器、窃电探测器和单片机，三相半桥换向器连接在电机上，干路脉冲宽度调制器连接在三相半桥换相器电源供电干路上窃电探测器接在电机输入端，单片机负责控制无刷电机换相，SPWM调速，执行器定位和位移解算以及人机界面的输入输出。本发明设计合理，抗干扰能力强，传输距离远，安装方便，本发明用于无刷直流电机驱动的执行器上，采用无传感器无连接线索直接从电机反电动势中提取定位实现精确定位和位移解算。

Description

在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法
技术领域
本发明涉及无刷直流电机驱动的执行器技术领域，特别涉及一种在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法。
背景技术
电机旋转定位和对其推动的执行器负载行程计算，过去大多采用类似限位器、霍尔开关、甚至编码盘等这类定位传感器来实现，成本高、连线多、可靠性低、安装需要专业的电子工程师来实施。近年来伴随着功率大耐用性好的直流无刷电机在卷料纠偏系统中的运用，借助该无刷电机内必配的三只转子定位霍尔传感器，通过软件线性地解算出正被电机驱动的执行器精确位置和累积位移量。
但这三个霍尔涉及多达五条连接线索，对线、编码、一对一连接十分麻烦，而一次性连接成功的概率竟不到17％，而高达83％连接错误都意味烧毁驱动器甚至电源自身，而且三只霍尔红绿黄输出线，必须和电机对应三相电源线严格的一一对应，任何一个不对应，必造成电机或保险烧毁，致使商家和使用者双双都不胜其烦。此外由于霍尔信号是共地传输(不共地线索还要翻倍)，结果在导线地电阻上引入共地噪声干扰，而各信号线间又相互交叉形成差模干扰，致使这种插入式的有线连接，线索多，安装麻烦，传输距离近，抗干扰能力差，安装必须有专业技术人员现场实施。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种设计新颖，抗干扰能力强，传输距离远，安装方便的在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：本发明的在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法，包括三相半桥换相器、干路脉冲宽度调制器、窃电探测器和单片机；
三相半桥换向器连接在电机上，负责切换三相绕组电流通断和换相，并控制电机启停和反转；
干路脉冲宽度调制器连接在三相半桥换相器电源供电干路上受单片机控制负责电机的脉冲宽度调制调速，还负责电机过流保护，并能提示无刷电机当前电枢的过流位置；
窃电探测器接在电机输入端，通过偷取电机反电动势做工作电源，同步于电机旋转节拍，负责从电机反电动势中提取电机的旋转扇角信息并由此推算出电机的总转数，然后交由单片机线性解算出执行器的精确位置和累积偏移量；
单片机负责控制无刷电机换相，SPWM调速，执行器定位和位移解算以及人机界面的输入输出。
进一步，还包括开关电源脉冲宽度调制芯片LM3482，开关电源脉冲宽度调制芯片LM3482连接在三相半桥换向器供电干路上负责对无刷电机进行脉冲宽度调制调速，同时还负责电机过流保护和指示当前电机电枢的过流位置。
更进一步，还包括中断模块，中断模块包括整流二极管、分压电阻、储能电容、三极管和光电耦合，二极管和电阻串联，二极管与电机连接，电容一端与电阻相连，另一端光电耦合相连，光电耦合与三极管的集电极连接，三极管的发射极与电阻相连，三极管的基极与二极管相连，光电耦合与电容与单片机相连。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明设计合理，采用在无刷电机换相干路集中配置PWM调制的硬件资源，三相半桥仅作换向，通断切换大大减少，桥路驱动管几乎不发热，不在需要价格昂贵的高速专用驱动芯片来搭建驱动桥，LM3842作为开关电源专用芯片在这里属于变通运用，巧妙地规避了NMOS管高边驱动一般需要电源自举的实现难点和一般只能动态不能静态工作的不便，从而将无刷电机与有刷电机，静态驱动与动态驱动纳入同一个驱动拓扑下一揽子解决；开关电源脉宽调制芯片LM3482本身配置的过流保护器又解决了电机过流采样和延迟保护一系列技术难题，本身还充当电机电枢当前过流位置的指示器使用。
窃电式探测器直接从电机反电动势上“偷电”，同步于电机运行节拍，直接从电机反电动势上提取电机扇角位置信息和确认总运行转数，指导单片机实现对执行器的精确定位和线性解算出总的累积位移量。
单片机还配合窃电式探测器进行“时间窗口采样”和最佳的“同步匹配滤波”，窃电式探测器并不断向单片机提供中断信息，最后窃电探测、单片机、三相换相半桥与电机反电动势三者间有机配合，并还有LM3842提供的无刷电机电枢当下过流的位置，时刻向单片机警示当前换相错误和电机因启动或者卡死引起过流，并主动切断电机供电电源，保护全系统的安全，组成单元各司其职又相互配合最终成就了智巧、朴拙、健硕的有机体和灵动控制条理。
本发明用于无刷直流电机驱动的执行器上，无传感器无连接线索直接从电机反电动势中提取定位实现精确定位和位移解算的方法。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为开关电源脉宽调制芯片连接电路图；
图3为中断模块的结构框图；
图4为时间窗口滤波和同步滤波极的时序关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1、图2、图3和图4，本发明的在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法，包括三相半桥换相器、干路脉冲宽度调制器、窃电探测器和单片机；
三相半桥换向器连接在电机上，负责切换三相绕组电流通断和换相，并控制电机启停和反转；
干路脉冲宽度调制器连接在三相半桥换相器电源供电干路上受单片机控制负责电机的脉冲宽度调制调速，还负责电机过流保护，并能提示无刷电机当前电枢的过流位置；
窃电探测器接在电机输入端，通过偷取电机反电动势做工作电源，同步于电机旋转节拍，负责从电机反电动势中提取电机的旋转扇角信息并由此推算出电机的总转数，然后交由单片机线性解算出执行器的精确位置和累积偏移量；
单片机负责控制无刷电机换相，SPWM调速，执行器定位和位移解算以及人机界面的输入输出。
还包括开关电源脉冲宽度调制芯片LM3482，开关电源脉冲宽度调制芯片LM3482连接在三相半桥换向器供电干路上负责对无刷电机进行脉冲宽度调制调速，同时还负责电机过流保护和指示当前电机电枢的过流位置。
还包括中断模块，中断模块包括整流二极管、分压电阻、储能电容、三极管和光电耦合，二极管和电阻串联，二极管与电机连接，电容一端与电阻相连，另一端光电耦合相连，光电耦合与三极管的集电极连接，三极管的发射极与电阻相连，三极管的基极与二极管相连，光电耦合与电容与单片机相连。
本发明设计合理，采用在无刷电机换相干路集中配置PWM调制的硬件资源，三相半桥仅作换向，通断切换大大减少，桥路驱动管几乎不发热，不在需要价格昂贵的高速专用驱动芯片来搭建驱动桥，LM3842作为开关电源专用芯片在这里属于变通运用，巧妙地规避了NMOS管高边驱动一般需要电源自举的实现难点和一般只能动态不能静态工作的不便，从而将无刷电机与有刷电机，静态驱动与动态驱动纳入同一个驱动拓扑下一揽子解决；开关电源脉宽调制芯片LM3482本身配置的过流保护器又解决了电机过流采样和延迟保护一系列技术难题，本身还充当电机电枢当前过流位置的指示器使用。
窃电式探测器直接从电机反电动势上“偷电”，同步于电机运行节拍，直接从电机反电动势上提取电机扇角位置信息和确认总运行转数，指导单片机实现对执行器的精确定位和线性解算出总的累积位移量。
单片机还配合窃电式探测器进行“时间窗口采样”和最佳的“同步匹配滤波”，窃电式探测器并不断向单片机提供中断信息，最后窃电探测、单片机、三相换相半桥与电机反电动势三者间有机配合，并还有LM3842提供的无刷电机电枢当下过流的位置，时刻向单片机警示当前换相错误和电机因启动或者卡死引起过流，并主动切断电机供电电源，保护全系统的安全，组成单元各司其职又相互配合最终成就了智巧、朴拙、健硕的有机体和灵动控制条理。
本发明用于无刷直流电机驱动的执行器上，无传感器无连接线索直接从电机反电动势中提取定位实现精确定位和位移解算的方法。

Claims (3)

1.一种在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法，其特征在于：包括三相半桥换相器、干路脉冲宽度调制器、窃电探测器和单片机；
三相半桥换向器连接在电机上，负责切换三相绕组电流通断和换相，并控制电机启停和反转；
干路脉冲宽度调制器连接在三相半桥换相器电源供电干路上受单片机控制负责电机的脉冲宽度调制调速，还负责电机过流保护，并能提示无刷电机当前电枢的过流位置；
窃电探测器接在电机输入端，通过偷取电机反电动势做工作电源，同步于电机旋转节拍，负责从电机反电动势中提取电机的旋转扇角信息并由此推算出电机的总转数，然后交由单片机线性解算出执行器的精确位置和累积偏移量；
单片机负责控制无刷电机换相，SPWM调速，执行器定位和位移解算以及人机界面的输入输出。
2.根据权利要求1所述的在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法，其特征在于：还包括开关电源脉冲宽度调制芯片LM3482，开关电源脉冲宽度调制芯片LM3482连接在三相半桥换向器供电干路上负责对无刷电机进行脉冲宽度调制调速，同时还负责电机过流保护和指示当前电机电枢的过流位置。
3.根据权利要求1所述的在无刷直流电机驱动的执行器上精确定位和解算位移的方法，其特征在于：还包括中断模块，中断模块包括整流二极管、分压电阻、储能电容、三极管和光电耦合，二极管和电阻串联，二极管与电机连接，电容一端与电阻相连，另一端光电耦合相连，光电耦合与三极管的集电极连接，三极管的发射极与电阻相连，三极管的基极与二极管相连，光电耦合与电容与单片机相连。
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