CN106685277A - 一种自动增强稳定控制系统中无刷电机的驱动方法 - Google Patents

一种自动增强稳定控制系统中无刷电机的驱动方法 Download PDF

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樊启高
张鹏松
孙艳
张威
许明非
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本方法所涉及装置包括电机，电机转子角度传感器，处理器，电机驱动。该方法包括：处理器通过转子角度传感器获取转子实时位置，并接受控制系统所要给电机的驱动信号，再根据无刷电机的物理结构，极对数进行数据处理、计算得到一个融合数据生成新的电机驱动信号。该发明完全消除了无刷电机因外力因素导致换相、抖动很好的保护了控制器的正常运行并且大大提升了控制器的性能，本发明还可以应用在强外力设置控制器的目标设定值实现无缝切换。本发明在增稳设备中可以发挥巨大作用，使增稳设备更加稳定，消除了控制器失灵或者调节不足时导致系统极度不稳定的情况，对控制器以及设备的稳定运行有着非常大的辅助作用。

Description

一种自动增强稳定控制系统中无刷电机的驱动方法
技术领域
本发明涉及自动平衡电子设备技术中电机驱动领域，具体说是一种增稳设备中无刷电机的驱动方法。
背景技术
目前的自动平衡装置中常见的有自动增稳云台，平衡车，这些设备中如果用的是普通的直流电机就不会产生换相抖动丢步的现象，在实际应用中无刷电机的机械结构以及性能方面有着先天的优越性，但是在一些实时性很高的系统中，有时会因强外力，或者控制器的问题造成电机产生换相丢步性的抖动，严重影响控制效果甚至使控制器崩溃。这就需要一个可以最大性能发挥电机，并且可以经受强外力影响而不失控的驱动方法，辅助控制器发挥最优效果，减少设备意外损坏。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种消除电机受强外力及控制器影响时电机换相抖动的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：控制器根据整个系统的实时状态计算出给输出电机的驱动信号ControlOut，该信号ControlOut传输至处理器，转子位置传感器检测出的转子位置信息为RealSin，该值RealSin为一正弦规律的值，同样传输至处理器，已知电机极对数即可计算出电机不产生换相的最大步进值为StepMax，由于电机制造精度的影响该值要略微小于StepMax，这里我们依旧把该值设为StepMax写入处理器，再进行运算，若控制器输出的ControlOut为位置信号则转换为增量信号ControlOut，若为增量信号则直接参与处理器计算之中，在处理器将MotorOut传输至电机驱动之前进行以下计算：若ControlOut<StepMax，MotorOut＝RealSin+ControlOut；否则MotorOut＝RealSin+or-StepMax；得到最终的要输出给电机的信号MotorOut，输出至电机驱动。
本发明中的转子位置检测传感器可以有多种方式检测：霍尔传感器，电位器，磁性编码器，光电编码器等等，把检测出来的数据转换为关于Sin的位置值。
本方案中的控制器和处理器可以为一体共用一个处理器，也可以单独分开。
本发明具有以下突出的有益效果：本发明在增稳云台，以及一些自动稳定设备中发挥着辅助控制器更好的控制的作用，有效消除无刷电机的丢步以及换相带来的设备装置的抖动，使设备更加平滑稳定的运行。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图，系统中包括无刷电机，转子位置传感器，电机驱动，控制器，处理器。图2是本发明的一个实例应用图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明附图1为系统结构图:，图2为具体实现时用的具体器件。图2中控制器1为Ti公司的数字信号处理器DSP，电机驱动的控制器2为ST公司的32位单片机STM32，电机转子位置检测传感器3为磁性旋转编码器或者旋转电位器，电机驱动电路4为以MOS管搭建的三路全桥驱动，无刷电机5。
本实例中的控制器是采用DSP，具有数字信号处理能力强特点，驱动电路是采用常见的经典无刷电机驱动电路，驱动电路的控制器采用ST公司的处理器，磁性旋转编码器可以实时检测电机转子角度，有效数据输出频率可达10kHZ，能完全达到实时性的要求，分辨率为12位可达0.08度。控制器DSP通过I2C协议与处理器STM32连接传输数据，磁性编码器通过SPI协议与处理器通信，最终各方数据在处理器里融合计算输出给电机驱动使电机转动。
使用该方案时将磁性编码器放置在电机轴中央检测转子，或者转子连接旋转电位器进行转子位置检测。
以上是本发明的较佳实施例子，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自动增强稳定控制系统中无刷电机的驱动方法，所述方法包括至少一个无刷电机，电机驱动，转子位置检测传感器，控制器，处理器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：无刷电机作为增稳设备的驱动电机，电机驱动接受处理器的驱动信号驱动电机转动，转子位置传感器检测无刷电机转子的位置并传输至处理器，控制器是增稳控制系统的核心。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：控制器根据整个系统的实时状态计算出给输出电机的驱动信号ControlOut，该信号ControlOut传输至处理器，转子位置传感器检测出的转子位置信息为RealSin，该值RealSin为一正弦规律的值，同样传输至处理器，已知电机极对数即可计算出电机不产生换相的最大步进值为StepMax，由于电机制造精度的影响该值要略微小于StepMax，这里我们依旧把该值设为StepMax并写入处理器。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：若传感器，处理器，电机驱动，控制器正常工作且通信正常，处理器集中处理控制器输出的信号ControlOut，转子位置传感器的信号RealSin，电机自身参数StepMax，以本发明所述方法进行数据处理得到一个新的输出给电机的驱动信号MotorOut,该信号MotorOut直接通过电机驱动驱动电机转动。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：该方法有以下逻辑关系，若控制器输出的ControlOut为位置信号则转换为增量信号ControlOut，若为增量信号则直接参与处理器计算之中，在处理器将MotorOut传输至电机驱动之前进行以下计算：若ControlOut<StepMax，MotorOut＝RealSin+ControlOut；否则MotorOut＝RealSin+or-StepMax；得到最终的要输出给电机的信号MotorOut，输出至电机驱动。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：该方法从原理上消除了电机换相抖动，消除了电机抖动对控制器造成的控制效果假象。假如外力迫使目标位置偏离控制器设定值，则控制器的输出会快速响应加大调整量，而此时控制器输出的调整量早已超出电机的极限，所以造成电机换相，高速抖动甚至控制器完全失去效果造成系统崩溃现象。该方法的优点在于转子位置传感器实时检测转子位置并且转换成适应驱动电机的正弦信号RealSin，当强外力作用时该信号只和电机位置有关，控制器的输出ControlOut并不是直接作用于电机，而是通过处理器根据电机转子位置信号RealSin和控制器的输出ControlOut结合后作用于电机。由于RealSin的作用，MotorOut并不能无限制或者大幅度的增加也就不会产生换相抖动。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：该方法一方面不仅可以消除电机抖动，也可以无缝设置控制器的设定值且不会感受到抑顿感，在强外力扭动电机时电机并不会产生换相抖动且只维持着一个恒力，此时加入外力持续到固定时间控制器可以重新设置设定值，实现更加人性化的操作体验。
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