CN109586621A - 一种基于ep1c3的无刷直流电机控制器及其控制方法 - Google Patents
一种基于ep1c3的无刷直流电机控制器及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109586621A CN109586621A CN201811270145.8A CN201811270145A CN109586621A CN 109586621 A CN109586621 A CN 109586621A CN 201811270145 A CN201811270145 A CN 201811270145A CN 109586621 A CN109586621 A CN 109586621A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- module
- control
- switching tube
- input terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
Abstract
本发明涉及一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，包括上位机通信电路、控制电路、信号隔离电路、三相桥驱动电路及电流检测电路，所述上位机通信电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与信号隔离电路的输入端连接，所述信号隔离电路的输出端与三相桥驱动电路的输入端连接，所述三相桥驱动电路的输出端与无刷直流电机、电流检测电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，无刷直流电机的输出端与控制电路的输入端连接。本发明电路结构简单，时序强，具有极高的可扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法。
背景技术
无刷直流电机在工业控制，电动车，机器手等多领域应用广泛，其以无换相损耗，体积小，效率高，可靠性高等诸多优点而受到多方面青睐。一直以来，无刷电机控制器是伺服系统关键的执行单元，其性能的优劣，决定着系统能否稳定运行。目前无刷直流电机控制器采用电机专用控制DSP(如TI公司TMS320C28XX系列)，但由于DSP价格较高，外设电路复杂，不适合于微小电机控制场合，且时序控制上精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，该控制器结构简单，时序强，可实现精准的电机控制。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器，包括上位机通信电路、控制电路、信号隔离电路、三相桥驱动电路及电流检测电路，所述上位机通信电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与信号隔离电路的输入端连接，所述信号隔离电路的输出端与三相桥驱动电路的输入端连接，所述三相桥驱动电路的输出端与无刷直流电机、电流检测电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，无刷直流电机的输出端与控制电路的输入端连接。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述上位机通信电路包括起始位高电平检测模块，波特率定时模块，以及接收控制和串行接收模块，所述起始位高电平检测模块及波特率定时模块与接收控制和串行接收模块交互连接，所述接收控制和串行接收模块的输出控制电路连接。
所述控制电路包括电平转换模块，霍尔滤波模块，霍尔测速模块，PID控制模块，PWM生成模块，所述电平转换模块的输入端与与无刷直流电机的反馈端连接，所述电平转换模块的输出端经霍尔滤波模块与霍尔测速模块的输入端连接，霍尔测速模块的输出端经PID控制模块与PWM生成模块的输入端连接， PID控制模块的输入端与上位机通信电路的输出端连接。
所述信号隔离电路采用光电耦合器，所述三相桥驱动电路由驱动芯片及六个开关管构成，所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管，所述第一开关管、第开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的栅极均与驱动芯片连接，第一开关管、第三开关管及第五开关管的漏极相互连接，并与功率电源连接，第二开关管、第四开关管及第六开关管的源极相互连接，并与电流检测电路的输入端连接，所述光电耦合器的输入端与控制电路连接，光电耦合器的输出端与驱动芯片的输入端连接，所述第一开关管、第三开关管、第五开关管的漏极与无刷直流电机连接。
一种基于EP1C3的无刷直流电机的控制方法，包括以下步骤：
(1)上位机给定速度传输，控制电路将给定的信号进行电平转换，将串行信号转换成并行信号，由控制器接收；
(2)无刷直流电机反馈的三相霍尔信号在经过电平转换后送入到控制器；
(3)控制器根据接收的信号解算出前一时刻的电机速度值，根据电机速度值给定速度，利用数字式PID控制算法输出下一时刻的PWM波；
(4)将所述PWM波进行信号隔离后经三相桥驱动电路控制电机的速度，使电机速度达到上位机给定的速度；
(5)通过电流检测电路的电流采集和电流比较输出高低电平到控制器，通过控制器实现电流检测。
由上述技术方案可知，本发明中本发明采用基于EP1C3型FPGA做控制电路主控芯片，采集电机的霍尔信号，解算当前电机速度，并根据上位机设定的速度，产生速度差值，根据这个差值，运用数字PID控制算法，产生一个占空比可以调整的PWM信号，来调制MOS管输入信号，实现MOS管开通关断时间变化，最终控制电机的快慢。该系统电路结构简单，时序强，具有极高的可扩展性。
附图说明
图1是本发明的EP1C3的无刷直流电机控制器的电路框图；
图2是本发明中上位机的结构示意图；
图3是本发明中控制电路的电路图；
图4是本发明中数字PID控制实现的结构示意图；
图5是本发明中信号隔离电路和三相桥驱动电路的电路图；
图6是本发明中电流检测电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例的基于EP1C3的无刷直流电机控制器，包括上位机通信电路1、控制电路2、信号隔离电路3、三相桥驱动电路4及电流检测电路 6，上位机通信电路1的输出端与控制电路2的输入端连接，控制电路2的输出端与信号隔离电路3的输入端连接，信号隔离电路3的输出端与三相桥驱动电路4的输入端连接，三相桥驱动电路4的输出端与无刷直流电机5、电流检测电路6的输入端连接，电流检测电路6的输出端与控制电路2的输入端连接，无刷直流电机5的输出端与控制电路2的输入端连接。
上位机给定速度传输，控制电路2将给定的信号进行电平转换，将串行信号转换成并行信号，由控制器接收；无刷直流电机5反馈的三相霍尔信号在经过电平转换后送入到控制器；控制器根据接收的信号解算出前一时刻的电机速度值，根据电机速度值给定速度，利用数字式PID控制算法输出下一时刻的PWM 波；将PWM波进行信号隔离后经三相桥驱动电路4控制电机的速度，使电机速度达到上位机给定的速度；通过电流采集和电流比较输出高低电平到控制器，通过控制器实现电流检测。
如图2所示，上位机通信电路1包括起始位高电平检测模块11，波特率定时模块12，以及接收控制和串行接收模块13，起始位高电平检测模块11及波特率定时模块12与接收控制和串行接收模块13交互连接，接收控制和串行接收模块13的输出控制电路2连接。
当上位机没有传输数据时，串口总线为空闲状态即高电平；而当上位机给定一个速度值时，起始位第0位是低电平，当检测到电平跳变时，接着数据开始传输。数据位通常是8位，由主控芯片FPGA接收数据。波特率定时模块 12是控制串行数据传送一位所用的时间，根据此时间设置时钟脉冲值，产生时钟信号。接收控制和串行接收模块完成的是在接收使能信号后，根据采样脉冲，对速度信号进行检测和计数。同时当速度计数完成后，将8位串行数据转成并行数据送到缓冲器中，在进行校验判断和停止位判断后，接收状态结束，输出计数完成信号，计数器清零。
如图3所示，控制电路2包括电平转换模块21，霍尔滤波模块22，霍尔测速模块23，PID控制模块24，PWM生成模块25，电平转换模块21的输入端与与无刷直流电机5的反馈端连接，电平转换模块21的输出端经霍尔滤波模块22与霍尔测速模块23的输入端连接，霍尔测速模块23的输出端经PID控制模块24与PWM生成模块25的输入端连接，PID控制模块24的输入端与上位机通信电路的输出端连接。
本申请的控制电路采用型号为EP1C3的FPGA主控芯片，其I/O口电压是 3.3V，内部触发器工作电压是1.5V，主控芯片供电时需要两次电源转换，一次可以将5V转成3.3V，再次将将3.3V转成1.5V。另外本方案中用NPN三极管做霍尔信号电平转换将5V转换为3.3V，通过开通/关断三极管，实现了电平的转换。
在电机转动过程中，可以得到周期性霍尔信号，采用在一定时间内对霍尔周期进行计数的方法，进行测速。由于一个霍尔周期内有6个不同状态，分别为110,100,101,001,011,010，以110作为计数1，当达到计数010时，作为6，状态计数清零，总体计数加一。假设在1s内假设有总体计数a，状态计数b，电机磁极对数是p，设电机转了N圈，那么
转速n就是
化简为
如图4所示是PID控制实现的结构示意图，PID控制核心思想是针对控制对象的控制需求，建立描述对象的动态特性的数学模型，通过PID参数整定，实现在比例积分微分三个方面的参数调整控制策略来达到最佳系统响应和控制效果，控制算式如下：
其中，kp为比例增益，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，u(t)为控制量，e(t)为偏差，而在数字控制系统中，PID控制必须用数值逼近方法，当采样周期相当时，用求和代替积分，用后向差代替微分，使得模拟PID离散化为差分方程。
整理得到
u(k)＝u(k-1)+kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] (6)
得到
u(k)＝u(k-1)+k0e(k)+k1e(k-1)+k2e(k-2) (7)
其中k0＝kp+ki+kd，k1＝-kp-2kd，k2＝kd，kp是比例常数，ki是积分常数， kd是微分常数。
如图4所示，为了实现上述的PID，需要通过加法器和乘法器实现，其中， r(k)表示设定值，y(k)表示实际值，p0，p1，p2，s1，s2为暂存量，REG为寄存器。
PWM占空比决定电机转速，因此将PID计算结果转化成占空比，将本次试验看成使用的8位DA转换器，因此可以得到本次PWM的结果，之后根据单极性调制方式进行时序分配。需要对PID的计算结果进行上下限控制，防止 PWM结果超过边界，这样可以控制电机的快慢。
PWM＝PWM+PID_OUT/255 (8)
如图5、6所示，信号隔离电路3采用光电耦合器，三相桥驱动电路4由驱动芯片及六个开关管构成，开关管包括第一开关管g1、第二开关管g2、第三开关管g3、第四开关管g4、第五开关管g5及第六开关管g6，第一开关管 g1、第二开关管g2、第三开关管g3、第四开关管g4、第五开关管g5及第六开关管g6的栅极均与驱动芯片连接，第一开关管g1、第三开关管g3及第五开关管g5的漏极相互连接，并与功率电源连接，第二开关管g2、第四开关管g4 及第六开关管g6的源极相互连接，并与电流检测电路输入端连接，光电耦合器的输入端与控制电路2连接，光电耦合器的输出端与驱动芯片的输入端连接，第一开关管g1、第三开关管g3、第五开关管g5的漏极与无刷直流电机5连接。
生成的六路占空比可调的PWM信号经过光电耦合器后，输入到三相桥驱动电路的输入端，三相桥驱动电路由驱动芯片和六个开关管共同构成，当PWM 信号经过光电耦合器输出后，经过驱动芯片的放大后，可以来控制着三个桥臂的六个开关管的导通，这样实现了时序控制，进而来达到控制电机的快慢的目的。6是电流检测电路的结构示意图，经过采样的电流信号和参考电压进入比较器比较，比较产生的高低电平进入EP1C3型控制电路，这样完成电流检测，可达到限流保护。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器，其特征在于：包括上位机通信电路、控制电路、信号隔离电路、三相桥驱动电路及电流检测电路，所述上位机通信电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与信号隔离电路的输入端连接，所述信号隔离电路的输出端与三相桥驱动电路的输入端连接，所述三相桥驱动电路的输出端与无刷直流电机、电流检测电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，无刷直流电机的输出端与控制电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，其特征在于：所述上位机通信电路包括起始位高电平检测模块，波特率定时模块，以及接收控制和串行接收模块，所述起始位高电平检测模块及波特率定时模块与接收控制和串行接收模块交互连接，所述接收控制和串行接收模块的输出控制电路连接。
3.根据权利要求1所述的基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，其特征在于：所述控制电路包括电平转换模块，霍尔滤波模块，霍尔测速模块，PID控制模块，PWM生成模块，所述电平转换模块的输入端与无刷直流电机的反馈端连接，所述电平转换模块的输出端经霍尔滤波模块与霍尔测速模块的输入端连接，霍尔测速模块的输出端经PID控制模块与PWM生成模块的输入端连接，PID控制模块的输入端与上位机通信电路的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，其特征在于：所述信号隔离电路采用光电耦合器，所述三相桥驱动电路由驱动芯片及六个开关管构成，所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的栅极均与驱动芯片连接，第一开关管、第三开关管及第五开关管的漏极相互连接，并与功率电源连接，第二开关管、第四开关管及第六开关管的源极相互连接，并与电流检测电路输入端连接，所述光电耦合器的输入端与控制电路连接，光电耦合器的输出端与驱动芯片的输入端连接，所述第一开关管、第三开关管、第五开关管的源极与无刷直流电机连接。
5.一种基于EP1C3的无刷直流电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）上位机给定速度传输，控制电路将给定的信号进行电平转换，将串行信号转换成并行信号，由控制器接收；
（2）无刷直流电机反馈的三相霍尔信号在经过电平转换后送入到控制器；
（3）控制器根据接收的信号解算出前一时刻的电机速度值，根据电机速度值给定速度，利用数字式PID控制算法输出下一时刻的PWM波；
（4）将所述PWM波进行信号隔离后经三相桥驱动电路控制电机的速度，使电机速度达到上位机给定的速度。
6.根据权利要求5所述的基于EP1C3的无刷直流电机的控制方法，其特征在于：还包括电流检测功能，通过电流采集和电流比较输出高低电平到控制器，通过控制器实现电流检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811270145.8A CN109586621A (zh) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | 一种基于ep1c3的无刷直流电机控制器及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811270145.8A CN109586621A (zh) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | 一种基于ep1c3的无刷直流电机控制器及其控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109586621A true CN109586621A (zh) | 2019-04-05 |
Family
ID=65920711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811270145.8A Pending CN109586621A (zh) | 2018-10-29 | 2018-10-29 | 一种基于ep1c3的无刷直流电机控制器及其控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109586621A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111240245A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种伺服系统时序控制电路及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101734379A (zh) * | 2009-12-22 | 2010-06-16 | 北京航空航天大学 | 一种基于fpga的微小飞轮高集成度高精度控制系统 |
| CN102710189A (zh) * | 2012-05-28 | 2012-10-03 | 西北工业大学 | 一种无刷直流电机控制方法及其装置 |
| CN203027182U (zh) * | 2013-01-29 | 2013-06-26 | 黑龙江科技学院 | 直流伺服电机控制器 |
| CN103701367A (zh) * | 2013-07-11 | 2014-04-02 | 北京航空航天大学 | 一种无传感器无刷直流电机的软起动控制装置 |
| CN203691303U (zh) * | 2014-01-22 | 2014-07-02 | 哈尔滨理工大学 | 吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器 |
| CN106655639A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-05-10 | 江南工业集团有限公司 | 一种电动舵机驱动装置 |
-
2018
- 2018-10-29 CN CN201811270145.8A patent/CN109586621A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101734379A (zh) * | 2009-12-22 | 2010-06-16 | 北京航空航天大学 | 一种基于fpga的微小飞轮高集成度高精度控制系统 |
| CN102710189A (zh) * | 2012-05-28 | 2012-10-03 | 西北工业大学 | 一种无刷直流电机控制方法及其装置 |
| CN203027182U (zh) * | 2013-01-29 | 2013-06-26 | 黑龙江科技学院 | 直流伺服电机控制器 |
| CN103701367A (zh) * | 2013-07-11 | 2014-04-02 | 北京航空航天大学 | 一种无传感器无刷直流电机的软起动控制装置 |
| CN203691303U (zh) * | 2014-01-22 | 2014-07-02 | 哈尔滨理工大学 | 吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器 |
| CN106655639A (zh) * | 2016-11-18 | 2017-05-10 | 江南工业集团有限公司 | 一种电动舵机驱动装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱天顺: "基于FPGA的无刷直流电机调速系统设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）•信息科技辑》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111240245A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-05 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种伺服系统时序控制电路及方法 |
| CN111240245B (zh) * | 2020-01-20 | 2021-07-23 | 湖北三江航天红峰控制有限公司 | 一种伺服系统时序控制电路及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101299591B (zh) | 具有延迟补偿的电机控制方法和系统 | |
| CN102468772B (zh) | 对电变换器非线性的补偿 | |
| CN102857087B (zh) | 一种功率因数自适应控制方法 | |
| CN106357114B (zh) | 一种基于最大功率点跟踪的压电振动能量采集系统 | |
| CN101729002A (zh) | 基于sopc的无位置传感器无刷直流电机远程监控系统 | |
| CN202818091U (zh) | 一种有源功率因数校正装置 | |
| CN101729005A (zh) | 基于fpga的无刷直流电机的控制方法 | |
| CN103078570A (zh) | 一种永磁无刷直流电机转矩脉动抑制系统及方法 | |
| CN204013310U (zh) | 无刷双馈电机直接转矩控制系统 | |
| CN102713783A (zh) | 最大功率点跟踪方法 | |
| CN105356825A (zh) | 混合系统储能装置 | |
| CN104660131B (zh) | 一种利用混合励磁直流发电机电压调节装置的调节方法 | |
| CN101729013A (zh) | 无位置传感器无刷直流电机ip核 | |
| CN109713949A (zh) | 一种无刷直流电机转矩脉动的抑制方法及系统 | |
| CN103633904A (zh) | 无位置传感器的无刷直流电机控制方法及控制系统 | |
| CN102854912A (zh) | 一种双路mppt跟踪装置及方法 | |
| CN103701183B (zh) | 多支路反馈充电器电路及充电方法 | |
| CN109586621A (zh) | 一种基于ep1c3的无刷直流电机控制器及其控制方法 | |
| CN102386808B (zh) | 具有最大功率跟踪的光伏控制器 | |
| CN104201948A (zh) | 一种开关磁阻电机无位置传感器控制装置及控制方法 | |
| CN207801900U (zh) | 一种锁存电路及包含其的电机驱动电路 | |
| Vorobyov et al. | Low-cost voltage zero-crossing detector for ac-grid applications | |
| CN109347397A (zh) | 基于三相驱动桥下桥臂三电阻的电机电流采样方法及系统 | |
| CN205304660U (zh) | 一种基于fpga的直流电机伺服系统 | |
| CN204465399U (zh) | Pwm脉宽调速信号给定与故障码反馈电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190405 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |