CN109617457A - 一种通风柜自动门数字伺服节能控制器 - Google Patents

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严安全
刘建华
余金民
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Abstract

本发明涉及通风柜自动门控制设备技术领域，具体为一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，包括MCU控制器、速度给定电路、稳压电路、驱动电路、逆变器、BLDC电机、电流检测电路、过流检测电路和转子位置检测电路；所述速度给定电路与MCU控制器电性连接，电源分别与稳压电路和逆变器电性连接，所述稳压电路分别与MCU控制器和驱动电路电性连接，所述MCU控制器通过驱动电路与逆变器电性连接，所述逆变器分别与BLDC电机和电流检测电路电性连接；本发明采用MCU控制器能够精确地控制BLDC电机的工作状态，且电机速度跟踪速度快，稳定，通过械减速器能有更大动力输出。同时，该通风柜自动门数字伺服节能控制器具有结构管单、寿命长、维护方便、通用型好等优点。

Description

一种通风柜自动门数字伺服节能控制器
技术领域
本发明涉及通风柜自动门控制设备技术领域，具体为一种通风柜自动门数字伺服节能控制器。
背景技术
传统的实验室通风柜自动门电机是一款交流离合器电机，效流异步电机输出功率只有输入功率的70％左右，通过摩擦离合器传递扭矩到自动门的驱动轴上，效率又只有70％左右，因些其总效率仅为40％到50％左右。因此寻找一种高效率且易于控制的节能电机和控制方法显得尤为必要，近年来，永磁无刷直流电机以体积小、效率高一直成为研究的重点，它具备结构简单、运行可靠、无需机械换向、维护方便的特点，又有直流电机那样良好的调速特性，因此其应用越来越广泛。
因此，本申请提供一种通风柜自动门数字伺服节能控制器。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种能够解决通风柜自动门扭矩良好传递，提高效率，控制电机可靠运转，增加控制逻辑功能，给通风柜系统控制产品增值的通风柜自动门数字伺服节能控制器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，包括MCU控制器、速度给定电路、稳压电路、驱动电路、逆变器、BLDC电机、电流检测电路、过流检测电路和转子位置检测电路；所述速度给定电路与MCU控制器电性连接，电源分别与稳压电路和逆变器电性连接，所述稳压电路分别与MCU控制器和驱动电路电性连接，所述MCU控制器通过驱动电路与逆变器电性连接，所述逆变器分别与BLDC电机和电流检测电路电性连接，所述电流检测电路分别与MCU控制器和过流检测电路电性连接，且过流检测电路与MCU控制器电性连接，所述BLDC电机通过转子位置检测电路与MCU控制器电性连接。
进一步的，所述MCU控制器采用DSPIC33FJ32MC204主控芯片。
进一步的，所述BLDC电机的主电路为星形连接三相桥式，采用二二导通三相六状态工作方式。
进一步的，所述驱动电路采用IR2135集成电路。
进一步的，所述过流检测电路采用LM393集成比较器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所述的一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，包括MCU控制器、速度给定电路、稳压电路、驱动电路、逆变器、BLDC电机、电流检测电路、过流检测电路和转子位置检测电路；本发明采用MCU控制器能够精确地控制BLDC电机的工作状态，且电机速度跟踪速度快，稳定，通过械减速器能有更大动力输出。同时，该通风柜自动门数字伺服节能控制器具有结构管单、寿命长、维护方便、通用型好等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中BLDC电机的主电路连接示意图；
图3是本发明的控制流程图。
图中：1MCU控制器、2速度给定电路、3稳压电路、4驱动电路、5逆变器、6BLDC电机、7电流检测电路、8过流检测电路、9转子位置检测电路。
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。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，包括MCU控制器1、速度给定电路2、稳压电路3、驱动电路4、逆变器5、BLDC电机6、电流检测电路7、过流检测电路8和转子位置检测电路9；所述速度给定电路2与MCU控制器1电性连接，电源分别与稳压电路3和逆变器5电性连接，所述稳压电路3分别与MCU控制器1和驱动电路4电性连接，所述MCU控制器1通过驱动电路4与逆变器5电性连接，所述逆变器5分别与BLDC电机6和电流检测电路7电性连接，所述电流检测电路7分别与MCU控制器1和过流检测电路8电性连接，且过流检测电路8与MCU控制器1电性连接，所述BLDC电机6通过转子位置检测电路9与MCU控制器1电性连接。在本实施例中，该MCU有丰富的片内资源，通过优化算法编写的软件，能精确控制电机地工作状态。其中，BLDC电机即无传感器无刷直流电机；在无传感器无刷直流电机的控制中，转子位置的判断，电机的启动及电流的换相均由控制系统完成，采用DSP的无传感器无刷直流电机控制方法，借助MCU内DSP的强大的运算处理能力，软件上大大简化，微处理器只需对外面的开关信号做出处理，就能实现电机可靠的运转。
具体的，所述MCU控制器1采用DSPIC33FJ32MC204主控芯片；该主控芯片是控制系统的核心，它有完善的过压、过流、过热保护。输出驱动信号给逆变器，对功率驱动单元进行保护，实时采集转换信号、位置信号，通过开关量输入输出接收外部信息并对外部进行控制，可以通过总线与外部其他系统交换信息数据等。
其中，本实施例采用的主控芯片是MICROCHIP公司专为电机控制领域设计。DSPIC33FJ32MC204芯片是具有DSP功能的MCU，其DSP引擎具有17X17位乘法器，一个40位ALU，两个40位饱和累加器和一个40位双向移位寄存器，DSP指令可以无缝地与其他所有指令一起操作，控制功能强，使得它比一般的DSP硬件开发电路更简单更便宜，比同档次的单片机更能适应数字信号处理的要求。在实际应用中主要使用以下资源：1、电机控制PWM模块。PWM时基配置为递增/递减技术模式，工作于中间对齐方式，调制频率选择为10KHZ，采用独立的PWM输出模式，每个占空比发生器同时连接到PWM输出对应中的两个I/O引，且利用特殊事件触发器使A/D采样在占空比有效的中间时刻同步，以便获得准确的模拟量值；2、九路12位高速A/D转换通道，可以用来接位移传感器、电压以及其他保护信号，且采样与PWM时基同步；3、电平变化中断：来电机霍尔传感器的位信号发生电平变化时会产生电平变化中断，在电平变化中断服务子程序中，实施电机换相、辩别电机转向以及计算转速；4、定时器(TMER2/3)；工作于周期计数模式，以记录相邻两个电周期发生的间隔、用来计算转速。
具体的，所述BLDC电机6的主电路为星形连接三相桥式，采用二二导通三相六状态工作方式；该BLDC电机的驱动，是根据霍尔元件的状态来控制6个MOS管来对电机进行驱动和换相。其主电路设计为星形连接三相桥式，采用二二导通三相六状态工作方式，根据各相绕组反电势波形与转子位置检测器霍尔状态之间的关系，可分析出无刷直流电机电动运行时霍尔状态、电机绕组通电顺序以及功率场效应管导通顺序的逻辑关系。
具体的，所述驱动电路4采用IR2135集成电路，这样用于将单片机产生的PWM信号进行放大后，驱动功率场效应管。
具体的，所述过流检测电路8采用LM393集成比较器，在实际应用时，比较器正输入端接电流检测电路输出端，负输入端接单片机内的数模转换器输出端DAC，当电流大到一定值时，比较器输出由低电平变为高电平，此高电平输入给单片机，起到过流保护作用，通过设置DAC输出，达到设置过流值。
其中，转子位置检测电路9，由无刷直流电机内的3个霍尔元件，加上滤波电容组成，它提供的转子位置信号送到单片机，用于计算位置和速度。
另外，稳压电路3，用于片内稳压，避免内核电压与外围电路电压的冲突。
同时，本实施例的软件用C语言编写，按功能模块化设计，主要的功能模块有速度闭环PI控制、制动闭环PI控制、定位控制等，在编制定位程序时由于同步带或链条传动主从轮轮径不一致，算法难度很大，需要比较复杂的修正计算。
本实施例由于采用了电脑控制，除了节能外，质量轻，可节约大量的时间成本，发热量小，对环境影响也小，而且有定位功能，大大方便了操作，具有变速启动，变速停止，实际操作感受良好。
另外，实验表明由于交流离合电机在工作时，不论门的行程、轻重输出功率一致，如果门异常卡住，无检测功能可能还会导致电机损坏或者拉断皮带等传动部件也造成了能量消耗。而高效节能伺服控制电机采用直流无刷电机作为驱动，能效高达70％到80％，伺服控制系统可以根据需要通过软件自动调节电机的输出转速和输出功率，在柜门不需要动的时候系统处在待机状态，电磁离合器也不工作，系统基本不耗电。所以没有多于功率输出，综合起来直流无刷电机的能耗为传统交流离合电机能耗的30％到40％。
综上所述，该用于DSPIC33FJ32MC204单片机设计的无刷电机控制器，具有通用型，将其应用在通风柜视窗自动升降系统中取得非常优异的节能控持效果，电机速度跟踪速度快，稳定，通过械减速器能有更大动力输出，控制器具有结构管单、寿命长、维护方便、通用型好；且现已用于大部分通风柜并批量产生。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求以及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，其特征在于：包括MCU控制器(1)、速度给定电路(2)、稳压电路(3)、驱动电路(4)、逆变器(5)、BLDC电机(6)、电流检测电路(7)、过流检测电路(8)和转子位置检测电路(9)；所述速度给定电路(2)与MCU控制器(1)电性连接，电源分别与稳压电路(3)和逆变器(5)电性连接，所述稳压电路(3)分别与MCU控制器(1)和驱动电路(4)电性连接，所述MCU控制器(1)通过驱动电路(4)与逆变器(5)电性连接，所述逆变器(5)分别与BLDC电机(6)和电流检测电路(7)电性连接，所述电流检测电路(7)分别与MCU控制器(1)和过流检测电路(8)电性连接，且过流检测电路(8)与MCU控制器(1)电性连接，所述BLDC电机(6)通过转子位置检测电路(9)与MCU控制器(1)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，其特征在于：所述MCU控制器(1)采用DSPIC33FJ32MC204主控芯片。
3.根据权利要求1所述的一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，其特征在于：所述BLDC电机(6)的主电路为星形连接三相桥式，采用二二导通三相六状态工作方式。
4.根据权利要求1所述的一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，其特征在于：所述驱动电路(4)采用IR2135集成电路。
5.根据权利要求1所述的一种通风柜自动门数字伺服节能控制器，其特征在于：所述过流检测电路(8)采用LM393集成比较器。
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