CN109672391A - 一种串激电机控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串激电机控制系统和方法，系统主要包括：MCU控制器(7)、连接电源(1)、EMC滤波器(2)、阻容降压模块(3)、过零同步模块(4)、总线电压模块(5)、电位器档位模块(6)、晶闸管(8)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)和串激电机(11)；所述EMC滤波器(2)连接电源(1)，所述晶闸管(8)连接串激电机(11)，所述MCU控制器(7)连接所述阻容降压模块(3)、过零同步模块(4)、总线电压模块(5)、电位器档位模块(6)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)，所述总线电压模块(5)采集EMC滤波器(2)的电压，所述电机电流模块(10)采集串激电机(11)转动时的电流，所述MCU控制器(7)和串激电机(11)之间设置所述门极驱动模块(9)。

Description

一种串激电机控制系统和方法
技术领域
本发明属于一种串激电机控制系统和方法。
背景技术
目前现有串激电机转速精确控制时，电机需要外接永磁磁铁以及感应霍尔元件，不仅在材料成本高，而且装配时间长、成本高。本专利实现方法把霍尔元件和永磁磁铁省掉的同时，也达到精确控制转速的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种串激电机控制系统和方法。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种串激电机控制系统，包括：MCU控制器(7)、连接电源(1)、EMC滤波器(2)、阻容降压模块(3)、过零同步模块(4)、总线电压模块(5)、电位器档位模块(6)、晶闸管(8)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)和串激电机(11)；所述EMC滤波器(2)连接电源(1)，所述晶闸管(8)连接串激电机(11)，所述MCU控制器(7)连接所述阻容降压模块(3)、过零同步模块(4)、总线电压模块(5)、电位器档位模块(6)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)，所述总线电压模块(5)采集EMC滤波器(2)的电压，所述电机电流模块(10)采集串激电机(11)转动时的电流，所述MCU控制器(7)和串激电机(11)之间设置所述门极驱动模块(9)。
优选的是，所述电源(1)输入市电，所述EMC滤波器(2)，对市电进行滤波；所述RC阻容降压(3)，对滤波后的市电进行降压后，为电位器档位模块(6)、MCU控制器(7)提供稳定的工作电压；所述过零同步模块(4)，包括：包含2个电阻,所述2个电阻组成过零同步。
优选的是，所述MCU控制器(7)实时采样过零同步模块(4)的过零信号，所述MCU控制器(7)根据实时过零信号做出相应的事件处理，以同步控制门极驱动模块(9)，至此，MCU控制器(7)根据实时过零信号间接控制晶闸管(8)，MCU控制器(7)根据实时过零信号最终达到同步控制串激电机(11)。
优选的是，所述总线电压模块(5)，包括：包含3个电阻,所述3个电阻组成分压电路，MCU控制器(7)实时采样此总线电压,通过MCU控制器(7)计算得到当前总线电压具体值V_BUS。
优选的是，所述电位器档位模块(6)，MCU控制器(7)实时采样电位器阻值变化，然后MCU控制器(7)对应进入不同的工作状态。
优选的是，所述晶闸管(8)控制电机开和关，以达到控制所述串激电机(11)的转速。
优选的是，所述门极驱动模块(9)由MCU控制器(7)提供信号，以此通过门极驱动模块(9)实现晶闸管导通和截止，以此控制电机开和关，间接控制所述串激电机(11)目标转速。
优选的是，所述电机电流模块(10)，包括：包含1个电阻，当电机工作时，MCU控制器(7)实时采样此电流，通过MCU控制器(7)计算得到当前串激电机工作时的具体电流值I_MOTOR。
一种串激电机控制方法，其控制方法包括：
MCU控制器(7)采样过零同步模块(4)过零信号，采样总线电压模块(5)市电电压，采样电机电流模块(10)电机工作过程电流，MCU控制器(7)将采样到的过零信号，电压，电机电流等信号，经过运算，得到控制新的控制角度，通过门极驱动模块(9)、晶闸管(8)、实现有效控制串激电机(11)，在不断的采样这些信号并实现有效的闭环控制，从而实现串激电机恒定转速的控制。
本发明具有下列的优点：
低成本实现转速恒定，市面串激电机恒定转速控制都需要永磁磁铁和感应霍尔元件才能实现，本发明在实现相同功能得前提下，将永磁磁铁和感应霍尔元都去掉，通过电流检测来达到恒定转速控制的功能。
此外，这种控制方法不仅大大节约转配时间和减少成本，而且很大程度减少故障率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。其中，
图1是本发明串激电机控制系统的结构示意图；
图2是本发明串激电机控制系统的控制逻辑示意图；
图3是本发明串激电机控制系统的波形示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图1所示，一种串激电机控制系统，其主要包括：连接电源(1)、EMC滤波器(2)、阻容降压模块(3)、过零同步模块(4)，总线电压模块(5)、电位器档位模块(6)、MCU控制器(7)、晶闸管(8)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)和串激电机(11)，其中，所述EMC滤波器(2)连接电源(1)，所述晶闸管(8)连接串激电机(11)，其中，MCU控制器(7)连接所述阻容降压模块(3)，过零同步模块(4)，总线电压模块(5)，电位器档位模块(6)，门极驱动模块(9)，电机电流模块(10)，所述总线电压模块(5)采集经过EMC滤波器(2)的电源(1)电压，所述电机电流模块(10)采集串激电机(11)转动时的电流，所述MCU控制器(7)和串激电机(11)之间设置所述门极驱动模块(9)。
所述串激电机(11)转速精确控制时无需外接永磁磁铁以及感应霍尔元件，所述串激电机(11)为市场通用串激电机。
EMC滤波器(2)，包括：包含2个电阻,1个电容和1个共模电感组成，所述4个元件组成EMC滤波器，以达到避免对市电的干扰，避免电路本身受外界的干扰。所述EMC滤波器(2)，为系统稳定工作起到不可或缺的作用。所述EMC滤波器(2)，市电经其滤波后，过零同步模块(4)、总线电压模块(5)、MCU控制器(7)、晶闸管(8)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)和串激电机(11)等模块工作更加稳定可靠。
RC阻容降压(3)，市电经其降压后，为电位器档位模块(6)、MCU控制器(7)提供稳定的工作电压。所述RC阻容降压(2)间接或直接和其他模块形成回路，使得系统工作正常。
过零同步模块(4)，包括：包含2个电阻,所述2个电阻组成过零同步，MCU控制器(7)实时采样此过零信号,MCU控制器(7)根据实时过零信号做出相应的事件处理，以同步控制门极驱动模块(9)，至此，MCU控制器(7)根据实时过零信号间接控制晶闸管(8)，MCU控制器(7)根据实时过零信号最终达到同步控制串激电机(11)。
总线电压模块(5)，包括：包含3个电阻,所述3个电阻组成分压电路，MCU控制器(7)实时采样此总线电压,通过MCU控制器(7)计算得到当前总线电压具体值V_BUS。
所述电位器档位模块(6)，MCU控制器(7)实时采样电位器阻值变化，然后MCU控制器(7)对应进入不同的工作状态。
所述MCU控制器(7)，是控制系统的核心部分，其基于内部高速运行内核，集成模数转化，乘法器，除法器等重要功能于一体，在应用其所有功能，所述MCU控制器(7)采集所有信号的基础上，进行精确计算后，最终精确控制所述串激电机(11)。
所述晶闸管(8)控制电机开和关，以达到控制所述串激电机(11)的转速。
所述门极驱动模块(9)由MCU控制器(7)提供信号，以此通过门极驱动模块(9)实现晶闸管导通和截止，以此控制电机开和关，间接控制所述串激电机(11)目标转速。
所述电机电流模块(10)，包括：包含1个电阻，当电机工作时，MCU控制器(7)实时采样此电流，通过MCU控制器(7)计算得到当前串激电机工作时的具体电流值I_MOTOR。
优选的是，电机电流模块(10)使用电阻采样，使用公式U＝IR,R为采样电阻阻值，MCU控制器(7)采样电阻两端电压为Vad，如MCUAD位数为8位，最大数为255，AD参考电压为5V,则U＝Vad/255*5V,带入公式U＝IR得到I＝U/R＝Vad/255/R*255。
优选的是，MCU控制器(7)通过采集过零同步信号、电源电压、电机工作过程电流，再通过MCU控制器(7)滤波以及PID运算，输出新的控制导通角给到门极驱动模块(9)，从而控制晶闸管(8)的导通和截止，实现电机转速的有效闭环转速控制。PID运算为其核心算法，公式如公式1：
Δu(n)＝a0e(n)+a1e(n-1)+a2e(n-2)----公式1
注：n:当前状态 n-1:上次状态 n-2:上上次状态 e：差值
Kp：比例系数 T:运行周期 Td：微分周期 Ti:积分时间
此外，本发明还提供了一种一种串激电机控制方法，基于权利要求1-8任一所述的串激电机控制系统，其控制方法包括：
MCU控制器(7)采样过零同步模块(4)过零信号，采样总线电压模块(5)市电电压，采样电机电流模块(10)电机工作过程电流，MCU控制器(7)将采样到的过零信号，电压，电机电流等信号，经过运算，得到控制新的控制角度，通过门极驱动模块(9)、晶闸管(8)、实现有效控制串激电机(11)，在不断的采样这些信号并实现有效的闭环控制，从而实现串激电机恒定转速的控制。
本发明具有下列的优点：
低成本实现转速恒定，市面串激电机恒定转速控制都需要永磁磁铁和感应霍尔元件才能实现，本发明在实现相同功能得前提下，将永磁磁铁和感应霍尔元都去掉，通过电流检测来达到恒定转速控制的功能。
此外，这种控制方法不仅大大节约转配时间和减少成本，而且很大程度减少故障率。

Claims (9)

1.一种串激电机控制系统，其特征在于，包括：MCU控制器(7)、连接电源(1)、EMC滤波器(2)、阻容降压模块(3)、过零同步模块(4)、总线电压模块(5)、电位器档位模块(6)、晶闸管(8)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)和串激电机(11)；所述EMC滤波器(2)连接电源(1)，所述晶闸管(8)连接串激电机(11)，所述MCU控制器(7)连接所述阻容降压模块(3)、过零同步模块(4)、总线电压模块(5)、电位器档位模块(6)、门极驱动模块(9)、电机电流模块(10)，所述总线电压模块(5)采集EMC滤波器(2)的电压，所述电机电流模块(10)采集串激电机(11)转动时的电流，所述MCU控制器(7)和串激电机(11)之间设置所述门极驱动模块(9)。
2.根据权利要求1所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述电源(1)输入市电，所述EMC滤波器(2)，对市电进行滤波；所述RC阻容降压(3)，对滤波后的市电进行降压后，为电位器档位模块(6)、MCU控制器(7)提供稳定的工作电压；所述过零同步模块(4)，包括：包含2个电阻,所述2个电阻组成过零同步。
3.根据权利要求1或2所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述MCU控制器(7)实时采样过零同步模块(4)的过零信号，所述MCU控制器(7)根据实时过零信号做出相应的事件处理，以同步控制门极驱动模块(9)，至此，MCU控制器(7)根据实时过零信号间接控制晶闸管(8)，MCU控制器(7)根据实时过零信号最终达到同步控制串激电机(11)。
4.根据权利要求1或2所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述总线电压模块(5)，包括：包含3个电阻,所述3个电阻组成分压电路，MCU控制器(7)实时采样此总线电压,通过MCU控制器(7)计算得到当前总线电压具体值V_BUS。
5.根据权利要求1或2所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述电位器档位模块(6)，MCU控制器(7)实时采样电位器阻值变化，然后MCU控制器(7)对应进入不同的工作状态。
6.根据权利要求1或2所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述晶闸管(8)控制电机开和关，以达到控制所述串激电机(11)的转速。
7.根据权利要求1或2所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述门极驱动模块(9)由MCU控制器(7)提供信号，以此通过门极驱动模块(9)实现晶闸管导通和截止，以此控制电机开和关，间接控制所述串激电机(11)目标转速。
8.根据权利要求1或2所述的串激电机控制系统，其特征在于，所述电机电流模块(10)，包括：包含1个电阻，当电机工作时，MCU控制器(7)实时采样此电流，通过MCU控制器(7)计算得到当前串激电机工作时的具体电流值I_MOTOR。
9.一种串激电机控制方法，基于权利要求1-8任一所述的串激电机控制系统，其控制方法包括：MCU控制器(7)采样过零同步模块(4)过零信号，采样总线电压模块(5)市电电压，采样电机电流模块(10)电机工作过程电流，MCU控制器(7)将采样到的过零信号，电压，电机电流等信号，经过运算，得到控制新的控制角度，通过门极驱动模块(9)、晶闸管(8)、实现有效控制串激电机(11)，在不断的采样这些信号并实现有效的闭环控制，从而实现串激电机恒定转速的控制。
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