CN110311618A - 电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电机控制系统，包括：用于驱动直流电机工作的第一驱动器和第二驱动器；用于控制第一驱动器或第二驱动器工作的主控制电路；容错电路，容错电路包括：容错控制芯片和开关器件；容错控制芯片的第一故障信号接收端与第一驱动器相连以接收所述第一驱动器的故障检测信号；容错控制芯片的第一开关信号输出端与开关器件相连；开关器件还与第一驱动器和第二驱动器相连；容错控制芯片根据接收到的故障检测信号判断第一驱动器是否发生故障，并在判断出第一驱动器发生故障时控制开关器件切换至使第二驱动器工作；用于向以上各部件供电的电源电路。本申请实施例提供的电机控制系统具有较高的容错性能。

Description

电机控制系统

技术领域

本申请涉及电机驱动控制技术，尤其涉及一种电机控制系统。

背景技术

随着集成电路的快速发展和电力电子器件技术的不断更新，电机控制系统的复杂程度越来越高。而驱动器作为直接驱动电机工作的器件，具有驱动能力强、接口通用性高、软件编程更加方便等优点，能够很好的适应复杂程度较高的电机控制系统，因此在电机控制系统中的应用越来越广泛。

目前，本领域常用的采用驱动器搭建的电机控制系统的容错性能较差，一旦驱动器出现故障，整个控制系统就会立即停止工作，而且无法在系统内进行故障自检，必须返厂处理或请维修人员到现场进行维修，大大影响了电机控制系统的正常使用。

发明内容

本申请实施例中提供了一种电机控制系统，具有较高的容错性能。

本申请实施例提供一种电机控制系统，包括：

用于驱动直流电机工作的第一驱动器；

用于驱动直流电机工作的第二驱动器；

主控制电路，分别与所述第一驱动器和第二驱动器相连，用于控制第一驱动器工作或控制第二驱动器工作的；

用于当第一驱动器故障时使主控制电路控制第二驱动器工作的容错电路，所述容错电路包括：容错控制芯片和开关器件；所述容错控制芯片的第一故障信号接收端与所述第一驱动器相连以接收所述第一驱动器的故障检测信号；所述容错控制芯片的第一开关信号输出端与所述开关器件相连；所述开关器件还与所述第一驱动器和第二驱动器相连；所述容错控制芯片根据接收到的故障检测信号判断第一驱动器是否发生故障，并在判断出第一驱动器发生故障时控制所述开关器件切换至所述第二驱动器工作；

用于向第一驱动器、第二驱动器、主控制电路和容错电路供电的电源电路。

本实施例所提供的技术方案，采用主控制电路在初始状态下控制第一驱动器工作，以驱动直流电机工作；采用容错控制芯片与第一驱动器相连以获知第一驱动器的运行状态，当容错控制芯片获知第一驱动器发生故障时，通过开关器件控制第二驱动器工作，以驱动直流电机继续工作，不受第一驱动器故障的影响。上述电机控制系统具有较好的容错性能，在其中一个驱动器故障的情况下仍然能够保证系统持续运行，应用于工业生产中能够确保持续生产，提高生产效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的电机控制系统的结构示意图。

附图标记：

10-第一驱动器；20-第二驱动器；30-主控制电路；40-容错电路；50-电源电路。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1为本申请实施例提供的电机控制系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的电机控制系统，包括：第一驱动器10、第二驱动器20、主控制电路30、容错电路40和电源电路50。其中，第一驱动器10和第二驱动器20都是用来驱动直流电机工作的。主控制电路30用于控制第一驱动器10工作或控制第二驱动器10工作。电源电路50的输入端与外部供电设备相连，输出端分别与第一驱动器10、第二驱动器20、主控制电路30和容错电路40相连。电源电路50将外部供电设备提供的外部输入电源转换为电机控制系统中各部件所需的电压，提供给各部件使用。

容错电路40与第一驱动器10相连，在初始状态下，主控制电路30控制第一驱动器10工作，以使第一驱动器10驱动直流电机工作。容错电路40获知第一驱动器10发生故障时，容错电路40启动第二驱动器20在主控制电路30的控制下工作，以使第二驱动器20驱动直流电机工作。

具体的，在初始状态下，主控制电路30向第一驱动器10和第二驱动器20都发出转速、转矩等控制信号。在初始状态下，只有第一驱动器10接通电源进行工作，而第二驱动器20未接通电源。当第一驱动器10发生故障时，容错电路40控制第二驱动器20接通电源进行工作。

容错电路40具体包括：容错控制芯片和开关器件。其中，容错控制芯片具有第一故障信号接收端和第一开关信号输出端。第一故障信号接收端与第一驱动器10相连，用于接收第一驱动器的故障检测信号。第一开关信号输出端与开关器件相连。开关器件还与第一驱动器10和第二驱动器20相连。当容错控制芯片获知第一驱动器10发生故障时，通过第一开关信号输出端向开关器件发送信号，以控制开关器件切换至第二驱动器20工作。

具体的，容错控制芯片根据接收到的故障检测信号来判断第一驱动器是否发生故障，当判断出发生故障时，控制开关器件切换至使第二驱动器工作。

本实施例所提供的技术方案，采用主控制电路在初始状态下控制第一驱动器工作，以驱动直流电机工作；采用容错控制芯片与第一驱动器相连以获知第一驱动器的运行状态，当容错控制芯片获知第一驱动器发生故障时，通过开关器件控制第二驱动器工作，以驱动直流电机继续工作，不受第一驱动器故障的影响。上述电机控制系统具有较好的容错性能，在其中一个驱动器故障的情况下仍然能够保证系统持续运行，应用于工业生产中能够确保持续生产，提高生产效率。

上述容错电路40的实现方式有很多种，本实施例提供一种具体的实现方式：

如图1所示，开关器件为第一继电器，第一继电器具有线圈和若干触点。上述容错控制芯片中的第一开关信号输出端与第一继电器相连，具体是与第一继电器的线圈相连。当接收到第一驱动器10发送的故障检测信号时，容错控制芯片控制第一继电器的线圈得电。

第一继电器的触点包括第一类触点和第二类触点，当第一继电器的线圈得电时，第一类触点和第二类触点执行相应的闭合或断开的动作。将第一类触点分别与电源和第一驱动器10相连，第二类触点分别与电源和第二驱动器20相连。

假设第一类触点为常闭触点，第二类触点为常开触点。在初始状态下，第一驱动器10正常工作，容错电路40接收到的第一驱动器发送的故障检测信号为非故障信号，停止向第一继电器的线圈供电。第一继电器的线圈没有电流通过，常闭触点处于常闭状态，第一驱动器10得电，主控制电路30控制第一驱动器10驱动电机工作。

当第一驱动器10发出的故障检测信号为故障信号时，容错电路40向第一继电器的线圈供电。第一继电器的线圈得电，常闭触点断开，使得第一驱动器10断电；同时，常开触点闭合，第二驱动器20得电，主控制电路30控制第二驱动器20驱动电机工作。

在上述技术方案的基础上，第一类触点也可以为常开触点，第二类触点为常闭触点，对应可调整容错电路40的控制方式。

在上述技术方案的基础上，容错电路40还具有第二故障信号接收端，与第二驱动器20相连，以获取第二驱动器20的故障检测信号。当第二驱动器20发生故障时，容错电路40还可以断开第二驱动器20的供电，而使第一驱动器10得电，进而通过第一驱动器10驱动直流电机工作。具体的控制原理可参照上述第一继电器的工作原理。

容错电路40可根据第一驱动器10和第二驱动器20的工作状态来选择其中一个驱动器工作，当第一驱动器10故障时，控制第二驱动器20工作；当第二驱动器20发生故障时，控制第一驱动器10工作。其中一个驱动器发生故障并不影响电机的工作，确保了电机能够持续工作，大大提高了电机控制系统的可靠性和维修性。上述电路结构可应用于直流电机控制系统、伺服电机控制系统等。

驱动器向容错控制芯片发送的故障检测信号的类型可以为：过压、过温、过流、及过载等内部故障检测信号，容错控制芯片可对故障检测信号进行判断，具体可以将故障检测信号与对应的阈值进行比较来确定驱动器是否发生故障。具体的，容错控制芯片的多个管脚分别与第一驱动器10的对应连接端相连，每个管脚接收一种类型的故障检测信号。

容错控制芯片根据接收到的故障检测信号判断第一驱动器10是否发生故障，具体可采用如下方式：

容错控制芯片根据接收到的故障检测信号的对应管脚获知信号类型，然后从存储器内读取预存的与该类型对应的故障阈值。容错芯片判断接收到的故障检测信号是否大于故障阈值，若是，则确定第一驱动器10发生故障；若否，则第一驱动器10未发生故障。例如：若故障检测信号的类型为过压信号，容错控制芯片读取预存的电压阈值，判断故障检测信号是否大于电压阈值，若大于则确定第一驱动器发生了过压故障。

至于各驱动器与直流电机的驱动方式，可以采用如下方式：

采用第二继电器，继电器的线圈与容错控制芯片的第二开关信号输出端相连，当容错控制芯片通过第二开关信号输出端向第二继电器的线圈供电时，第二继电器的线圈得电，第二继电器的第一类触点和第二类触点执行相应的闭合或断开操作。第二继电器的第一类触点分别与第一驱动器10和直流电机相连，第二类触点分别与第二驱动器20和直流电机相连。

类似的，第一类触点为常闭触点，第二类触点为常开触点。当第二继电器的线圈断电时，常闭触点处于闭合状态，第一驱动器10驱动直流电机工作；当第二继电器的线圈得电时，常开触点处于闭合状态，第二驱动器20驱动直流电机工作。

上述电源电路的功能是接收外部输入电源，并对外部输入电源进行电压转换，转换为各驱动器、主控制电路、容错电路需要的工作电压，外部输入电源可以为直流48V信号。具体的，电源电路包括：第一级转换电源和第二级转换电源。

其中，第一级转换电源的输入端与外部供电电源相连。第一级转换电源将外部供电电源提供的外部输入电源转换为第一级电压信号，通过第一级转换电源内的输出端输出。第一级电压信号可以为直流5V信号。

第二级转换电源的输入端与第一级转换电源的输出端相连，将直流5V信号转换为第二级电压信号，例如：直流3.3V信号。第二级转换电源的输出端分别与主控制电路30和容错电路40相连，将直流3.3V信号提供给主控制电路30和容错电路40。

另外，电源电路50还包括：第三级转换电源，其输入端与第一级转换电源相连，将直流5V信号转换为第三级电压信号，例如：直流1.9V信号。第三级转换电源的输出端与主控制电路30相连，以将1.9V信号提供给主控制电路。

第一驱动器10的电源端通过上述第一继电器的第一类触点直接与外部供电电源相连，第二驱动器20的电源端通过上述第一继电器的第二类触点直接与外部供电电源相连，接收直流48V信号。

上述各级转换电源所输出的电压信号幅值可根据电机控制系统中各部件所需的工作电压进行设定，并不现定于上述电压幅值。

上述第一级转换电源可采用TRACO公司的THN15WI系列的DC/DC转换模块。第二级转换电源和第三级转换电源可采用TI的可调电压转换模块PTH05000WAH。

上述主控制电路30可以包括：数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称：DSP)以及与DSP相连的外围电路，该外围电路与容错电路40相连，其具体的连接方式可根据DSP与容错控制芯片具体的引脚进行设定。主控制电路30的基本功能可通过软件编程并将程序下载至DSP中来实现，可采用已有的编程方式和程序下载方式来进行。

DSP的外围电路包括：JTAG电路，复位电路和外扩Flash电路。DSP部分电路可参考TMS320F28335芯片相关手册，外扩Flash电路部分可采用SGS-Thomson Microelectronic公司的Flash芯片M25P16-VMN6P，Flash芯片外围电路的具体连接关系可参考M25P16-VMN6P芯片手册。

除此之外，主控制电路30也可以采用微控制单元(Micro Control Unit，简称：MCU)、ARM、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)等可实现此功能的控制器件以及相关外围电路。

第一驱动器10和第二驱动器20可采用Ingenia Motion Control公司的电机驱动器PTRI-7/48-C，驱动器最大峰值电流可达8.5A，对外通信接口有CAN、USB和UART等，本实施例采用UART通信控制方式。驱动器内部有过压、过温、过流、及过载等内部故障检测信号，可通过其专用软件IMC Motion Lab将这几个主要故障检测信号配置到空闲管脚，输出到容错控制芯片。驱动器的外围电路的具体连接关系可参考PTRI-7/48-C产品相关手册。容错电路上电后，第一驱动器和第二驱动器同时上电且参数配置相同，等待主控制电路30传来的控制信号，收到控制信号立即开始工作。当然，驱动器并不限定于上述器件，也可以采用其它型号的器件。

上述容错控制芯片可以采用单片机，也可以采用DSP、MCU、ARM、PLC等可实现此功能的控制器件。本实施例采用Silicon Lab公司的C8051F340作为容错控制芯片，外围电路的具体连接关系可参考C8051F340芯片手册。容错电路40的工作原理为：上电后，C8051F340实时接收第一驱动器10、第二驱动器20传来的故障检测信号，如第一驱动器10无故障，则第一继电器接通主控制电路30和第一驱动器10，主控制电路30发出的串口控制信号传给第一驱动器10。第二继电器接通第一驱动器10和直流电机，第一驱动器10发出的驱动电流信号传给直流电机，直流电机开始工作。如果第一驱动器10上报故障信号，则C8051F340发送开关控制信号到第一继电器和第二继电器，这时第一继电器接通主控制电路30和第二驱动器20，主控制电路30发出的串口控制信号传给第二驱动器20。第二继电器接通第二驱动器20和直流电机，第二驱动器20发出的驱动电流信号传给直流电机，直流电机开始工作。

上述第一继电器和第二继电器，可以采用陕西群力公司的JGC-5260M，在控制方式不同的情况下，继电器个数也可以相应增加。

上述各器件的型号仅作为举例，技术人员还可以采用其它型号的器件，本实施例不做限定。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电机控制系统，其特征在于，包括：

用于驱动直流电机工作的第一驱动器；

用于驱动直流电机工作的第二驱动器；

主控制电路，分别与所述第一驱动器和第二驱动器相连，用于控制第一驱动器工作或控制第二驱动器工作的；

用于当第一驱动器故障时使主控制电路控制第二驱动器工作的容错电路，所述容错电路包括：容错控制芯片和开关器件；所述容错控制芯片的第一故障信号接收端与所述第一驱动器相连以接收所述第一驱动器的故障检测信号；所述容错控制芯片的第一开关信号输出端与所述开关器件相连；所述开关器件还与所述第一驱动器和第二驱动器相连；所述容错控制芯片根据接收到的故障检测信号判断第一驱动器是否发生故障，并在判断出第一驱动器发生故障时控制所述开关器件切换至所述第二驱动器工作；

用于向第一驱动器、第二驱动器、主控制电路和容错电路供电的电源电路。

2.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述容错控制芯片根据接收到的故障检测信号判断第一驱动器是否发生故障，具体为：

所述容错控制芯片获取预存的与所述故障检测信号类型对应的故障阈值；

所述容错控制芯片判断所述故障检测信号是否大于故障阈值，若是，则确定第一驱动器发生故障。

3.根据权利要求2所述的电机控制系统，其特征在于，所述故障检测信号的类型为过流信号、过压信号、过载信号或过热信号。

4.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，

所述开关器件为第一继电器；

所述第一继电器的线圈与所述容错控制芯片的第一开关信号输出端相连；所述第一继电器的第一类触点与所述第一驱动器相连；所述第一继电器的第二类触点与所述第二驱动器相连。

5.根据权利要求4所述的电机控制系统，其特征在于，所述容错控制芯片的第二故障信号接收端与所述第二驱动器相连以接收所述第二驱动器的故障检测信号。

6.根据权利要求4所述电机控制系统，其特征在于，还包括：

第二继电器；所述第二继电器的线圈与所述容错控制芯片的第二开关信号输出端相连；所述第二继电器的第一类触点分别与所述第一驱动器和直流电机相连；所述第二继电器的第二类触点分别与所述第二驱动器和直流电机相连。

7.根据权利要求4或6所述的电机控制系统，其特征在于，所述第一类触点为常闭触点，第二类触点为常开触点。

8.根据权利要求1所述电机控制系统，其特征在于，所述电源电路包括：

第一级转换电源；所述第一级转换电源的输入端与外部供电电源相连，所述第一级转换电源的输出端输出第一级电压信号；

第二级转换电源；所述第二级转换电源的输入端与第一级转换电源的输出端相连，所述第二级转换电源的输出端输出第二级电压信号；所述第二级转换电源的输出端分别与主控制电路和容错电路相连。

9.根据权利要求8所述的电机控制系统，其特征在于，所述电源电路还包括：

第三级转换电源；所述第三级转换电源的输入端与第一级转换电源的输出端相连，所述第三级转换电源的输出端输出第三级电压信号；所述第三级转换电源的输出端与主控制电路相连。

10.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述主控制电路包括：

数字信号处理器DSP；

与数字信号处理器DSP相连的外围电路；所述外围电路与所述容错电路相连。