CN111669084A - 一种波浪滑翔器用水下驱动方法及电机驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪滑翔器用水下驱动方法及电机驱动器，属于无刷直流电机技术领域，其特征在于，至少包括：控制电机三相绕组的电流流通方向的MOSFET桥；控制MOSFET桥工作状态的MOSFET驱动模块；用于检测MOSFET桥输出给电机电流大小的电流采集模块；用于接收上位机的控制信号、接收电流采集模块的信号，并将控制信号发送给电机的主控模块；用于实现主控模块和上位机之间信号通信的通信模块；为所述主控模块、MOSFET驱动模块、MOSFET桥、电流采集模块和通信模块提供电源的电源模块；其中：所述主控模块通过MOSFET驱动模块与MOSFET桥连接，所述MOSFET桥与电机连接。
Description
技术领域
本发明属于无刷直流电机技术领域，特别是涉及一种波浪滑翔器用水下驱动方法及电机驱动器。
背景技术
波浪滑翔器需要配合水下推进器工作就需要水下推进器电机驱动器，采用高效率、寿命长、体积小的无刷直流电机以提高推进器品质。无刷直流电机需要专用的驱动器，市面上的无刷直流电机驱动器价格较高或功能单一或形状大小不满足所述水下推进器设计需求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种波浪滑翔器用水下驱动方法及电机驱动器，通过分析上位机发送的指令进行电机驱动，可以很好地配合波浪滑翔器工作。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
本发明的第一目的是提供一种波浪滑翔器用水下电机驱动器，至少包括：
控制电机三相绕组的电流流通方向的MOSFET桥；
控制MOSFET桥工作状态的MOSFET驱动模块；
用于检测MOSFET桥输出给电机电流大小的电流采集模块；
用于接收上位机的控制信号、接收电流采集模块的信号，并将控制信号发送给电机的主控模块；
用于实现主控模块和上位机之间信号通信的通信模块；
为所述主控模块、MOSFET驱动模块、MOSFET桥、电流采集模块和通信模块提供电源的电源模块；其中：
所述主控模块通过MOSFET驱动模块与MOSFET桥连接，所述MOSFET桥与电机连接。
进一步：所述MOSFET桥由6个MOSFET构成。
进一步：所述主控模块为dsPIC30F2010单片机。
进一步：所述主控模块包括安全启动模块和中断更新控制模块。
进一步：还包括两个PCB，其中一个为控制部分PCB，另一个为MOSFET部分PCB，所述主控模块和通信模块集成于控制部分PCB上，所述MOSFET驱动模块与MOSFET桥集成于MOSFET部分PCB上；两个PCB之间通过排针进行电气连接。
进一步：两个PCB均为圆柱形，该圆柱形的直径为59mm。
进一步：所述电机为无刷直流电机。
本发明的第二目的是提供一种波浪滑翔器用水下电机驱动器的驱动方法，包括：
S1、所述主控模块通过通信模块接收到上位机的启动指令、电机转速或所需输出功率信息，结合实时判断的无刷直流电机转子位置信息给出驱动信号，并将驱动信号发送给MOSFET驱动模块；
S2、MOSFET驱动模块收到驱动信号后，对驱动信号判断驱动信号是否正确，并处理正确的驱动信号直接驱动MOSFET桥输出对应电机转子不同位置时方向正确的电流；
S3、所述MOSFET桥被控制输出PWM直流电流至电机三根绕组线的其中两根，电机开始转动；流经电机的电流在MOSFET桥上由电流采集模块检测；
S4、主控模块在PID的电流环输入实际电流与目标电流的误差计算出电流环新的控制量、且判断电流是否超过电机最大允许电流，以决策是否关停电机，若上位机给出的是目标转速，所述主控模块通过电机反馈的霍尔信号计算电机实际转速，所述主控模块将在电机所允许的电流范围内，在PID的速度环输入实际转速与目标转速的误差给出新的控制量以跟踪目标转速。
进一步：所述电流采集模块的采集过程为：采样电阻将电流信号转换为电压信号，电压信号通过电流检测模块的放大器放大50倍后由主控模块的ADC模块转换为数字量。
本发明具有的优点和积极效果为：
本发明的驱动器接收上位机发送的指令或反馈电机运行状态信息予上位机。驱动器主控通过电机内霍尔传感器的信号判断电机转子的位置信息，从而给出对应的输出组合，通过MOSFET桥驱动电机转动。驱动器内芯片供电由线性稳压模块提供。当控制电机以一定转速运行时，所述驱动器通过PID速度环调节PWM占空比来达到调速目的，当控制电机恒功率输出时通过PID电流环使电机输出恒定功率。
附图说明
图1是本发明优选实施例的结构框图；
图2是本发明优选实施例的安全启动模块工作流程图；
图3是本发明优选实施例中串口中断的工作流程图；
图4是本发明优选实施例中CN中断的工作流程图；
图5是本发明优选实施例中定时中断的工作流程图；
图6是本发明优选实施例中控制部分PCB的结构图；
图7是本发明优选实施例中MOSFET部分PCB的结构图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1至图7、一种波浪滑翔器用水下电机驱动器，包括主控模块、MOSFET驱动模块、MOSFET桥、电流检测模块、通信模块、电源模块；
所述主控模块为dsPIC30F2010单片机，所述MOSFET驱动模块将主控信号传递给所述MOSFET桥，所述电流检测模块检测MOSFET桥输出给电机的电流大小，所述通信模块作为上位机与所述主控模块的数据收发器，所述电源模块提供5V电压与10V电压，所述MOSFET桥由6个MOSFET构成，控制电机三相绕组的电流流通方向。
作为优选：还包含自恢复保险丝用以短路保护、一个程序下载接口用以所述主控模块程序下载或升级、一个通信接口用以连接上位机、一个霍尔信号接口用以电机霍尔传感器供电与霍尔信号传输、一个电机三相绕组线接口和一个电源接口用以连接外部电池。
上述主控模块、MOSFET驱动模块、MOSFET桥、电流检测模块、通信模块、电源模块集成于两个PCB上，其中一个为控制部分PCB，另一个为MOSFET部分PCB，两部分用排针进行电气连接与互相固定。
驱动过程中，启动电机有安全启动程序以保证电机安全正常启动，更新控制信号、更新控制量、获取电机实际转速与实际电流、电机换向、PID跟踪目标转速或目标功率等功能均在中断程序中进行以保证驱动控制的准确性与快速性。
为了使得波浪滑翔器用水下电机驱动器方便内置到水下推进器内部、使推进器更加紧凑，其形状为圆形：圆形控制板和叠加在控制板上面的MOSFET板，对于电机三相绕组线和电源线这种过较大电流的粗线均采用外部空中对接接线方式以最大化减小驱动器高度。本发明所涉及的一种用于波浪滑翔器的水下推进器电机驱动器也可扩展到与波浪滑翔器的水下推进器类似的其他水下推进系统上。
为达到易于控制的目的，本发明仅需通过与上位机有线通信即可对电机进行驱动控制。且留有主控模块程序下载接口，方便升级程序以良好配合上位机工作及提高其通用性。
为使驱动器达到波浪滑翔器水下推进器150W功率需求，所述一种用于波浪滑翔器的水下推进器电机驱动器采用了漏源电压80V，持续漏极电流150A的MOSFET。
该驱动器接收上位机发送的指令或反馈电机运行状态信息予上位机。驱动器主控通过电机内霍尔传感器的信号判断电机转子的位置信息，从而给出对应的输出组合，通过MOSFET桥驱动电机转动。驱动器内各种芯片供电由DC-DC电源模块提供。当控制电机以一定转速运行时，所述驱动器通过PID速度环调节PWM占空比来达到调速目的，当控制电机恒功率输出时通过PID电流环使电机输出恒定功率。
请参阅图6和图7，PCB上包含有四个直径为3.2mm的安装孔5；主要部件包括：主控模块3；MOSFET驱动模块6；通信模块4；电源模块7；电流检测模块12；6个MOSFET构成的MOSFET桥9；电源接口11；电机三相绕组线接口10；霍尔信号接口2；通信接口1；程序下载接口8。
工作原理：
位于波浪滑翔器的上位机通过所述驱动器的通信模块4发送启动指令和所需电机转速或输出功率信息给所述驱动器主控模块3，主控模块3接到指令后实时判断无刷直流电机转子位置信息给出驱动信号给MOSFET驱动模块6。MOSFET驱动模块6收到驱动信号后对驱动信号进行判断实现MOSFET桥直通保护功能并对正确无误的驱动信号处理成能驱动MOSFET桥9的驱动信号。6个MOSFET构成的所述MOSFET桥9被控制输出PWM直流电至电机三根绕组线的其中两根，电机开始转动。流经电机的电流可在所述控制器的MOSFET桥12上由电流采集模块12检测，采集到电流大小信息后由交由主控模块3处理以达到过流保护目的且实现主控模块3驱动信号调整的电流环控制。所述驱动器的MOSFET桥9对电机的电流输出直接由电池供电，所述驱动器的通信模块4、主控模块3、MOSFET驱动模块6、电流采集模块12均由电源模块7将电池电压降低后进行供电。
在本实施例中，电源接口11与电机三相绕组线接口10均采用外部空中对接方式，所述控制器的PCB上则选择直接导线焊接，如此以减小所述驱动器占用的高度空间，程序下载接口8、通信接口1、霍尔信号接口2亦充分利用了两块PCB重叠的特点以避免没必要的高度增加。所述驱动器PCB形状采用了与电机形状贴合的圆形，其直径为59mm，如此以方便内置于波浪滑翔器的水下推进器内。所述驱动器包含一个贴片式保险丝，用以避免意外短路造成的电机或电池损毁。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种波浪滑翔器用水下电机驱动器，其特征在于，至少包括：
控制电机三相绕组的电流流通方向的MOSFET桥；
控制MOSFET桥工作状态的MOSFET驱动模块；
用于检测MOSFET桥输出给电机电流大小的电流采集模块；
用于接收上位机的控制信号、接收电流采集模块的信号，并将控制信号发送给电机的主控模块；
用于实现主控模块和上位机之间信号通信的通信模块；
为所述主控模块、MOSFET驱动模块、MOSFET桥、电流采集模块和通信模块提供电源的电源模块；其中：
所述主控模块通过MOSFET驱动模块与MOSFET桥连接，所述MOSFET桥与电机连接。
2.根据权利要求1所述的波浪滑翔器用水下电机驱动器，其特征在于：所述MOSFET桥由6个MOSFET构成。
3.根据权利要求1所述的波浪滑翔器用水下电机驱动器，其特征在于：所述主控模块为dsPIC30F2010单片机。
4.根据权利要求1所述的波浪滑翔器用水下电机驱动器，其特征在于：所述主控模块包括安全启动模块和中断更新控制模块。
5.根据权利要求1所述的波浪滑翔器用水下电机驱动器，其特征在于：还包括两个PCB，其中一个为控制部分PCB，另一个为MOSFET部分PCB，所述主控模块和通信模块集成于控制部分PCB上，所述MOSFET驱动模块与MOSFET桥集成于MOSFET部分PCB上；两个PCB之间通过排针进行电气连接。
6.根据权利要求5所述的波浪滑翔器用水下电机驱动器，其特征在于：两个PCB均为圆柱形，该圆柱形的直径为59mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的波浪滑翔器用水下电机驱动器，其特征在于：所述电机为无刷直流电机。
8.一种基于权利要求7所述波浪滑翔器用水下电机驱动器的驱动方法，其特征在于，包括：
S1、所述主控模块通过通信模块接收到上位机的启动指令、电机转速或所需输出功率信息，结合实时判断的无刷直流电机转子位置信息给出驱动信号，并将驱动信号发送给MOSFET驱动模块；
S2、MOSFET驱动模块收到驱动信号后，对驱动信号判断驱动信号是否正确，并处理正确的驱动信号直接驱动MOSFET桥输出对应电机转子不同位置时方向正确的电流；
S3、所述MOSFET桥被控制输出PWM直流电流至电机三根绕组线的其中两根，电机开始转动；流经电机的电流在MOSFET桥上由电流采集模块检测；
S4、主控模块在PID的电流环输入实际电流与目标电流的误差计算出电流环新的控制量、且判断电流是否超过电机最大允许电流，以决策是否关停电机，若上位机给出的是目标转速，所述主控模块通过电机反馈的霍尔信号计算电机实际转速，所述主控模块将在电机所允许的电流范围内，在PID的速度环输入实际转速与目标转速的误差给出新的控制量以跟踪目标转速。
9.根据权利要求8所述波浪滑翔器用水下电机驱动器的驱动方法，其特征在于：所述电流采集模块的采集过程为：采样电阻将电流信号转换为电压信号，电压信号通过电流检测模块的放大器放大50倍后由主控模块的ADC模块转换为数字量。
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