CN113241977A - 一种电机驱动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机驱动控制系统及方法，涉及电机控制领域，包括：直流电机；负载反馈模块，连接直流电机，用于采集直流电机带负载运行的实时电流；位置反馈模块，连接直流电机，用于采集直流电机连接的推杆顶部的实时位置信息；处理模块，分别连接负载反馈模块和位置反馈模块，用于根据实时电流和实时位置信息，处理得到一电机驱动信号；驱动模块，分别连接处理模块和直流电机，用于根据电机驱动信号调整对直流电机的输出功率，以驱动直流电机运行。本发明对推杆顶部的实时位置信息进行采集，并根据实时位置信息调整对直流电机的输出功率，避免对直流电机的输出功率过大对电流检测电路造成冲击，保证直流电机在受驱动过程中的安全性。

Description

一种电机驱动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机驱动控制系统及方法。

背景技术

由于直流电机具有良好的启动和调速性能，常应用于对启动和调速有较高要求的场合，如大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、宾馆高速电梯、龙门刨床、电力机车、内燃机车、城市电车、地铁列车、电动自行车、造纸和印刷机械、船舶机械、大型精密机床和大型起重机等生产机械中。

随着全球技术的发展，电机控制在汽车，航空，工业等领域的应用越来越广，同时，也要求控制趋向高安全性高可靠性。

但是现有的技术方案中，对于电机驱动控制方面的安全保障不够高，无法有效保证电机在受驱动运行过程中的安全性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电机驱动控制系统，包括：

直流电机；

负载反馈模块，连接所述直流电机，用于对所述直流电机带负载运行的实时电流进行采集；

位置反馈模块，连接所述直流电机，用于对所述直流电机连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集；

处理模块，分别连接所述负载反馈模块和所述位置反馈模块，用于根据所述实时电流和所述实时位置信息，处理得到一电机驱动信号；

驱动模块，分别连接所述处理模块和所述直流电机，用于根据电机驱动信号调整对所述直流电机的输出功率，以驱动所述直流电机运行。

优选的，所述处理模块包括：

第一存储单元，用于保存一第一过滤区间和一第二过滤区间；

过滤单元，连接所述第一存储单元，用于根据第一过滤区间对所述实时电流进行过滤，得到一滤后电流；

以及根据所述第二过滤区间对所述实时位置信息进行过滤，得到一滤后位置信息。

优选的，所述处理模块还包括：

比较单元，连接所述过滤单元，用于将所述滤后电流与预设的一第一电流阈值进行比较，得到一比较结果；

处理单元，连接所述比较单元，用于在比较结果表明所述滤后电流大于所述第一电流阈值时，生成一停止指令；

所述驱动模块根据所述停止指令停止驱动所述直流电机。

优选的，所述处理模块还包括：

计时单元，用于在直流电机运行后开始计时；

第二存储单元，连接所述处理单元，用于保存一第一距离、一第二距离、一第三距离和一第四距离；

所述处理单元在所述滤后位置信息达到第一距离时，生成一第一电机驱动信号；以及

在所述滤后位置信息达到第二距离时，生成一第二电机驱动信号；以及

在所述滤后位置信息达到第三距离时，生成一第三电机驱动信号；以及

在所述滤后位置信息达到第四距离时，生成一第四电机驱动信息；

所述驱动模块根据分别所述第一电机驱动信号、所述第二电机驱动信号、所述第三电机驱动信号和所述第四电机驱动信号驱动所述直流电机以第一运行功率、第二运行功率、第三运行功率和第四运行功率运行。

优选的，所述负载反馈模块为连接所述直流电机输出端的电流检测电路。

一种电机驱动控制方法，应用于上述的电机驱动控制系统，并包括：

步骤S1，所述电机驱动控制系统对直流电机带负载运行的实时电流进行采集；

步骤S2，所述电机驱动控制系统对所述直流电机连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集；

步骤S3，所述电机驱动控制系统根据所述实时电流和所述实时位置信息，处理得到一电机驱动信号；

步骤S4，所述电机驱动控制系统根据电机驱动信号驱动所述直流电机运行，以控制所述推杆沿预设方向运动时的运动速度。

优选的，所述步骤S3包括：

步骤S31，所述电机驱动控制系统保存一第一过滤区间和一第二过滤区间；

步骤S32，所述电机驱动控制系统根据第一过滤区间对所述实时电流进行过滤，得到一滤后电流；以及根据所述第二过滤区间对所述实时位置信息进行过滤，得到一滤后位置信息。

优选的，所述步骤S3还包括：

步骤S33，所述电机驱动控制系统将所述滤后电流与预设的一第一电流阈值进行比较，得到一比较结果；

步骤S34，所述电机驱动控制系统在比较结果表明所述滤后电流大于所述第一电流阈值时，生成一停止指令；

步骤S35，所述电机驱动控制系统根据所述停止指令停止驱动所述直流电机。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本技术方案对直流电机连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集，并根据实时位置信息调整对直流电机的输出功率，使得推杆顶部在运动到不同预设位置时的运行速度发生变化，避免致对直流电机的输出功率过大，进而对电流检测电路造成冲击，保证了直流电机在受驱动过程中的安全性。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，电机驱动控制系统的总体结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，电机驱动控制方法的流程图；

图3为本发明的较佳的实施例中，电机驱动控制方法的子流程图；

图4为本发明的较佳的实施例中，电机驱动控制方法的子流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种电机驱动控制系统，如图1所示，包括：

直流电机1；

负载反馈模块2，连接直流电机1，用于对直流电机1带负载运行的实时电流进行采集；

位置反馈模块3，连接直流电机1，用于对直流电机1连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集；

处理模块4，分别连接负载反馈模块2和位置反馈模块3，用于根据实时电流和实时位置信息，处理得到一电机驱动信号；

驱动模块5，分别连接处理模块4和直流电机1，用于根据电机驱动信号调整对直流电机1的输出功率，以驱动直流电机1运行。

具体地，本实施例中，负载检测模块可以为连接直流电机1输出端的电流检测电路。位置反馈模块3、处理模块4和驱动模块5均可以集成设置在直流电机1驱动器上的电路板上。通过设置负载检测模块对直流电机1运行时的实时电流进行检测，并发送至处理模块4。通过设置位置反馈模块3对直流电机1连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集，并反馈至处理模块4。处理模块4对接收到的实时电流和实时位置信息进行先过滤，再进行线性处理，得到电机驱动信号，并发送至驱动模块5。其中，驱动模块5可以为连接直流电机1输入端的驱动电路。通过设置驱动电路，实现了根据电机驱动信号对直流电机1的有效驱动。

进一步地，电机驱动信号可以为PWM波。脉宽调制(PWM)是利用数字输出对模拟电路进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量。另外，PWM具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。通过使用PWM波来驱动直流电机1，可以大幅度降低成本和功耗。

本技术方案对直流电机1连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集，并根据实时位置信息调整对直流电机1的输出功率，使得推杆顶部在运动到不同预设位置时的运行速度发生变化，避免对直流电机1的输出功率过大，进而对电流检测电路造成冲击，保证了直流电机1在受驱动过程中的安全性。

本发明的较佳的实施例中，处理模块4包括：

第一存储单元41，用于保存一第一过滤区间和一第二过滤区间；

过滤单元42，连接第一存储单元41，用于根据第一过滤区间对实时电流进行过滤，得到一滤后电流；

以及根据第二过滤区间对实时位置信息进行过滤，得到一滤后位置信息。

具体地，本实施例中，通过设置过滤单元42分别实现对实时电流及对实时位置信息的过滤。进一步地，过滤单元42采用中值滤波算法对实时电流及实时位置信息进行过滤。其中，中值滤波法是一种非线性平滑技术，基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术。通过将采集到的实时电流和实时位置信息分别通过第一过滤区间和第二过滤区间进行过滤，消除了一些孤立的噪点，有效提升了数据的准确性。

本发明的较佳的实施例中，处理模块4还包括：

比较单元43，连接过滤单元42，用于将滤后电流与预设的一第一电流阈值进行比较，得到一比较结果；

处理单元44，连接比较单元43，用于在比较结果表明滤后电流大于第一电流阈值时，生成一停止指令；

驱动模块5根据停止指令停止驱动直流电机1。

具体地，本实施例中，通过实现对比较单元43将滤后电流与第一电流阈值。当滤后电流不大于第一电流阈值时表明直流电机1此时的工作电流不大于正常伸缩到位时的堵转电流，此时不对直流电机1进行控制；当滤后电流大于第一电流阈值时，表明直流电机1此时的工作电流大于正常伸缩到位时的堵转电流，此时处理单元44生成停止指令并发送至驱动模块5，使得驱动模块5根据停止指令停止驱动直流电机1。避免直流电机1的工作电流过大对直流电机1及驱动电路造成损坏，有效提升了本技术方案的安全性。

本发明的较佳的实施例中，处理模块4还包括：

计时单元45，用于在直流电机1运行后开始计时；

第二存储单元46，连接处理单元44，用于保存一第一距离、一第二距离、一第三距离和一第四距离；

处理单元44在滤后位置信息达到第一距离时，生成一第一电机驱动信号；以及

在滤后位置信息达到第二距离时，生成一第二电机驱动信号；以及

在滤后位置信息达到第三距离时，生成一第三电机驱动信号；以及

在滤后位置信息达到第四距离时，生成一第四电机驱动信息；

驱动模块5根据分别第一电机驱动信号、第二电机驱动信号、第三电机驱动信号和第四电机驱动信号驱动直流电机1以第一运行功率、第二运行功率、第三运行功率和第四运行功率运行。

具体地，本实施例中，在直流电机1运行后计时单元45开始计时。处理单元44时将滤后位置信息分别与第一距离、第二距离、第三距离和第四距离进行比较。其中，第一距离为推杆顶部与直流电机1的最小距离，第二距离为推杆顶部与直流电机1的最大距离。

当推杆顶部从最小距离向最大距离运动时，依次经过第一距离、第二距离、第三距离和第四距离：推杆顶部从第一距离开始运动，此时处理单元44生成第一电机驱动信号，并发送至驱动模块5，驱动模块5根据第一电机驱动信号驱动直流电机1以第一功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的推力大于沿推杆方向运动时的摩擦力，且推力持续变大，推杆顶部带动负载做加速度变大的加速运动；当推杆顶部运动到第二距离时，处理单元44生成第二电机驱动信号，并发送至驱动模块5，驱动模块5根据第二电机驱动信号驱动直流电机1以第二功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的推力等于沿推杆方向运动时的摩擦力，推杆顶部带动负载做匀速运动；当推杆顶部运动到第三距离时，处理单元44生成第三电机驱动信号，并发送至驱动模块5，驱动模块5根据第三电机驱动信号驱动直流电机1以第三功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的推力小于沿推杆方向运动时的摩擦力，且推力持续变小，推杆顶部带动负载做加速度变小的减速运动；当推杆顶部运动到第四距离时，处理单元44生成第四电机驱动信号，驱动模块5根据第四电机驱动信号驱动直流电机1以第四功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的推力为零，因此推杆顶部在第四距离处停下。

当推杆顶部从最大距离向最小距离运动时，依次经过第四距离、第三距离、第二距离和第一距离：推杆顶部从第四距离开始运动，此时处理单元44生成第四电机驱动信号，并发送至驱动模块5，驱动模块5根据第四电机驱动信号驱动直流电机1以第四功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的拉力大于沿推杆方向运动时的摩擦力，且拉力持续变大，推杆顶部带动负载做加速度变大的加速运动；当推杆顶部运动到第三距离时，处理单元44生成第三电机驱动信号，并发送至驱动模块5，驱动模块5根据第三电机驱动信号驱动直流电机1以第三功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的拉力等于沿推杆方向运动时的摩擦力，推杆顶部带动负载做匀速运动；当推杆顶部运动到第二距离时，处理单元44生成第二电机驱动信号，并发送至驱动模块5，驱动模块5根据第二电机驱动信号驱动直流电机1以第二功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的拉力小于沿推杆方向运动时的摩擦力，且拉力持续变小，推杆顶部带动负载做加速度变小的减速运动；当推杆顶部运动到第一距离时，处理单元44生成第一电机驱动信号，驱动模块5根据第一电机驱动信号驱动直流电机1以第一功率运行，此时驱动电机对推杆顶部的拉力为零，因此推杆顶部在第一距离处停下。

在本技术方案中，处理单元44根据推杆顶部运动所在的位置，调整对直流电机1的运行功率，进而调整直流电机1作用于负载上的推拉力，使得推杆顶部带动负载进行平稳地加速，匀速，及减速运动。并且推杆顶部运动到最小位置或最大位置处速度能够平稳停下，以避免对驱动电路造成瞬时电流冲击，保证了本技术方案的安全性。

一种电机驱动控制方法，应用于上述的电机驱动控制系统，如图2所示，包括：

步骤S1，电机驱动控制系统对直流电机带负载运行的实时电流进行采集；

步骤S2，电机驱动控制系统对直流电机连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集；

步骤S3，电机驱动控制系统根据实时电流和实时位置信息，处理得到一电机驱动信号；

步骤S4，电机驱动控制系统根据电机驱动信号驱动直流电机运行，以控制推杆沿预设方向运动时的运动速度。

本发明的较佳的实施例中，如图3所示，步骤S3包括：

步骤S31，电机驱动控制系统保存一第一过滤区间和一第二过滤区间；

步骤S32，电机驱动控制系统根据第一过滤区间对实时电流进行过滤，得到一滤后电流；以及根据第二过滤区间对实时位置信息进行过滤，得到一滤后位置信息。

本发明的较佳的实施例中，如图4所示，步骤S3还包括：

步骤S33，电机驱动控制系统将滤后电流与预设的一第一电流阈值进行比较，得到一比较结果；

步骤S34，电机驱动控制系统在比较结果表明滤后电流大于第一电流阈值时，生成一停止指令；

步骤S35，电机驱动控制系统根据停止指令停止驱动直流电机。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电机驱动控制系统，其特征在于，包括：

直流电机；

负载反馈模块，连接所述直流电机，用于对所述直流电机带负载运行的实时电流进行采集；

位置反馈模块，连接所述直流电机，用于对所述直流电机连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集；

处理模块，分别连接所述负载反馈模块和所述位置反馈模块，用于根据所述实时电流和所述实时位置信息，处理得到一电机驱动信号；

驱动模块，分别连接所述处理模块和所述直流电机，用于根据电机驱动信号调整对所述直流电机的输出功率，以驱动所述直流电机运行。

2.根据权利要求1所述的电机驱动控制系统，其特征在于，所述处理模块包括：

第一存储单元，用于保存一第一过滤区间和一第二过滤区间；

过滤单元，连接所述第一存储单元，用于根据第一过滤区间对所述实时电流进行过滤，得到一滤后电流；

以及根据所述第二过滤区间对所述实时位置信息进行过滤，得到一滤后位置信息。

3.根据权利要求2所述的电机驱动控制系统，其特征在于，所述处理模块还包括：

比较单元，连接所述过滤单元，用于将所述滤后电流与预设的一第一电流阈值进行比较，得到一比较结果；

处理单元，连接所述比较单元，用于在比较结果表明所述滤后电流大于所述第一电流阈值时，生成一停止指令；

所述驱动模块根据所述停止指令停止驱动所述直流电机。

4.根据权利要求2所述的电机驱动控制系统，其特征在于，所述处理模块还包括：

计时单元，用于在直流电机运行后开始计时；

第二存储单元，连接所述处理单元，用于保存一第一距离、一第二距离、一第三距离和一第四距离；

所述处理单元在所述滤后位置信息达到第一距离时，生成一第一电机驱动信号；以及

在所述滤后位置信息达到第二距离时，生成一第二电机驱动信号；以及

在所述滤后位置信息达到第三距离时，生成一第三电机驱动信号；以及

在所述滤后位置信息达到第四距离时，生成一第四电机驱动信息；

所述驱动模块根据分别所述第一电机驱动信号、所述第二电机驱动信号、所述第三电机驱动信号和所述第四电机驱动信号驱动所述直流电机以第一运行功率、第二运行功率、第三运行功率和第四运行功率运行。

5.根据权利要求1所述的电机驱动控制系统，其特征在于，所述负载反馈模块为连接所述直流电机输出端的电流检测电路。

6.一种电机驱动控制方法，应用于权利要求1-5中所述的电机驱动控制系统，并包括：

步骤S1，所述电机驱动控制系统对直流电机带负载运行的实时电流进行采集；

步骤S2，所述电机驱动控制系统对所述直流电机连接的推杆顶部的实时位置信息进行采集；

步骤S3，所述电机驱动控制系统根据所述实时电流和所述实时位置信息，处理得到一电机驱动信号；

步骤S4，所述电机驱动控制系统根据电机驱动信号驱动所述直流电机运行，以控制所述推杆沿预设方向运动时的运动速度。

7.根据权利要求6所述的电机驱动控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S31，所述电机驱动控制系统保存一第一过滤区间和一第二过滤区间；

步骤S32，所述电机驱动控制系统根据第一过滤区间对所述实时电流进行过滤，得到一滤后电流；以及根据所述第二过滤区间对所述实时位置信息进行过滤，得到一滤后位置信息。

8.根据权利要求7所述的电机驱动控制方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

步骤S33，所述电机驱动控制系统将所述滤后电流与预设的一第一电流阈值进行比较，得到一比较结果；

步骤S34，所述电机驱动控制系统在比较结果表明所述滤后电流大于所述第一电流阈值时，生成一停止指令；

步骤S35，所述电机驱动控制系统根据所述停止指令停止驱动所述直流电机。

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