CN113422549A - 一种电机的pwm波处理方法、电机控制板、电机及电机系统 - Google Patents

一种电机的pwm波处理方法、电机控制板、电机及电机系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电机的PWM波处理方法，包括：寄存器捕获并存放上位机发送的PWM波；处理器检测当前矢量控制程序是否执行完毕；若执行完毕，则处理器检测寄存器中是否存在可计算的PWM波；若存在，则处理器提取寄存器中可计算的PWM波进行计算，以实现对电机转速的控制。此外，本发明还提供一种电机控制板、电机及电机系统。通过上述电机的PWM波处理方法、电机控制板、电机及电机系统，采用寄存器来捕获上位机发送的PWM波，用硬件实现了一部分软件的工作，不再需要反复打断处理器执行的矢量控制程序，保证了系统实时性以及PWM波的计算精度，还提高了整个系统的性价比。

Description

一种电机的PWM波处理方法、电机控制板、电机及电机系统
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种电机的PWM波处理方法、电机控制板、电机及电机系统。
背景技术
在电机控制中，上位机和下位机(电机控制板)有两种常用的通信方式，一种是串口通信另一种是PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)通信，上位机通过改变发送的PWM波的周期和占空比来设定不同的电机转速。而电机控制板需要捕获上位机发送的PWM波，然后再进行计算。
但是对于存在矢量控制的电机，捕获时需要电机控制板上的处理器发出相应指令，而处理器发出指令会中断此时正在执行的矢量控制程序，当PWM波的频率很高时，会导致矢量控制程序被频繁打断，从而造成系统实时性不高的问题；若等待矢量控制程序执行完毕再捕获PWM波，此时PWM波的有效边沿已经错过，后续对于PWM波的计算会造成较大误差，影响精度。现有技术中通常选择降低PWM波的频率或者提高处理器的运算能力从而使执行矢量控制程序所需要的时间缩短，然而降低PWM波的频率相当于放弃掉高频的PWM波，会导致应用范围受限，提高处理器的性能会大幅增加成本。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供一种电机的PWM波处理方法、电机控制板、电机及电机系统。
第一方面，在一个实施例中，本发明提供一种电机的PWM波处理方法，包括：
寄存器捕获并存放上位机发送的PWM波；
处理器检测当前矢量控制程序是否执行完毕；
若执行完毕，则处理器检测寄存器中是否存在可计算的PWM波；
若存在，则处理器提取寄存器中可计算的PWM波进行计算，以实现对电机转速的控制。
在一个实施例中，寄存器捕获并存放上位机发送的PWM波，包括：
寄存器根据时钟信号进行计数；
寄存器将PWM波的特征点对应的计数值依次进行记录。
在一个实施例中，寄存器将PWM波特征点的计数值进行记录存放，包括：
寄存器记录若干个周期PWM波的计数值后计数归零，寄存器能够记录的最大记录容量为若干个周期PWM波的计数值的整数倍，然后再记录接下来的若干个周期PWM的计数值。
在一个实施例中，若干个周期为一个周期。
在一个实施例中，特征点包括高电平结束点和低电平结束点。
在一个实施例中，处理器检测寄存器中是否存在可计算的PWM波，包括：
处理器检测寄存器中是否存在至少一个完整周期的PWM波。
在一个实施例中，处理器提取寄存器中可计算的PWM波进行计算，包括：
处理器根据提取的PWM波得到该PWM波对应的占空比和周期；
处理器根据占空比和周期得到该PWM波对应的目标转速。
第二方面，在一个实施例中，本发明提供一种电机控制板，包括寄存器和处理器；
寄存器用于捕获并存放上位机发送的PWM波；
处理器用于检测当前矢量控制程序是否执行完毕，若执行完毕，则检测寄存器中是否存在可计算的PWM波，若存在，则提取寄存器中可计算的PWM波进行计算，以实现对电机转速的控制。
第三方面，在一个实施例中，本发明提供一种电机，包括电机本体，还包括上述的电机控制板，电机本体和电机控制板电性连接；
电机本体用于在电机控制板的控制下以目标转速运行。
第四方面，在一个实施例中，本发明提供一种电机系统，包括上位机，还包括上述电机，上位机和电机控制板电性连接；
电机控制板用于根据上位机发送的PWM波控制电机本体以目标转速运行。
通过上述电机的PWM波处理方法、电机控制板、电机及电机系统，采用寄存器来捕获上位机发送的PWM波，用硬件实现了一部分软件的工作，不再需要反复打断处理器执行的矢量控制程序，保证了系统实时性以及PWM波的计算精度，还提高了整个系统的性价比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为本发明一个实施例中电机的PWM波处理方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例中寄存器捕获PWM波的具体流程示意图；
图3为本发明一个实施例中电机控制板的结构示意图；
图4为本发明一个实施例中电机的结构示意图；
图5为本发明一个实施例中电机系统的结构示意图。
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。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一方面，如图1所示，在一个实施例中，本发明提供一种电机的PWM波处理方法，包括：
步骤102，寄存器捕获并存放上位机发送的PWM波。
其中，PWM是指脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)，而PWM波则是指通过脉冲宽度调制得到的以脉冲形式输出的信号。寄存器能够检测当前是否存在有效电平边沿到来，并且在检测到存在有效电平边沿到来时自动捕获并记录对应的数据，无需通过处理器额外发出相应指令。
步骤104，处理器检测当前矢量控制程序是否执行完毕。
其中，矢量控制程序是指将电机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，而矢量控制程序通常也是以定子电流对应信号的周期进行计算，即每个周期执行一次矢量控制程序，而对于上述PWM波的捕获通过也是以该PWM波对应的信号周期进行，因此当PWM波的频率过高时，采用传统方案中处理器发出相应指令来实现捕获会导致矢量控制程序被频繁打断，造成破坏性影响。
步骤106，若执行完毕，则处理器检测寄存器中是否存在可计算的PWM波。
其中，检测是否存在可计算的PWM波包括检测存放的PWM波对应的长度是否符合计算要求以及检测存放的PWM波对应的数值是否正常等。
步骤108，若存在，则处理器提取寄存器中可计算的PWM波进行计算，以实现对电机转速的控制。
其中，通过对PWM波的计算可以得到该PWM波对应的电压，基于该电压实现对电机转速的控制。
通过上述电机的PWM波处理方法，采用寄存器来捕获上位机发送的PWM波，用硬件实现了一部分软件的工作，不再需要反复打断处理器执行的矢量控制程序，保证了系统实时性以及PWM波的计算精度，还提高了整个系统的性价比。
如图2所示，在一个实施例中，寄存器捕获并存放上位机发送的PWM波，包括：
步骤202，寄存器根据时钟信号进行计数。
其中，在寄存器中主要是存放PWM波对应电平的持续时间，而时钟信号则是提供单位时间长度，再通过计数器记录电平对应的计数值，最后处理器根据计数值和单位时间长度即可得到电平对应的持续时间。
步骤204，寄存器将PWM波的特征点对应的计数值依次进行记录。
其中，寄存器只记录PWM波的特征点对应的计数值，根据不同形式的PWM波确定其对应的特征点，将特征点对应的计数值依次进行记录以保证PWM波各周期之间的时序要求，确定特征点的具体步骤或内容将在后续实施例中说明和解释。
通过记录特征点对应的计数值来实现对PWM波的存放，减少了数据量，节省了存储空间，提高了效率。
在一个实施例中，寄存器将PWM波特征点的计数值进行记录存放，包括：
寄存器记录若干个周期PWM波的计数值后计数归零，寄存器能够记录的最大记录容量为若干个周期PWM波的计数值的整数倍，然后再记录接下来的若干个周期PWM的计数值。
其中，寄存器有容量限制，当记录的计数值占用了寄存器的最大记录容量后，会将记录的所有计数值输出，再重新记录接下来的计数值，若寄存器最大只能记录两个周期PWM波的计数值，当计数器从零开始完成前两个周期PWM波的记录后，此时寄存器已经的记录容量已经用完，需要将前两个周期PWM波的计数值输出，然后准备记录第三个周期PWM波的计数值，若此时计数器不进行清零，寄存器记录的第三个周期PWM波的计数值是接着第二个周期PWM波的，如此在后续计算第三个周期PWM波对应的电平持续时间时，需要先确定起始位。
因此在本实施例中，计数器可以在完成前两个周期PWM波的计数后进行清零，如此在进行第三个周期PWM波的计数时又是从零开始的，以便于后续计算第三个周期PWM波对应的电平持续时间时，不需要确定起始位，因为起始位只能为零。当然上述举例中，计数器还可以在完成一个周期PWM波的计数后就进行清零，但会增加清零的次数。
通过计数清零，使得省去了确定起始位的步骤，提高了效率；此外，该方式对于计数器的计数周期没有高要求，适用性更强。
在一个实施例中，特征点包括高电平结束点和低电平结束点。
例如，若单位时间长度为1微秒，1个周期PWM波对应的时间为2000微秒，且一个周期PWM波包括依次分布的持续时间为1000微秒的高电平和持续时间为1000微秒的低电平，寄存器最大只能记录两个周期PWM波的计数值，则寄存器检测到第一个周期PWM的高电平边沿时计数器从零开始计数，当高电平结束，记录此时的计数值1000(即高电平结束点对应的计数值)，计数器继续计数，当低电平结束，记录此时的计数值2000(即低电平结束点对应的计数值)，如此寄存器对于该周期PWM波只记录了1000和2000两个计数值；接着计数器可以清零，继续第二个周期的计数值，即1000和2000,如此寄存器记录第一个周期和第二个周期PWM波的计数值依次为1000、2000、1000、2000，后续记录第三个周期和第四个周期PWM波的计数值也依次为1000、2000、1000、2000；当然计数器也可以在完成第二个周期PWM波的计数后清零，则寄存器记录前两个周期PWM波的计数值依次为1000、2000、3000、4000,后续记录第三个周期和第四个周期PWM波的计数值也依次为1000、2000、3000、4000。
在一个实施例中，寄存器设有多个，且每个寄存器用于记录一个计数值，且多个寄存器根据各自的时序优先级依次进行计数值的记录。比如按照上个实施例中假设的参数，两个寄存器共同完成一个周期PWM波的记录，即分别记录1000和2000这两个计数值。
在一个实施例中，处理器检测寄存器中是否存在可计算的PWM波，包括：
处理器检测寄存器中是否存在至少一个完整周期的PWM波。
其中，处理器主要检测寄存器中存放的PWM波是否符合长度要求，处理器对于PWM波的计算是针对每个周期进行的，因此需要保证寄存器中至少存在一个完成周期的PWM波，当然在其他实施例中，还可以是检测到两个以上完整周期时才认定可以进行计算，但如此会降低实时性。具体的，寄存器通常在存满后统一输出，比如寄存器能够记录两个周期PWM波的计数值时，寄存器会在完成两个周期PWM波的计数值的记录后再输出，如此处理器无法单独获取一个周期PWM波的计数值；当然在其他实施例中可以根据实际情况进行设置，比如可以设置为当出现预设情况时，可以单独获取一个周期PWM波的计数值。
在一个实施例中，处理器提取寄存器中可计算的PWM波进行计算，包括：
处理器根据提取的PWM波得到该PWM波对应的占空比和周期；
处理器根据占空比和周期得到该PWM波对应的目标转速。
其中，若1个周期PWM波对应的时间为2000微秒，且一个周期PWM波包括依次分布的持续时间为1000微秒的高电平和持续时间为1000微秒的低电平，则占空比为高电平持续的时间/该周期对应的时间＝1000/2000＝1/2,若电压幅值为5V，那么目标电压为5*1/2＝2.5V。若电机的额定电压范围为0～5V，则2.5V的目标电压能够控制电机以最大转速的一半运行，即目标转速。
如图3所示，第二方面，在一个实施例中，本发明提供一种电机控制板，包括寄存器和处理器；
寄存器用于捕获并存放上位机发送的PWM波；
处理器用于检测当前矢量控制程序是否执行完毕，若执行完毕，则检测寄存器中是否存在可计算的PWM波，若存在，则提取寄存器中可计算的PWM波进行计算，以实现对电机转速的控制。
通过上述电机控制板，采用寄存器来捕获上位机发送的PWM波，用硬件实现了一部分软件的工作，不再需要反复打断处理器执行的矢量控制程序，保证了系统实时性以及PWM波的计算精度，还提高了整个系统的性价比。
在一个实施例中，寄存器具体用于根据时钟信号进行计数，将PWM波的特征点对应的计数值依次进行记录。
在一个实施例中，寄存器具体用于记录若干个周期PWM波的计数值后计数归零，若干个周期PWM波的计数值不超过寄存器能够记录的最大记录容量，然后再记录接下来的若干个周期PWM的计数值。
在一个实施例中，特征点包括高电平结束点和低电平结束点。
在一个实施例中，寄存器的最大记录容量能够记录的计数值对应的时间不小于处理器完成一个矢量控制程序所需要的时间的两倍。
在一个实施例中，处理器具体用于检测寄存器中是否存在至少一个完整周期的PWM波。
在一个实施例中，处理器具体用于处理器根据提取的PWM波得到该PWM波对应的占空比和周期，根据占空比和周期得到该PWM波对应的目标转速。
如图4所示，第三方面，在一个实施例中，本发明提供一种电机，包括电机本体，还包括上述的电机控制板，电机本体和电机控制板电性连接；
电机本体用于在电机控制板的控制下以目标转速运行。
通过上述电机，采用寄存器来捕获上位机发送的PWM波，用硬件实现了一部分软件的工作，不再需要反复打断处理器执行的矢量控制程序，保证了系统实时性以及PWM波的计算精度，还提高了整个系统的性价比。
如图5所示，第四方面，在一个实施例中，本发明提供一种电机系统，包括上位机，还包括上述电机，上位机和电机控制板电性连接；
电机控制板用于根据上位机发送的PWM波控制电机本体以目标转速运行。
通过上述电机系统，采用寄存器来捕获上位机发送的PWM波，用硬件实现了一部分软件的工作，不再需要反复打断处理器执行的矢量控制程序，保证了系统实时性以及PWM波的计算精度，还提高了整个系统的性价比。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电机的PWM波处理方法，其特征在于，包括：
寄存器捕获并存放上位机发送的PWM波；
处理器检测当前矢量控制程序是否执行完毕；
若执行完毕，则所述处理器检测所述寄存器中是否存在可计算的PWM波；
若存在，则所述处理器提取所述寄存器中可计算的PWM波进行计算，以实现对电机转速的控制。
2.根据权利要求1所述的电机的PWM波处理方法，其特征在于，所述寄存器捕获并存放上位机发送的PWM波，包括：
所述寄存器根据时钟信号进行计数；
所述寄存器将PWM波的特征点对应的计数值依次进行记录。
3.根据权利要求2所述的电机的PWM波处理方法，其特征在于，所述寄存器将PWM波特征点的计数值进行记录存放，包括：
所述寄存器记录若干个周期PWM波的计数值后计数归零，所述寄存器能够记录的最大记录容量为所述若干个周期PWM波的计数值的整数倍，然后再记录接下来的所述若干个周期PWM的计数值。
4.根据权利要求3所述的电机的PWM波处理方法，其特征在于，所述若干个周期为一个周期。
5.根据权利要求2所述的电机的PWM波处理方法，其特征在于，所述特征点包括高电平结束点和低电平结束点。
6.根据权利要求1所述的电机的PWM波处理方法，其特征在于，所述处理器检测所述寄存器中是否存在可计算的PWM波，包括：
所述处理器检测所述寄存器中是否存在至少一个完整周期的PWM波。
7.根据权利要求1所述的电机的PWM波处理方法，其特征在于，所述处理器提取所述寄存器中可计算的PWM波进行计算，包括：
所述处理器根据提取的PWM波得到该PWM波对应的占空比和周期；
所述处理器根据所述占空比和所述周期得到该PWM波对应的目标转速。
8.一种电机控制板，其特征在于，包括寄存器和处理器；
所述寄存器用于捕获并存放上位机发送的PWM波；
所述处理器用于检测当前矢量控制程序是否执行完毕，若执行完毕，则检测所述寄存器中是否存在可计算的PWM波，若存在，则提取所述寄存器中可计算的PWM波进行计算，以实现对电机转速的控制。
9.一种电机，包括电机本体，其特征在于，还包括如权利要求8所述的电机控制板，所述电机本体和所述电机控制板电性连接；
所述电机本体用于在所述电机控制板的控制下以目标转速运行。
10.一种电机系统，包括上位机，其特征在于，还包括如权利要求9所述的电机，所述上位机和所述电机控制板电性连接；
所述电机控制板用于根据所述上位机发送的PWM波控制所述电机本体以所述目标转速运行。
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