CN115441706B - Pwm产生方法及电路、驱动器的控制方法、电机及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PWM产生方法及电路、驱动器的控制方法、电机及系统，PWM产生方法包括：基于电机每相的指令电流的极性，获得用于表征指令电流的极性的指令信号；基于电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性，获得用于表征电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性的比较信号；基于指令信号和比较信号获得上管驱动信号和下管驱动信号。根据本发明的PWM产生方法，通过电机每相的指令电流的极性获得对应的指令信号，通过电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性获得对应的比较信号，基于指令信号和比较信号快速得到由上管驱动信号和下管驱动信号组成的PWM信号，从而提高驱动器的开关管的开关控制速度。
Description
技术领域
本发明是关于伺服驱动器领域，特别是关于一种PWM产生方法及电路、驱动器的控制方法、电机及系统。
背景技术
通常，伺服电机的电流环控制中起到调节电流作用的是由PWM波控制的可控开关管(IGBT或MOSFET)。变化的PWM波占空比产生了电机线圈两端变化的电压，进而调节电机线圈上的电流。
现有的伺服驱控系统中一般使用PID算法调节的方法构成电流环。每一相PWM波的生成由该相指令电压与一个三角波作比较得到，其中三角波的频率为PWM的频率，指令电压由PID运算得到。
现有技术中PWM波的生成依赖PID计算环节，这个环节需要通过软件运算实现，延迟高、实时性不足，导致生成PWM过程的等待时间较长，难以提高PWM波频率。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PWM产生方法及电路、驱动器的控制方法、电机及系统，其能够无需PID计算环节，速度快，实时性高。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种PWM产生方法，包括：
基于电机每相的指令电流的极性，获得用于表征指令电流的极性的指令信号。
基于电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性，获得用于表征电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性的比较信号。
基于指令信号和比较信号获得上管驱动信号和下管驱动信号。
在本发明的一个或多个实施例中，所述指令电流的极性为正，则所述指令信号为高电平信号；所述指令电流的极性为负，则所述指令信号为低电平信号。
在本发明的一个或多个实施例中，所述指令电流与实际电流的差值的极性为正，则所述比较信号为高电平信号；所述指令电流与实际电流的差值的极性为负，则所述比较信号为低电平信号。
在本发明的一个或多个实施例中，若所述指令信号和比较信号均为高电平信号或低电平信号，则上管驱动信号和下管驱动信号分别为高电平信号和低电平信号，若所述指令信号和比较信号分别为高电平信号和低电平信号，则上管驱动信号和下管驱动信号均为低电平信号。
在本发明的一个或多个实施例中，若所述指令信号和比较信号均为高电平信号，所述上管驱动信号为高电平信号，所述下管驱动信号为低电平信号，若所述指令信号和比较信号均为低电平信号，所述上管驱动信号为低电平信号，所述下管驱动信号为高电平信号。
本发明还公开了一种电机驱动器的控制方法，所述驱动器为由第一上开关管和第一下开关管为一组、第二上开关管和第二下开关管为一组以及第三上开关管和第三下开关管为一组组成的三相桥式驱动电路，所述三相桥式驱动电路与电机相连，所述第一上开关管和第一下开关管相连且与电机的三相端子中的第一相端子相连，所述第二上开关管和第二下开关管相连且与电机的三相端子中的第二相端子相连，所述第三上开关管和第三下开关管相连且与电机的三相端子中的第三相端子相连，包括：
基于所述的PWM产生方法，产生三组控制信号，分别为用于控制第一上开关管导通和关断的第一上管驱动信号和用于控制第一下开关管导通和关断的第一下管驱动信号、用于控制第二上开关管导通和关断的第二上管驱动信号和用于控制第二下开关管导通和关断的第二下管驱动信号、以及用于控制第三上开关管导通和关断的第三上管驱动信号和用于控制第三下开关管导通和关断的第三下管驱动信号。
在本发明的一个或多个实施例中，所述第一上开关管、第一下开关管、第二上开关管、第二下开关管、第三上开关管和第三下开关管均在接收的驱动信号为高电平信号时导通。
本发明还公开了一种PWM产生电路，包括：
指令比较模块，用于将电机每相的指令电流的极性识别转换为对应的指令信号；
差值比较模块，用于将电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性识别转换为对应的比较信号；
PWM产生模块，用于接收指令信号和比较信号，并输出上管驱动信号和下管驱动信号。
本发明还公开了一种电机，包括电机本体，还包括采用所述的电机驱动器的控制方法控制的电机驱动器，所述电机驱动器与电机相连。
本发明还公开了一种电机系统，其特征在于，包括所述的PWM产生电路以及所述的电机，所述PWM产生模块与电机驱动器相连。
与现有技术相比，根据本发明实施例的PWM产生方法及电路、驱动器的控制方法、电机及系统，通过电机每相的指令电流的极性获得对应的指令信号，通过电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性获得对应的比较信号，基于指令信号和比较信号快速得到由上管驱动信号和下管驱动信号组成的PWM信号，从而提高驱动器的开关管的开关控制速度。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的PWM产生方法的流程图。
图2是根据本发明一实施例的电机驱动器和电机的电路原理图。
图3是根据本发明一实施例的PWM产生电路的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，本发明一具体实施例中的一种PWM产生方法，包括：
S1、基于电机每相的指令电流的极性，获得用于表征指令电流的极性的指令信号。
S2、基于电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性，获得用于表征电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性的比较信号。
S3、基于指令信号和比较信号获得上管驱动信号和下管驱动信号。
指令电流的极性、指令信号、指令电流与实际电流的差值的极性、比较信号、上管驱动信号以及下管驱动信号之间的对应关系见下表：
在本实施例中，指令电流的极性为正，则指令信号为高电平信号“1”；指令电流的极性为负，则指令信号为低电平信号“0”。
指令电流与实际电流的差值的极性为正，则比较信号为高电平信号“1”；指令电流与实际电流的差值的极性为负，则比较信号为低电平信号“0”。
若指令信号和比较信号均为高电平信号“1”或低电平信号“0”，则上管驱动信号和下管驱动信号分别为高电平信号“1”和低电平信号“0”。若指令信号和比较信号分别为高电平信号“1”和低电平信号“0”，则上管驱动信号和下管驱动信号均为低电平信号“0”。
具体的，若指令信号和比较信号均为高电平信号“1”，上管驱动信号为高电平信号“1”，下管驱动信号为低电平信号“0”。若指令信号和比较信号均为低电平信号“0”，上管驱动信号为低电平信号“0”，下管驱动信号为高电平信号“1”。
上述中的极性的正与负表示电流的流向，若电流流入电机，则对应的极性为正，若电流流出电机，则对应的极性为负。
本实施例中，还公开了一种电机驱动器的控制方法，如图2所示，驱动器为伺服驱动器，驱动器由第一上开关管T1和第一下开关管T4为一组、第二上开关管T2和第二下开关管T5为一组以及第三上开关管T3和第三下开关管T6为一组组成，驱动器与电机相连。
第一上开关管T1、第一下开关管T4、第二上开关管T2、第二下开关管T5、第三上开关管T3以及第三下开关管T6可以采用NPN三极管、PNP三极管、N沟道MOS管或者P沟道MOS管。在本实施例中，第一上开关管T1、第一下开关管T4、第二上开关管T2、第二下开关管T5、第三上开关管T3以及第三下开关管T6为N沟道MOS管。
每组开关管动作时，先关断一个开关管再开启另一个开关管，死区时间为200ns，在其他实施例中，死区时间可以为其他值(视开关管性能而定)。
第一上开关管T1的源极与第一下开关管T4的漏极相连且与电机的三相端子中的第一相端子相连。第二上开关管T2的源极与第二下开关管T5的漏极相连且与电机的三相端子中的第二相端子相连。第三上开关管T3的源极与第三下开关管T6的漏极相连且与电机的三相端子中的第三相端子相连。第一上开关管T1、第二上开关管T2和第三上开关管T3的漏极相连且连接P端，第一下开关管T4、第二下开关管T5和第三下开关管T6的源极相连且连接N端，P端一般连接电源，N端一般接地。
基于上述的PWM产生方法，产生三组控制信号，分别为用于控制第一上开关管T1导通和关断的第一上管驱动信号Driver1和用于控制第一下开关管T4导通和关断的第一下管驱动信号Driver2、用于控制第二上开关管T2导通和关断的第二上管驱动信号Driver3和用于控制第二下开关管T5导通和关断的第二下管驱动信号Driver4、以及用于控制第三上开关管T3导通和关断的第三上管驱动信号Driver5和用于控制第三下开关管T6导通和关断的第三下管驱动信号Driver6。
第一上开关管T1、第一下开关管T4、第二上开关管T2、第二下开关管T5、第三上开关管T3和第三下开关管T6的栅极用于接收各驱动信号，且驱动信号均为高电平信号时，第一上开关管T1、第一下开关管T4、第二上开关管T2、第二下开关管T5、第三上开关管T3和第三下开关管T6导通。
进一步的，通过举例对本实施例进行说明：
当指令电流为+10A，实际电流为+9A时，指令信号为“1”，比较信号为“1”，下一周期输出的上管驱动信号为“1”，下管驱动信号为“0”，实际电流上升。
当指令电流为+9A，实际电流为+10A时，指令信号为“1”，比较信号为“0”，下一周期输出的上管驱动信号为“0”，下管驱动信号为“0”，实际电流不再上升而会下降。
当指令电流为-9A，实际电流为-10A时，指令信号为“0”，比较信号为“1”，下一周期输出的上管驱动信号为“0”，下管驱动信号为“0”，实际电流的绝对值不再上升而会下降。
当指令电流为-10A，实际电流为-9A时，指令信号为“0”，比较信号为“0”，下一周期输出的上管驱动信号为“0”，下管驱动信号为“1”，实际电流绝对值上升。
如图3所示，本实施例还公开了一种PWM产生电路，包括：指令比较模块10、差值比较模块20和PWM产生模块30。
指令比较模块10用于将电机每相的指令电流的极性识别转换为对应的指令信号。具体的，指令比较模块10通过将指令电流与基准电压进行比较以输出指令信号。基于指令电流的正或负的极性，输出高电平的指令信号或低电平的指令信号。
差值比较模块20用于将电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性识别转换为对应的比较信号。具体的，差值比较模块20通过将指令电流与实际电流进行比较，基于指令电流与实际电流的差值的正或负的极性，输出高电平的比较信号或低电平的比较信号。
PWM产生模块30用于接收指令信号和比较信号，并通过将指令信号和比较信号进行逻辑运算而输出上管驱动信号和下管驱动信号。在本实施例中，PWM产生模块30优选为FPGA。通过上管驱动信号和下管驱动信号控制上述驱动器中的上开关管和下开关管的开通和关闭。
通过指令比较模块10和差值比较模块20这种模拟电路能够提高信号的输出速度。PWM产生模块30以20Mhz及以上时钟频率读取指令信号和比较信号，并加以滤波后以200kHz及以上频率快速更新的输出上管驱动信号和下管驱动信号。
本实施例还公开了一种电机，包括电机本体，还包括采用电机驱动器的控制方法控制的电机驱动器，电机驱动器与电机相连。
本实施例还公开了一种电机系统，包括PWM产生电路以及上述的电机，PWM产生模块30与上述的电机驱动器相连。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (6)
1.一种PWM产生方法，其特征在于，包括：
基于电机每相的指令电流的极性，获得用于表征指令电流的极性的指令信号，所述指令电流的极性为正，则所述指令信号为高电平信号；所述指令电流的极性为负，则所述指令信号为低电平信号；
基于电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性，获得用于表征电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性的比较信号，所述指令电流与实际电流的差值的极性为正，则所述比较信号为高电平信号；所述指令电流与实际电流的差值的极性为负，则所述比较信号为低电平信号；
基于指令信号和比较信号获得上管驱动信号和下管驱动信号，若所述指令信号和比较信号均为高电平信号或低电平信号，则上管驱动信号和下管驱动信号分别为高电平信号和低电平信号，若所述指令信号和比较信号分别为高电平信号和低电平信号，则上管驱动信号和下管驱动信号均为低电平信号，若所述指令信号和比较信号均为高电平信号，所述上管驱动信号为高电平信号，所述下管驱动信号为低电平信号，若所述指令信号和比较信号均为低电平信号，所述上管驱动信号为低电平信号，所述下管驱动信号为高电平信号。
2.一种电机驱动器的控制方法，所述驱动器由第一上开关管和第一下开关管为一组、第二上开关管和第二下开关管为一组以及第三上开关管和第三下开关管为一组组成，所述驱动器与电机相连，所述第一上开关管和第一下开关管相连且与电机的三相端子中的第一相端子相连，所述第二上开关管和第二下开关管相连且与电机的三相端子中的第二相端子相连，所述第三上开关管和第三下开关管相连且与电机的三相端子中的第三相端子相连，其特征在于，包括：
基于如权利要求1所述的PWM产生方法，产生三组控制信号，分别为用于控制第一上开关管导通和关断的第一上管驱动信号和用于控制第一下开关管导通和关断的第一下管驱动信号、用于控制第二上开关管导通和关断的第二上管驱动信号和用于控制第二下开关管导通和关断的第二下管驱动信号、以及用于控制第三上开关管导通和关断的第三上管驱动信号和用于控制第三下开关管导通和关断的第三下管驱动信号。
3.如权利要求2所述的电机驱动器的控制方法，其特征在于，所述第一上开关管、第一下开关管、第二上开关管、第二下开关管、第三上开关管和第三下开关管均在接收的驱动信号为高电平信号时导通。
4.一种PWM产生电路，其特征在于，基于如权利要求1所述的PWM产生方法，所述PWM产生电路包括：
指令比较模块，用于将电机每相的指令电流的极性识别转换为对应的指令信号；
差值比较模块，用于将电机每相的指令电流与实际电流的差值的极性识别转换为对应的比较信号；
PWM产生模块，用于接收指令信号和比较信号，并输出上管驱动信号和下管驱动信号。
5.一种电机，包括电机本体，其特征在于，还包括采用如权利要求2或3所述的电机驱动器的控制方法控制的电机驱动器，所述电机驱动器与电机相连。
6.一种电机系统，其特征在于，包括如权利要求4所述的PWM产生电路以及如权利要求5所述的电机，所述PWM产生模块与电机驱动器相连。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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