CN203094429U - 一种舵机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种舵机控制器，包括电源模块、控制模块和电机驱动模块，以及外围设备上位机和舵机执行机构；所述舵机执行机构上安装有位置传感器；其中，电源模块分别与控制模块和电机驱动模块连接，控制模块与电机驱动模块连接，电机驱动模块与舵机执行机构连接；上位机与控制模块连接；所述控制模块包括信号调理模块、AD转换模块、DA转换模块、控制算法处理模块、通信模块、保护模块；所示舵机控制器可通过一个控制算法处理模块独立控制两个舵机，同时可减小系统体积，降低系统功耗，节约资源。

Description

一种舵机控制器

技术领域

本实用新型涉及一种舵机控制器，特别涉及一种能同时独立控制两个舵机的舵机控制器,属于无刷直流电机位置控制技术领域。

背景技术

目前，在舵机控制系统中，大多是一个舵机控制器控制一个舵机。在实际应用中，一个系统通常需要用到两个甚至多个舵机，以满足二维或多维运动控制的需求。在此类系统中用到的传统舵机控制器数量越多，系统体积就越大，占用空间也就越大，而且浪费资源。

实用新型内容

为了克服现有的舵机控制器只能控制一个舵机，在用到多个独立舵机的系统中需要使用多个舵机控制器，占用空间大并浪费资源的问题，本实用新型提供一种能同时独立控制两个舵机，实用、紧凑的舵机控制器。

为解决上述问题，本实用新型的技术方案如下：

一种舵机控制器，包括：电源模块、控制模块和电机驱动模块，以及外围设备上位机和舵机执行机构；所述舵机执行机构上安装有位置传感器；

其中，电源模块分别与控制模块和电机驱动模块连接，控制模块与电机驱动模块连接，电机驱动模块与舵机执行机构连接；上位机与控制模块连接；

其中，电源模块的作用为，将输入的直流电压隔离并转换为各模块所需的电压值，为驱动模块和电机驱动模块提供直流电源；

控制模块的作用为，实现对舵脚位置的闭环控制，并将控制信号输出给电机驱动模块；

电机驱动模块的作用为，将电源模块提供的直流电源转变为电机需要的三相电源；对电机进行保护，并控制舵机执行机构的工作状态；所述电机驱动模块内置H桥电路；

上位机的作用为，发出舵机控制指令，限定舵机的目标位置，并接受舵机控制器反馈的位置信息；

舵机执行机构的作用为，接受舵机控制器的指令，驱动舵机运动；

所述控制模块，包括：信号调理模块、AD转换模块、DA转换模块、控制算法处理模块、通信模块、保护模块；

其中，信号调理模块与AD转换模块连接，DA转换模块与保护模块连接；AD转换模块、通信模块、DA转换模块、保护模块分别与控制算法处理模块连接；信号调理模块与舵机执行机构上的位置传感器连接；电机驱动模块分别与控制算法处理模块和保护模块连接；通信模块与上位机连接；

其中，信号调理模块的作用为，将位置传感器输入的位置信号经过转换，输出给AD转换模块；

AD转换模块的作用为，将信号调理模块输出的模拟电压信号转换为数字信号，并将数字信号输出到控制算法处理模块；

DA转换模块的作用为，将控制算法处理模块输出的数字信号转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号输出给保护模块；

保护模块的作用为，对从控制算法处理模块得到的电机驱动模块的输入电压和输出电流信号进行检测，并与电机驱动模块的输入电压和输出电流阈值比较，并将得到的欠压、过压和过流保护信号输出给控制算法处理模块；

通信模块的作用为，实现上位机与控制算法处理模块之间的控制指令和反馈信息的双向传输；

控制算法处理模块的作用为，一方面接收上位机的控制指令，通过舵机执行机构上的位置传感器检测当前舵角位置并与目标位置进行比较，若未达到目标位置，则通过指令控制电机驱动模块使电机继续转动，直至在误差允许范围内到达目标舵角位置，并向上位机反馈最终舵角，以形成对舵角位置的闭环控制。另一方面是为保护模块设定欠压、过压和过流保护的阈值，检测保护模块输出的欠压、过压和过流保护信号；当出现欠压、过压或过流故障时，通过指令关断电机驱动模块的输出，实现对舵机控制器的保护；

进一步地，当所用电机为无刷直流电机时，所述电机驱动模块的作用为，接收控制算法处理模块的控制指令，产生满足指令要求的PWM波形，经自举升压电路和功率放大电路驱动内置的H桥电路，将电源模块提供给电机驱动模块用于电机转动的直流电源逆变为无刷直流电机所需的三相电源；

所述电机驱动模块、信号调理模块、AD转换模块、DA转换模块和保护模块均包含两个通道，可分别驱动两个独立的舵机。

一种舵机控制方法，该方法采用本实用新型所述舵机控制器，具体步骤如下：

步骤一、给电源模块上电，将输入的直流电压转换为各模块需要的电压值，为控制模块和电机驱动模块提供直流电源；

步骤二、通过控制算法处理模块对AD转换模块、通信模块、DA转换模块、保护模块进行初始化；控制算法处理模块对DA转换模块给定数字电压电流阈值，通过DA转换模块将数字电压电流阈值转换为模拟的电压电流阈值后，输出到保护模块；

步骤三、舵机执行机构上的位置传感器对舵机的当前位置进行检测，并将当前位置信息转化为电信号，传输给信号调理模块进行处理；信号调理模块将处理后的信号传输给AD转换模块；

步骤四、上位机发出舵机控制指令，限定舵机的目标位置；舵机控制指令经通信模块传输给控制算法处理模块；

步骤五、控制算法处理模块向AD转换模块发出指令，使AD转换模块将转换后的数字信号传输给控制算法处理模块；

步骤六、在控制算法处理模块内将舵机的当前位置与目标位置进行比对；根据比对结果，进行情况判断；

如果当前位置与目标位置一致，接步骤七；

如果当前位置与目标位置不一致，接步骤八；

步骤七、控制算法处理模块通过通信模块向上位机反馈当前舵机位置，结束本次工作过程；

步骤八、控制算法处理模块解算出舵机由当前位置运动到目标位置所需的参数，并将运动指令通过电机驱动模块输出给舵机执行机构，驱动舵机运动；

步骤九、电机驱动模块将输出电流和内部H桥电路输入电压的信号传输给保护模块，经保护模块内置的信号调理电路处理后，与保护模块中模拟的电压电流阈值进行比对，并将比对结果传输给控制算法处理模块；根据比对结果，进行情况判断；

如果出现过流、过压或欠压情况，接步骤十；

如果没有出现过流、过压或欠压情况，接步骤十一；

步骤十、控制算法处理模块向电机驱动模块发出指令，关断电机驱动模块内部的H桥电路，对H桥电路和舵机进行保护；

步骤十一、重复步骤三~九，直至舵机运动到目标位置。

有益效果

本实用新型提供了一种舵机控制器，可以通过一个控制算法处理模块独立控制两个舵机，同时可减小系统体积，降低系统功耗，节约资源。

附图说明

图1为本实用新型所述舵机控制器的组成模块图；

图2为控制模块的组成模块图。

具体实施方式

下面通过实施例，对本实用新型进一步详细说明。

实施例

如图1所示的舵机控制器，包括：电源模块、控制模块和电机驱动模块，以及外围设备上位机和舵机执行机构；所述舵机执行机构上安装有位置传感器；

其中，电源模块分别与控制模块和电机驱动模块连接，控制模块与电机驱动模块连接，电机驱动模块与舵机执行机构连接；上位机与控制模块连接；

其中，电源模块的作用为，将输入的直流电压隔离并转换为各模块所需的电压值，为驱动模块和电机驱动模块提供直流电源；

控制模块的作用为，实现对舵脚位置的闭环控制，并将控制信号输出给电机驱动模块；

电机驱动模块的作用为，将电源模块提供的直流电源转变为电机需要的三相电源；对电机进行保护，并控制舵机执行机构的工作状态；所述电机驱动模块内置H桥电路；

上位机的作用为，发出舵机控制指令，限定舵机的目标位置，并接受舵机控制器反馈的位置信息；

舵机执行机构的作用为，接受舵机控制器的指令，驱动舵机运动；

如图2所示的控制模块，包括：信号调理模块、AD转换模块、DA转换模块、控制算法处理模块、通信模块、保护模块；

其中，信号调理模块与AD转换模块连接，DA转换模块与保护模块连接；AD转换模块、通信模块、DA转换模块、保护模块分别与控制算法处理模块连接；信号调理模块与舵机执行机构上的位置传感器连接；电机驱动模块分别与控制算法处理模块和保护模块连接；通信模块与上位机连接；

其中，信号调理模块的作用为，通过光电编码器或电位计，将位置传感器输入的位置信号经过转换，输出给AD转换模块；

AD转换模块的作用为，将信号调理模块输出的模拟电压信号转换为数字信号，并将数字信号输出到控制算法处理模块；

DA转换模块的作用为，将控制算法处理模块输出的数字信号转换为模拟电压信号，并将模拟电压信号输出给保护模块；

保护模块的作用为，对从控制算法处理模块得到的电机驱动模块的输入电压和输出电流信号进行检测，并与电机驱动模块的输入电压和输出电流阈值比较，并将得到的欠压、过压和过流保护信号输出给控制算法处理模块；

通信模块的作用为，通过光耦隔离的RS232接口或光耦隔离的CAN通信接口，实现上位机与控制算法处理模块之间的控制指令和反馈信息的双向传输；

控制算法处理模块的作用为，通过内置的通用处理器、数字信号处理器或现场可编程逻辑阵列，一方面接收上位机的控制指令，通过舵机执行机构上的位置传感器检测当前舵角位置并与目标位置进行比较，若未达到目标位置，则通过指令控制电机驱动模块使电机继续转动，直至在误差允许范围内到达目标舵角位置，并向上位机反馈最终舵角，以形成对舵角位置的闭环控制。另一方面是为保护模块设定欠压、过压和过流保护的阈值，检测保护模块输出的欠压、过压和过流保护信号；当出现欠压、过压或过流故障时，通过指令关断电机驱动模块的输出，实现对舵机控制器的保护；

进一步地，当所用电机为无刷直流电机时，所述电机驱动模块的作用为，接收控制算法处理模块的控制指令，产生满足指令要求的PWM波形，经自举升压电路和功率放大电路驱动内置的H桥电路，将电源模块提供给电机驱动模块用于电机转动的直流电源逆变为无刷直流电机所需的三相电源；

所述电源模块由两块隔离模块组成，一路隔离模块将输入电压隔离成一路之后作为另外一路的输出，另外一路经过隔离之后，将电源分配成四路输出。所述电机驱动模块、信号调理模块、AD转换模块、DA转换模块和保护模块均包含两个通道，可分别驱动两个独立的舵机。

一种舵机控制方法，该方法采用本实用新型所述舵机控制器，具体步骤如下：

步骤一、给电源模块上电，将输入的直流电压转换为各模块需要的电压值，为控制模块和电机驱动模块提供直流电源；

步骤二、通过控制算法处理模块对AD转换模块、通信模块、DA转换模块、保护模块进行初始化；控制算法处理模块对DA转换模块给定数字电压电流阈值，通过DA转换模块将数字电压电流阈值转换为模拟的电压电流阈值后，输出到保护模块；

步骤三、舵机执行机构上的位置传感器对舵机的当前位置进行检测，并将当前位置信息转化为电信号，传输给信号调理模块进行处理；信号调理模块将处理后的信号传输给AD转换模块；

步骤四、上位机发出舵机控制指令，限定舵机的目标位置；舵机控制指令经通信模块传输给控制算法处理模块；

步骤五、控制算法处理模块向AD转换模块发出指令，使AD转换模块将转换后的数字信号传输给控制算法处理模块；

步骤六、在控制算法处理模块内将舵机的当前位置与目标位置进行比对；根据比对结果，进行情况判断；

如果当前位置与目标位置一致，接步骤七；

如果当前位置与目标位置不一致，接步骤八；

步骤七、控制算法处理模块通过通信模块向上位机反馈当前舵机位置，结束本次工作过程；

步骤八、控制算法处理模块解算出舵机由当前位置运动到目标位置所需的参数，并将运动指令通过电机驱动模块输出给舵机执行机构，驱动舵机运动；

步骤九、电机驱动模块将输出电流和内部H桥电路输入电压的信号传输给保护模块，经保护模块内置的信号调理电路处理后，与保护模块中模拟的电压电流阈值进行比对，并将比对结果传输给控制算法处理模块；根据比对结果，进行情况判断；

如果出现过流、过压或欠压情况，接步骤十；

如果没有出现过流、过压或欠压情况，接步骤十一；

步骤十、控制算法处理模块向电机驱动模块发出指令，关断电机驱动模块内部的H桥电路，对H桥电路和舵机进行保护；

步骤十一、重复步骤三~九，直至舵机运动到目标位置。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种舵机控制器，其特征在于：所述舵机控制器包括电源模块、控制模块和电机驱动模块，以及外围设备上位机和舵机执行机构；所述舵机执行机构上安装有位置传感器；

其中，电源模块分别与控制模块和电机驱动模块连接，控制模块与电机驱动模块连接，电机驱动模块与舵机执行机构连接；上位机与控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种舵机控制器，其特征在于：所述控制模块，包括：信号调理模块、AD转换模块、DA转换模块、控制算法处理模块、通信模块、保护模块；

其中，信号调理模块与AD转换模块连接，DA转换模块与保护模块连接；AD转换模块、通信模块、DA转换模块、保护模块分别与控制算法处理模块连接；信号调理模块与舵机执行机构上的位置传感器连接；电机驱动模块分别与控制算法处理模块和保护模块连接；通信模块与上位机连接。

3.根据权利要求2所述的一种舵机控制器，其特征在于：所述电机驱动模块、信号调理模块、AD转换模块、DA转换模块和保护模块均包含两个通道，可分别驱动两个独立的舵机。

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