CN208623572U - 一种自闭环电机驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自闭环电机驱动器，其包括：通讯模块、电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块、电机位置信号采集模块、CPU运算模块、MOSFET驱动模块、全桥驱动模块、电机连接接口和电源管理模块，其中，三个信号采集模块实时采集电机电流、速度、位置信号并实时上传至CPU运算模块，MOSFET驱动模块将CPU运算模块发出的指令转换为电压信号并功率放大，全桥驱动模块将MOSFET驱动模块输出的小电压信号转换为能够驱动电机的电压信号并功率放大驱动电机按照指令转动。本实用新型的有益之处在于：具有电流控制环、速度控制环、位置控制环三环控制功能，不仅能够对电机的电流、速度、位置进行实时精确控制，而且控制电机的稳定性更好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电机驱动器，具体涉及一种自闭环电机驱动器，属于驱动器技术领域。
背景技术
随着电力电子技术、计算机技术和电机控制技术的不断发展，电机驱动器在现代工业技术领域中的作用变得越来越重要，尤其是直流无刷电机和直流有刷电机，在众多微精密领域应用越来越广泛，如机器人关节、精密雕刻机等等。
电机驱动器的可靠性、稳定性以及高精密控制一直影响着电机控制系统的稳定，其功率器件损伤、热稳定性破坏、被电磁干扰等都会引发一系列的电机控制系统问题。
目前的电机驱动器，不能对电机的电流、速度、位置进行实时的闭环控制，不能满足对电机电流、速度、位置精度要求高的场合，例如转台控制。
实用新型内容
为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够对电机的电流、速度、位置进行实时精确控制的自闭环电机驱动器。
为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
一种自闭环电机驱动器，其特征在于，包括：通讯模块、电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块、电机位置信号采集模块、 CPU运算模块、MOSFET驱动模块、全桥驱动模块、电机连接接口和电源管理模块，其中，
前述通讯模块与CPU运算模块信号连接，提供数据通讯的标准接口，并控制设备的通讯；
前述电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块和电机位置信号采集模块均与电机信号连接，实时采集电机电流信号、速度信号和位置信号，并实时上传至CPU运算模块；
前述CPU运算模块根据上传的实时电机电流信号、速度信号和位置信号，发出相应的电流指令、速度指令和位置指令；
前述MOSFET驱动模块与CPU运算模块信号连接，将CPU运算模块发出的指令转换为相应的电压信号，并进行功率放大；
前述全桥驱动模块与MOSFET驱动模块信号连接，前述电机连接接口与全桥驱动模块信号连接，电机的相线与电机连接接口信号连接，全桥驱动模块将MOSFET驱动模块输出的小电压信号转换为能够驱动电机的电压信号，同时进行功率放大，并驱动电机按照相应指令转动；
前述电源管理模块与CPU运算模块、MOSFET驱动模块和全桥驱动模块信号连接，将外部电源转换成各模块所需要的电流格式，并给各模块供电。
前述的自闭环电机驱动器，其特征在于，前述CPU运算模块采用的是ARM CORTEX-M4带浮点运算功能的高速处理器。
前述的自闭环电机驱动器，其特征在于，前述电机连接接口为具备复用功能、同时支持直流有刷电机和直流无刷电机连接的电机连接接口。
前述的自闭环电机驱动器，其特征在于，前述通讯模块包括：串口通讯模块和CAN通讯模块。
前述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：模拟量接口，前述模拟量接口与CPU运算模块信号连接。
前述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：增量编码器接口，前述增量编码器接口与CPU运算模块信号连接。
前述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：霍尔传感器接口，前述霍尔传感器接口与CPU运算模块信号连接。
前述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：调试接口，前述调试接口与CPU运算模块信号连接。
本实用新型的有益之处在于：
(1)具有电流控制环、速度控制环、位置控制环三环控制功能，不仅能够对电机的电流、速度、位置进行实时精确控制，而且控制电机的稳定性更好；
(2)电机连接接口具备复用功能，同时支持直流有刷电机和直流无刷电机的连接，电机通用性更好；
(3)具备串口通讯接口、CAN通讯接口等多种通讯接口，接口模式多样，使用更方便；
(4)具有增量编码器接口和霍尔传感器接口，支持多种接口。
附图说明
图1是本实用新型的自闭环电机驱动器的组成原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。
参照图1，本实用新型的自闭环电机驱动器包括：通讯模块、电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块、电机位置信号采集模块、CPU运算模块、MOSFET驱动模块、全桥驱动模块、电机连接接口和电源管理模块。
1、通讯模块
通讯模块包括：串口通讯模块、CAN通讯模块，这些通讯模块均与CPU运算模块信号连接。
串口通讯模块：提供控制指令数据通讯的标准接口，控制设备的通讯。
CAN通讯模块：提供控制指令数据通讯的标准接口，控制设备的通讯。
2、电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块和电机位置信号采集模块
电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块和电机位置信号采集模块的输入端均与电机信号连接，输出端均与CPU运算模块信号连接。
电机电流信号采集模块：实时采集电机电流信号，并实时上传至 CPU运算模块。
电机速度信号采集模块：实时采集电机速度信号，并实时上传至 CPU运算模块。
电机位置信号采集模块：实时采集电机位置信号，并实时上传至 CPU运算模块。
3、CPU运算模块
CPU运算模块：将上传的实时电机电流信号、速度信号和位置信号与指令信号进行实时对比，发出相应的电流指令、速度指令和位置指令，构成电流的闭环控制、速度的闭环控制和位置的闭环控制。
电流的闭环控制，可保证驱动器输出足够的力矩，并且保证控制系统动态响应快，系统超调小。
速度的闭环控制，可保证驱动器控制电机按照设定的速度进行旋转。
位置的闭环控制，能够对电机的转动角度进行实时的闭环控制，精确度更高。
作为一种优选的方案，CPU运算模块采用的是ARM CORTEX-M4 带浮点运算功能的高速处理器。
4、MOSFET驱动模块
MOSFET驱动模块与CPU运算模块信号连接。
MOSFET驱动模块：将CPU运算模块发出的指令转换为相应的电压信号，并进行功率放大。
5、全桥驱动模块、电机连接接口
全桥驱动模块与MOSFET驱动模块信号连接，电机连接接口与全桥驱动模块信号连接，电机的相线与电机连接接口信号连接。
全桥驱动模块：将MOSFET驱动模块输出的小电压信号转换为能够驱动电机的电压信号，同时进行功率放大，并驱动电机按照相应指令转动。
电机连接接口：给电机提供输入接口，与全桥驱动模块信号连接。
作为一种优选的方案，电机连接接口为具备复用功能、同时支持直流有刷电机和直流无刷电机连接的电机连接接口。
6、电源管理模块
电源管理模块与CPU运算模块、MOSFET驱动模块和全桥驱动模块信号连接。
电源管理模块：将外部电源转换成各模块(CPU运算模块、 MOSFET驱动模块和全桥驱动模块)所需要的电流格式，并给各模块供电。
7、其他
(1)增量编码器接口
增量编码器接口与CPU运算模块信号连接。使用时，电机的增量编码器信号线连接到该增量编码器接口上，这样一来CPU运算模块就可以采集电机的速度信息和位置信息了。
(2)霍尔传感器接口
霍尔传感器接口与CPU运算模块信号连接。使用时，电机的霍尔传感器连接到该霍尔传感器接口上，这样一来CPU运算模块就可以检测电机的相位了。
(3)调试接口
调试接口与CPU运算模块信号连接。调试接口是用来进行程序的仿真测试的，方便设计人员进行软件开发中的程序调试和仿真。
(4)模拟量接口
模拟量接口：提供外部模拟量控制信号的外置输入接口，控制电机的运动速度。
使用方法及工作原理：
将外部电源与电源管理模块自带的接口连接，此时，电源管理模块将外部电源转化为各模块(CPU运算模块、MOSFET驱动模块和全桥驱动模块)所需要的电压格式，并给各模块供电，电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块和电机位置信号采集模块实时采集电机电流信号、速度信号和位置信号，并实时上传至CPU运算模块， CPU运算模块将上传的实时电机电流信号、速度信号和位置信号与指令信号进行实时对比，发出相应的电流指令、速度指令和位置指令， MOSFET驱动模块将CPU运算模块发出的指令转换为相应的电压信号，并进行功率放大，之后全桥驱动模块将MOSFET驱动模块输出的小电压信号转换为能够驱动电机的电压信号，同时进行功率放大，并驱动电机按照相应指令转动。
由此可见，本实用新型的电机驱动器能够实时地对电机的电流、速度、位置进行反馈，所以其能够精确的按照控制指令控制电机的电流、速度和位置。
此外，由于本实用新型的电机驱动器具有电流控制环、速度控制环、位置控制环三环控制功能，所以能够稳定控制电机，稳定性更好。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种自闭环电机驱动器，其特征在于，包括：通讯模块、电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块、电机位置信号采集模块、CPU运算模块、MOSFET驱动模块、全桥驱动模块、电机连接接口和电源管理模块，其中，
所述通讯模块与CPU运算模块信号连接，提供数据通讯的标准接口，并控制设备的通讯；
所述电机电流信号采集模块、电机速度信号采集模块和电机位置信号采集模块均与电机信号连接，实时采集电机电流信号、速度信号和位置信号，并实时上传至CPU运算模块；
所述CPU运算模块根据上传的实时电机电流信号、速度信号和位置信号，发出相应的电流指令、速度指令和位置指令；
所述MOSFET驱动模块与CPU运算模块信号连接，将CPU运算模块发出的指令转换为相应的电压信号，并进行功率放大；
所述全桥驱动模块与MOSFET驱动模块信号连接，所述电机连接接口与全桥驱动模块信号连接，电机的相线与电机连接接口信号连接，全桥驱动模块将MOSFET驱动模块输出的小电压信号转换为能够驱动电机的电压信号，同时进行功率放大，并驱动电机按照相应指令转动；
所述电源管理模块与CPU运算模块、MOSFET驱动模块和全桥驱动模块信号连接，将外部电源转换成各模块所需要的电流格式，并给各模块供电。
2.根据权利要求1所述的自闭环电机驱动器，其特征在于，所述CPU运算模块采用的是ARM CORTEX-M4带浮点运算功能的高速处理器。
3.根据权利要求1所述的自闭环电机驱动器，其特征在于，所述电机连接接口为具备复用功能、同时支持直流有刷电机和直流无刷电机连接的电机连接接口。
4.根据权利要求1所述的自闭环电机驱动器，其特征在于，所述通讯模块包括：串口通讯模块和CAN通讯模块。
5.根据权利要求1所述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：模拟量接口，所述模拟量接口与CPU运算模块信号连接。
6.根据权利要求1所述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：增量编码器接口，所述增量编码器接口与CPU运算模块信号连接。
7.根据权利要求1所述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：霍尔传感器接口，所述霍尔传感器接口与CPU运算模块信号连接。
8.根据权利要求1所述的自闭环电机驱动器，其特征在于，还包括：调试接口，所述调试接口与CPU运算模块信号连接。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201721847944.8U CN208623572U (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种自闭环电机驱动器 |
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| CN201721847944.8U CN208623572U (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种自闭环电机驱动器 |
Publications (1)
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| CN208623572U true CN208623572U (zh) | 2019-03-19 |
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Family Applications (1)
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| CN201721847944.8U Active CN208623572U (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种自闭环电机驱动器 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN208623572U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110971153A (zh) * | 2019-12-12 | 2020-04-07 | 深圳勇艺达机器人有限公司 | 一种基于多协议的混联舵机控制设备 |
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