CN213937776U - 一种电机主从控制装置及分布式控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提出一种电机主从控制装置及分布式控制装置，涉及工业控制技术领域。电机主从控制装置包括：控制单元及驱动底层；控制单元包括多个主控制器和一个从控制器，各主控制器均与从控制器连接；驱动底层包括多个功率模块以及多个对应与各功率模块连接的电机，各功率模块均与从控制器连接；多个主控制器产生控制信号发送给从控制器。其中，每一个功率模块分配一个主控制器进行通讯和PWM脉冲信号计算，多个主控制器共用一从控制器产生多路PWM脉冲信号，有效避免了信号传输过程带来的干扰，保证数据传输的实时性和准确性，并且实现了负载的平均分配，保证了系统的运行效率及可靠性。

Description

一种电机主从控制装置及分布式控制装置

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种电机主从控制装置及分布式控制装置。

背景技术

在工业中一般使用高功率或多个相对小功率的电机来驱动设备或生产线。其中，冶金、造纸等行业对电气控制系统有着较为严格的要求，在电气控制上要求各部分驱动电机转矩或转速严格同步，也就是电机同步运行问题。考虑到在实际的工业生产中，电机同步运行是一个操作复杂，而且各项运行指标都相对严格的操作方式。所以就需要依靠比较精准的同步运行技术来降低因电机运行不同步带来的损失。

相关的主从控制装置，主机和从机之间通过通讯网络或模拟量输入输出口将主电机的转矩信号传输到从电机，转矩的传输过程中会有延迟，难以保证多个电机输出相同的转矩，导致负载分布不均匀，提高系统故障发生率。

实用新型内容

本实用新型实施例要解决的是相关的主从控制装置，难以保证多个电机输出相同的转矩，导致负载分布不均匀，提高系统故障发生率的问题。

第一方面，本实用新型实施例提出一种电机主从控制装置，该电机主从控制装置包括：控制单元及驱动底层；所述控制单元包括多个主控制器和一个从控制器，各所述主控制器均与所述从控制器连接；所述驱动底层包括多个功率模块以及多个对应与各所述功率模块连接的电机，各所述功率模块均与所述从控制器连接；多个所述主控制器产生控制信号发送给所述从控制器，以控制所述从控制器产生多路PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)脉冲信号用来控制多个所述功率模块驱动多个所述电机运行。

其进一步的技术方案为，各所述主控制器分别与各所述功率模块连接。

其进一步的技术方案为，所述控制单元还包括上位机，所述上位机分别与各所述主控制器连接。

其进一步的技术方案为，所述主控制器为DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)处理器。

其进一步的技术方案为，所述从控制器为FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程逻辑门阵列)芯片。

其进一步的技术方案为，所述功率模块包括整流单元与逆变单元，所述整流单元与电源连接，所述逆变单元分别与所述整流单元和所述电机连接。

其进一步的技术方案为，所述功率模块还包括电阻与开关，所述整流单元通过所述电阻与所述逆变单元连接，所述电阻与所述开关并联。

其进一步的技术方案为，所述驱动底层还包括电容，所述电容分别与所述整流单元及所述逆变单元并联。

第二方面，本实用新型还提供了一种电机分布式控制装置，该电机分布式控制装置包括以上所述多个电机主从控制装置。

其进一步的技术方案为，多个所述电机主从控制装置通过CAN总线连接。

为解决上述问题，本实用新型实施例提出一种电机主从控制装置，该电机主从控制装置包括：控制单元及驱动底层；所述控制单元包括多个主控制器和一个从控制器，各所述主控制器均与所述从控制器连接；所述驱动底层包括多个功率模块以及多个对应与各所述功率模块连接的电机，各所述功率模块均与所述从控制器连接；多个所述主控制器产生控制信号发送给所述从控制器，以控制所述从控制器产生多路PWM脉冲信号用来控制多个所述功率模块驱动多个所述电机运行。其中每一个功率模块分配一个主控制器进行通讯和PWM脉冲信号计算，多个主控制器共用一从控制器产生多路PWM脉冲信号，有效避免了信号传输过程带来的干扰，保证数据传输的实时性和准确性，实现了负载的平均分配，保证了系统的运行效率及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例提出的电机主从控制装置的原理框图；

图2为本实用新型实施例提出的电机主从控制装置的电路连接框图；

图3为本实用新型实施例提出的电机分布式控制装置的原理框图。

附图标记

控制单元100，主控制器111，从控制器121，驱动底层200，功率模块211，电机221，上位机300，整流单元2112，逆变单元2113，电源2111，CAN总线 400。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

请参见图1-图2，本实用新型实施例提出一种电机主从控制装置，该电机主从控制装置包括：控制单元100及驱动底层200；所述控制单元100包括多个主控制器111和一个从控制器121，各所述主控制器111均与所述从控制器121连接；主控制器111与从控制器121进行通讯，并计算PWM脉冲信号的波形。

所述驱动底层200包括多个功率模块211以及多个对应与各所述功率模块 211连接的电机221，各所述功率模块211均与所述从控制器121连接；多个所述主控制器111产生控制信号发送给所述从控制器121，以控制所述从控制器 121产生多路PWM脉冲信号用来控制多个所述功率模块211驱动多个所述电机 221运行。具体地，在一实施例中，该电机主从控制装置中每个功率模块211可分别独立运行，也可以两个或者多个协同工作。

其中每一个功率模块211分配一个主控制器111进行通讯和PWM脉冲信号计算，多个主控制器111共用一从控制器121产生多路PWM脉冲信号以控制多个电机221的运行，充分利用器件的冗余功能，不但减少了关键元器件的使用，降低器件成本；而且有效避免了信号传输过程带来的干扰，保证数据传输的实时性和准确性，实现了负载的平均分配，保证了系统的运行效率及可靠性。

进一步地，各所述主控制器111分别与各所述功率模块211连接。每个功率模块211分配一个主控制器111用以获取对应功率模块211的电压及电流信号来实现对电机221的闭环控制。

进一步地，所述控制单元100还包括上位机300，所述上位机300分别与各所述主控制器111连接，具体地，在一实施例中，主控制器111与上位机300 通信，主控制器111根据用户提供的参数来控制各电机221的主从工作状态。

进一步地，所述主控制器111为DSP处理器，DSP处理器的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。具体地，在一实施例中，在主从控制装置中DSP处理器的功能主要有：系统运行的循环控制、数据的转换、与上位机300进行通信、PWM脉冲信号的计算及电路的参数测量等。

进一步地，所述从控制器121为FPGA芯片，用于接收主控制器111发送的控制信号，以及产生相应的多路PWM脉冲信号来控制各电机221的运行。

进一步地，所述功率模块211包括整流单元2112与逆变单元2113，所述整流单元2112与电源2111连接，所述逆变单元2113分别与所述整流单元2112 和所述电机221连接，电源2111通过整流单元2112给逆变单元2113供电，逆变单元2113的功率器件受控于从控制器121产生的PWM脉冲信号，逆变单元 2113的输出作用于电机221，以实现多电机221的主从控制。具体地，在一实施例中，根据应用的电压等级和功率大小，逆变单元2113可以使用两电平拓扑结构也可以使用三电平拓扑结构。

进一步地，所述功率模块211还包括电阻R1与开关S1，所述整流单元2112 通过所述电阻R1与所述逆变单元2113连接，所述电阻R1与所述开关S1并联，当装置正常运行时开关S1闭合，电阻R1在电路中不起作用，当电机221制动时，开关S1闭合，利用电阻R1消耗制动过程中产生的大量再生电能，保护逆变单元2113不受电机221再生电能的损害。

进一步地，所述驱动底层200还包括电容C1，所述电容C1分别与所述整流单元2112及所述逆变单元2113并联，这里并联的电容C1用于滤波，保证整流单元2112输出电压的平稳。

参见图3并结合图1和图2，本实用新型还提供了一种电分布式控制装置，该电机分布式控制装置包括多个以上实施例提出的电机主从控制装置，具体地，在一实施例中，电机主从控制装置为一个从控制器121驱动两个驱动底层200 的装置，即一拖二的装置，在工业应用场景中驱动底层200的数量根据实际需要来确定。

进一步地，多个所述电机主从控制装置通过CAN总线400连接，通过CAN 总线400通信实现多台电机主从控制装置的分布式控制，其中任意一个节点的装置既可作为主机也可作为从机。采用CAN总线400进行通信，抗干扰能力强，保证数据传输的实时性和准确性。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电机主从控制装置，其特征在于，包括：

控制单元，所述控制单元包括多个主控制器和一个从控制器，各所述主控制器均与所述从控制器连接；

驱动底层，所述驱动底层包括多个功率模块以及多个对应与各所述功率模块连接的电机，各所述功率模块均与所述从控制器连接；

多个所述主控制器产生控制信号发送给所述从控制器，以控制所述从控制器产生多路PWM脉冲信号用来控制多个所述功率模块驱动多个所述电机运行。

2.根据权利要求1所述的电机主从控制装置，其特征在于，各所述主控制器分别与各所述功率模块连接。

3.根据权利要求1所述的电机主从控制装置，其特征在于，所述控制单元还包括上位机，所述上位机分别与各所述主控制器连接。

4.根据权利要求1所述的电机主从控制装置，其特征在于，所述主控制器为DSP处理器。

5.根据权利要求1所述的电机主从控制装置，其特征在于，所述从控制器为FPGA芯片。

6.根据权利要求1所述的电机主从控制装置，其特征在于，所述功率模块包括整流单元与逆变单元，所述整流单元与电源连接，所述逆变单元分别与所述整流单元和所述电机连接。

7.根据权利要求6所述的电机主从控制装置，其特征在于，所述功率模块还包括电阻与开关，所述整流单元通过所述电阻与所述逆变单元连接，所述电阻与所述开关并联。

8.根据权利要求6所述的电机主从控制装置，其特征在于，所述驱动底层还包括电容，所述电容分别与所述整流单元及所述逆变单元并联。

9.一种电机分布式控制装置，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任一项所述的电机主从控制装置。

10.根据权利要求9所述的电机分布式控制装置，其特征在于，多个所述电机主从控制装置通过CAN总线连接。

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