CN216699876U

CN216699876U - 一种多直流无刷电机的控制系统

Info

Publication number: CN216699876U
Application number: CN202121738073.2U
Authority: CN
Inventors: 董先公; 高倩
Original assignee: Jixian Artificial Intelligence Co Ltd
Current assignee: Jixian Artificial Intelligence Co Ltd
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2031-07-28

Abstract

本实用新型涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种多直流无刷电机的控制系统，包括：控制器，所述控制器通过CAN总线与多个电机控制器连接，所述每个电机控制器通过驱动器连接每个直流无刷电机；所述控制器与每个直流无刷电机通信连接；本公开将每个直流无刷电机的霍尔传感器信号集中到控制器，及时协调的控制多个电机，降低通信时受扰所引起的换相风险，通过CAN总线通信，硬件预留多个电机控制器接口的方式，实现控制器的热插拔。结构简单，便于应用。

Description

一种多直流无刷电机的控制系统

技术领域

本公开涉及电机驱动技术领域，具体涉及一种多直流无刷电机的控制系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在H桥电路做驱动电路的情况下，一般是通过6路信号，控制直流无刷电机的三相电路导通。在驱动电路确定的情况下，对直流无刷电机的控制一般是一个单片机控制一个直流无刷电机，或者是一个单片机对应多个电机。限于单片机引脚资源限制，一个单片机控制有霍尔的无刷直流电机的数量也是有限的，再加上电流环反馈和位置环反馈又会占用很多引脚资源，所以一个通用的单片机不适合控制大于两个以上的直流无刷电机。通过系统控制或者增加引脚资源电路可以增加可控的数量，但是实时性以及精度，又得不到满足。更重要的是还会提高开发难度，增加成本。所以最直接简单的办法就是多单片机控制。而且即使有多单片机控制多直流无刷电机的系统，可扩展性也不强，没有办法做到即插即用。

也就是说，现有的针对直流无刷电机的控制系统即使使用多单片机控制，也无法实现精准高效的控制，且可扩展性太低，无法做到即插即用。

实用新型内容

为克服以上存在的问题和现有技术的不足，本公开提供了一种多直流无刷电机的控制系统，实现多控制器协调工作控制多直流无刷电机，具备可扩展性，便于控制器的热插拔，结构简单，便于应用。

根据一些实施例，本公开一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种多直流无刷电机的控制系统，包括：

控制器，所述控制器通过CAN总线与多个电机控制器连接，所述每个电机控制器通过驱动器连接每个直流无刷电机；

所述控制器与每个直流无刷电机通信连接。

作为进一步的技术限定，所述直流无刷电机上安装有霍尔传感器，所述霍尔传感器采集直流无刷电机的实时位置和转速。

作为进一步的技术限定，所述控制器的输入端与每个直流无刷电机上的霍尔传感器连接；所述控制器通过GPIO中断采集方式或定时器采集方式采集霍尔传感器的信号。

作为进一步的技术限定，所述驱动器连接直流无刷电机的上的电流传感器，获取直流无刷电机的电流信号。

作为进一步的技术限定，所述驱动器与电机控制器连接，并将直流无刷电机的电流信号传输给电机控制器。

作为进一步的技术限定，所述电机控制器连接CAN总线，并通过CAN总线将直流无刷电机的电流信号传输给控制器。

作为进一步的技术限定，所述控制器的输出端连接CAN总线，并通过CAN总线向电机控制器发送控制指令。

作为进一步的技术限定，所述每个电机控制器采用两路开关标记标识符。

作为进一步的技术限定，所述控制器还与上位机连接，获取上位机的控制指令。

作为进一步的技术限定，还包括电源模块，所述电源模块为控制器和电机控制分别供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过一个总的控制器与多个电机控制器分布式连接，实现了多控制器的可扩展性。

2、本实用新型通过CAN总线，硬件预留多个电机控制器接口的方式，实现电机控制器的热插拔，结构简单，便于应用。

3、本实用新型控制器通过每个直流无刷电机的速度信号和位置信号的通信进行分段控制，为实现直流无刷电机控制设计了高效可靠的结构。

本实用新型附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例中的系统架构示意图；

图2为本实用新型实施例中控制器采集霍尔信号电路图；

图3为本实用新型实施例中电机运动控制流程图；

图4为本实用新型实施例中电机驱动电路图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

实施例

请参阅图1所示，本实施例公开了一种多直流无刷电机的控制系统，

控制器，采用stm32F407单片机，用于控制电机控制器，记为Control MCU；电机控制器，采用stm32F407单片机，用于控制直流无刷电机，记为MotorMCU。

直流无刷电机上安装有霍尔传感器，霍尔传感器采集直流无刷电机的转子信号，可以读取转子的实时位置和转速；控制器(Control MCU)的输入端与每个直流无刷电机上的霍尔传感器连接；所述控制器通过GPIO中断采集方式或定时器采集方式采集霍尔传感器的信号，每个直流无刷电机需要三路GPIO或3路定时器通道。

控制器(Control MCU)采集霍尔信号电路请参阅图2所示。HALLA1是电机输入霍尔信号，支持0～5V电压；HALLA1AD是输出的模拟霍尔信号，连接到Control MCU的AD信号采集；HALLUREF是比较电压；DHALLA1是输出的数字霍尔信号，连接到MCU的定时器引脚。本实施例支持模拟霍尔直流无刷电机和数字霍尔电机两种，R68和R71两个电阻可以根据实际情况选择阻值和选择是否焊接。HALLUREF的电压值也可以根据实际情况进行调整，R103电阻默认虚焊。

Control MCU读取当前电机的霍尔信号，参与速度环和位置环的控制,发送控制命令到MotorMCU。霍尔传感器信号集中到Control MCU的原因是为了及时协调的控制多个电机，降低通信时受扰所引起的换相风险。Control MCU发送不同标识符，确定不同MotorMCU的信息。

直流无刷电机上安装有电流传感器，MotorMCU用来连接直流无刷电机的电流传感器和三相电路，采集直流无刷电机上的电流信号；三相电路采用PWM_ON方式，需要用到三路定时器资源和三路GPIO资源；电流信号需要用到三路ADC资源。驱动电路请参阅图4所示。U4是驱动芯片，U7是双MOS管集成的芯片。MUH1和MUH1连接MotorMCU，UOUT1连接电机的一相，一个直流无刷电机的其余两相按同样电路连接到MotorMCU；R42选用10K以上的大电阻，从U7的第3引脚连接采样电阻，可以读取电机相电流值。

电流环直接由MotorMCU控制的原因有三点：

一是受硬件资源限制，MotorMCU的硬件资源可以得到有效利用；其次是电机发生堵转时，MotorMCU直接执行停止动作，而不需要接收Control MCU的命令才执行；三是在需要进行力矩控制的时候，MotorMCU才通过CAN总线发送电流信号字段给Control MCU，不需要进行力矩控制的时候，不需要发送，那整个通信方式就是Control MCU直接发送控制命令，其他MotorMCU只负责接收。

根据硬件的限制，MotorMCU可以满足4个直流无刷电机的资源，ControlMCU可用的GPIO在没有被用作其他功能的情况下，100脚可以满足至少24个直流无刷电机的控制要求。两个STM32F407 100脚单片机的情况下，选择最小支持数量，即支持4个直流无刷电机控制。ControlMCU的可控直流无刷电机数量是理论值，本实施例选择满足12个直流无刷电机的控制要求进行说明，即支持扩展2个Motor MCU。

ControlMCU和1个Motor MCU通过CAN总线相连，并作为CAN通信的首尾节点。CAN中间连出2个CAN节点，用来扩展2个MotorMCU模块。每个单片机模块通过两路开关，用来标记CAN通信时本模块唯一标识符。CAN总线没有主从之分，每一个节点都可以发送数据给总线上的其他节点。

这是多直流无刷电机控制器的硬件逻辑架构，通过本架构实现了硬件的可扩展性，通过CAN总线，硬件预留多个电机控制器接口的方式，实现电机控制器的热插拔，结构简单，便于应用。

工作原理：

直流无刷电机驱动控制方式采用六步控制，电机运动进行模块化封装；动作的执行，依靠Control MCU根据指令来统一控制；输入指令和电机的运动状态之间的算法需要根据实际产品进行调整。这几部分不是本实施例重点，这里不做介绍。

ControlMCU和MotorMCU控制电机运动的程序流程图如图3所示。

本实用新型启动后，ControlMCU和MotorMCU先进行程序初始化，然后都进入数据采集和指令等待状态。当ControlMCU接收到上位机或者手柄等的输入控制指令后，采集电机当前霍尔信号，并通过CAN总线发送包含位置信号、速度信号、力矩信号的指令给MotorMCU。MotorMCU接收到指令后，开始控制电机运动。电机运动持续产生霍尔信号，ControlMCU持续采集，并发送；当ControlMCU接收到停止指令后，发送停止命令，MotorMCU收到命令，控制电机停止；控制指令发送完毕，程序结束。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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

1.一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，包括：

控制器，所述控制器通过CAN总线与多个电机控制器连接，所述每个电机控制器通过驱动器连接每个直流无刷电机；通过CAN总线，硬件预留多个电机控制器接口，实现电机控制器的热插拔；

所述控制器与每个直流无刷电机通信连接，所述直流无刷电机上安装有霍尔传感器，所述控制器的输入端与每个直流无刷电机上的霍尔传感器连接。

2.如权利要求1所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述霍尔传感器采集直流无刷电机的实时位置和转速。

3.如权利要求1所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述控制器通过GPIO中断采集方式或定时器采集方式采集霍尔传感器的信号。

4.如权利要求1所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述驱动器连接直流无刷电机的上的电流传感器，获取直流无刷电机的电流信号。

5.如权利要求4所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述驱动器与电机控制器连接，并将直流无刷电机的电流信号传输给电机控制器。

6.如权利要求5所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述电机控制器连接CAN总线，并通过CAN总线将直流无刷电机的电流信号传输给控制器。

7.如权利要求1所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述控制器的输出端连接CAN总线，并通过CAN总线向电机控制器发送控制指令。

8.如权利要求1所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述每个电机控制器采用两路开关标记标识符。

9.如权利要求1所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，所述控制器还与上位机连接，获取上位机的控制指令。

10.如权利要求1所述的一种多直流无刷电机的控制系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块为控制器和电机控制分别供电。