RU2665671C2 - Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control - Google Patents

Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control Download PDF

Info

Publication number
RU2665671C2
RU2665671C2 RU2015121006A RU2015121006A RU2665671C2 RU 2665671 C2 RU2665671 C2 RU 2665671C2 RU 2015121006 A RU2015121006 A RU 2015121006A RU 2015121006 A RU2015121006 A RU 2015121006A RU 2665671 C2 RU2665671 C2 RU 2665671C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stop
pulse
control
motor
communication channel
Prior art date
Application number
RU2015121006A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015121006A (en
Inventor
Александр Николаевич Игнатов
Константин Владимирович Кувардин
Андрей Анатольевич Шабронов
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО "СибГУТИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО "СибГУТИ") filed Critical Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО "СибГУТИ")
Priority to RU2015121006A priority Critical patent/RU2665671C2/en
Publication of RU2015121006A publication Critical patent/RU2015121006A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2665671C2 publication Critical patent/RU2665671C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K7/00Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
    • H03K7/08Duration or width modulation ; Duty cycle modulation

Landscapes

  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

FIELD: power equipment.SUBSTANCE: invention relates to the power conversion equipment, namely to controlled direct current electric motors. Pulse width modulation signals generating method for the DC motors controlling, including the universal computer based control system, digital communication channel using the rs-485 start-stop interface protocol, rs-485 digital start-stop communication channel interface circuit with the electronic power key and the controlled DC motor, at that, the pulse signal generation for the DC motor control is carried out in the control computer itself, and the pulse control signal is transmitted via the communication channel with the rs-485 start-stop data transfer protocol, to the electronic power key, wherein the transmitted signal pulse start-stop units are divided into control action periods, in which series of the certain number of the start-stop interface protocol signal bytes is software-based generated, which in the integral level is the required current value, which sets the DC motor speed.EFFECT: technical result is the device design simplification, increase in its reliability.1 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к силовой преобразовательной технике, а именно к управляемым электромоторам постоянного тока, а так же может использоваться в различных областях производства.The present invention relates to power conversion technology, namely, to controlled DC electric motors, and can also be used in various fields of production.

Известны устройства формирования сигналов ШИМ (широтно-импульсной модуляции), содержащие схемы формирования, кодировки и силовые элементы. Они формируют сигналы на основе отдельных генераторов, дешифраторов, логических схем или отдельных программно микропроцессорных устройств. Выходные сигналы, передаваемые на двигатель постоянного тока, всегда имеют цифровой формат - сигнал 0 и сигнал 1. Термин «ШИМ» определяет вид сигналов управления - импульсный.Known devices for generating PWM signals (pulse width modulation), containing the circuit formation, coding and power elements. They form signals based on individual generators, decoders, logic circuits, or individual software microprocessor devices. The output signals transmitted to the DC motor always have a digital format - signal 0 and signal 1. The term "PWM" defines the type of control signals - pulse.

Однако, известные устройства обладают следующими недостатками. Они реализованы в виде микросхем, печатных плат, и т.п. изделий электроники. Они занимают место, имеют вероятность физического износа, и поломок, Промышленность выпускает много устройств управления двигателями постоянного тока. Стоимость управляющих устройств, приближается к стоимости двигателей. Схема управления выполняет функции: получение команд от программы верхнего уровня, формирование требуемой формы ШИМ-сигнала, передача через электронный ключ импульсного сигнала на двигатель. Это сложные функции требуют систем анализа команд, их дешифрации и преобразования. Такие устройства увеличивают стоимость систем управления и уменьшают их надежность.However, known devices have the following disadvantages. They are implemented in the form of microcircuits, printed circuit boards, etc. electronics products. They take place, have the possibility of physical wear and tear, and breakdowns. The industry produces many control devices for DC motors. The cost of control devices is approaching the cost of engines. The control circuit performs the functions of: receiving commands from the upper-level program, generating the desired shape of the PWM signal, transmitting the pulse signal to the engine through an electronic key. These complex functions require command analysis systems, their decryption and conversion. Such devices add to the cost of control systems and reduce their reliability.

Из известных технических решений, наиболее близким по технической сущности к заявляемому методу (прототипом) является модуль и устройство управления на ШИМ [Л1] На фигуре 1 представлена блок-схема прототипа. Она состоит из управляющей системы 1, линии цифровой связи 2, печатной платы формирователя сигналов 3, на которой расположены микропроцессор и электронный ключ 4. Это система управляет мотором 5.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed method (prototype) is a PWM module and control device [L1] Figure 1 shows a block diagram of a prototype. It consists of a control system 1, a digital communication line 2, a printed circuit board of a signal conditioner 3, on which a microprocessor and an electronic key 4 are located. This system controls the motor 5.

В предлагаемом методе исключается микропроцессор, тем самым уменьшается стоимость и увеличивается надежность.In the proposed method, the microprocessor is excluded, thereby reducing cost and increasing reliability.

На фигуре 2 приведена функциональная схема заявляемого метода. Она состоит из управляющей системы 6, линии цифровой связи 7 по старт-стопному протоколу rs-485 обмена данными, и силового ключа 8 со схемой сопряжения с сигналами шины данных rs-485. Эта система управляет мотором 9.The figure 2 shows the functional diagram of the inventive method. It consists of a control system 6, a digital communication line 7 via the start-stop protocol rs-485 data exchange, and a power switch 8 with a circuit for interfacing with the signals of the rs-485 data bus. This system controls the motor 9.

Целью заявленного метода является снижение стоимости систем управления, увеличение надежности изделий путем устранения сложных микропроцессорных изделий.The purpose of the claimed method is to reduce the cost of control systems, increase the reliability of products by eliminating complex microprocessor products.

Поставленная цель достигается тем, что функции формирования сигналов для мотора выполняет управляющая система. Поскольку для электронного ключа требуется импульсный сигнал, то схема передачи сигналов реализуется в стандартном старт-стопном цифровом промышленном интерфейсе протокола rs-485 [Л3], [Л4].This goal is achieved by the fact that the control system performs the function of generating signals for the motor. Since an electronic key requires a pulse signal, the signal transmission scheme is implemented in the standard start-stop digital industrial interface of the rs-485 protocol [L3], [L4].

На фигуре 3 приведена схема сопряжения электронного ключа с цифровым интерфейсом 10 протокола rs-485. Схема 11 выделена штриховой линией и состоит из диодов VD1 VD2, разделяющих положительный и отрицательный сигнал импульса для управления электронным ключом КТ829. Ключ открывается от положительной части импульса. Сопротивления R1 и R2 создают требуемый ток, для открытия электронного ключа при положительной части импульса, и режим закрытия ключа при отрицательной части импульса. Электронный ключ управляет мотором постоянного тока 12.The figure 3 shows a diagram of a pairing of an electronic key with a digital interface 10 of the protocol rs-485. Scheme 11 is highlighted by a dashed line and consists of diodes VD1 VD2, separating the positive and negative pulse signal to control the electronic key KT829. The key opens from the positive part of the impulse. Resistances R1 and R2 create the required current to open the electronic key with the positive part of the pulse, and the mode of closing the key with the negative part of the pulse. The electronic key controls the DC motor 12.

Электронный ключ выполнен на транзисторе типа КТ829. Конденсатора C1 сглаживает импульсные пульсации электронного ключа на двигателе постоянного тока. Напряжение питание зависит от типа двигателя и возможностей транзистора и в приведенной схеме возможно до 45…100 вольт в зависимости от типа электронного ключа.The electronic key is made on a transistor type KT829. Capacitor C1 smoothes the pulsed pulsations of an electronic switch on a DC motor. The supply voltage depends on the type of motor and the capabilities of the transistor, and in the above diagram it is possible up to 45 ... 100 volts depending on the type of electronic switch.

Цифровой канал старт-стопного протокола rs-485 сформирован на схеме конвертором usb-rs-485. Допускается любой другой существующий интерфейс компьютера, который формирует цифровой канал старт-стопного протокола rs-485.The digital channel of the start-stop protocol rs-485 is formed on the circuit by the usb-rs-485 converter. Any other existing computer interface is allowed that forms the digital channel of the rs-485 start-stop protocol.

Для формирования сигнала ШИМ на двигатель постоянного тока, в минимальном варианте, можно передавать коды сигналов х00 до xFF (0000-0000 и 1111-1111 в битовой записи). Минимальный ансамбль 1-го байта сигнала ШИМ состоит из 9 сигналов x00, х01, x03, х07, x0F, x1F, x3F, x7F, xFF.To generate a PWM signal to a DC motor, in the minimum version, it is possible to transmit signal codes x00 to xFF (0000-0000 and 1111-1111 in bit record). The minimum ensemble of the 1st byte of the PWM signal consists of 9 signals x00, x01, x03, x07, x0F, x1F, x3F, x7F, xFF.

На фигуре 4 приведена диаграмма последовательности 5 байт кода х07 и на фигуре 5 представлена диаграмма аналогичной последовательности, 5 байт кода x00.The figure 4 shows a sequence diagram of 5 bytes of code x07 and figure 5 presents a diagram of a similar sequence, 5 bytes of code x00.

Цифровой старт-стопный сигнал формируется со стартового интервала всегда начинающегося с уровня логического 0. Далее формируется 8 интервалов, в каждом или 0 или 1 в зависимости от передаваемой информации. Заканчивается информационный участок стоповым интервалом, всегда сигналом логической 1.A digital start-stop signal is generated from the start interval always starting with a logic level of 0. Next, 8 intervals are formed, each of 0 or 1, depending on the transmitted information. The information section ends with a stop interval, always a logical 1 signal.

На фигуре 4 и 5 отображается по оси Х-время, по оси Y - напряжение на выходной шине относительно общей шины питания. Средний ток определяется, как средний ток в выходной шине. Средний ток на фигурах 4 и 5 выделен утолщенной линией и указан его уровень.In figures 4 and 5, the X-time is displayed along the axis, the Y-axis shows the voltage on the output bus relative to the common power bus. The average current is defined as the average current in the output bus. The average current in figures 4 and 5 is highlighted by a thickened line and its level is indicated.

Очевидно, что средний (интегральный) ток на нагрузке при последовательности всех x00 будет минимальный. И максимальный ток, можно сформировать при передаче последовательности сигналов xFF. Промежуточные токи формируют сигналы имеющегося ансамбля для одного байта.Obviously, the average (integral) current at the load with a sequence of all x00 will be minimal. And the maximum current can be formed by transmitting a sequence of xFF signals. Intermediate currents form the signals of the existing ensemble for one byte.

На фигуре 6 представлены варианты сигнала ШИМ одного байта. Подсчет возможного количества значений тока проводим по тактовым интервалам. Период состоит из 8 бит, 1-го стартового интервала и 1-го стопового интервала. Всего 10. Время передачи сигнала может меняться от 1-го тактового интервала - это стартовый интервал и передача кода x00. До 9 - передается код xFF. Отношение сигнала к периоду (коэффициент скважности) варьируется от 1/ 10 и до 9/ 10. Итого 9 значений выходного тока для установки скоростей двигателей постоянного тока.Figure 6 shows the PWM signal variants of one byte. Calculation of the possible number of current values is carried out at clock intervals. The period consists of 8 bits, the 1st start interval and the 1st stop interval. Only 10. The signal transmission time can vary from the 1st clock interval - this is the start interval and transmission of code x00. Till 9 - the xFF code is transferred. The signal-to-period ratio (duty cycle ratio) varies from 1/10 to 9/10. A total of 9 output current values for setting the speeds of DC motors.

Для увеличения точности необходимо сформировать такой ансамбль сигналов, что бы средний (интегральный) ток был уникальный, т.е. сингулярный.

Figure 00000001
от лат. singularis - единственный, особенный, сингулярность в философии (от лат. singularis - единственный) - единичность существа, события, явления.To increase accuracy, it is necessary to form such an ensemble of signals that the average (integral) current is unique, i.e. singular.
Figure 00000001
from lat. singularis - the only, special, singularity in philosophy (from lat. singularis - the only one) - the unity of being, event, phenomenon.

Рассмотрим формирование среднего тока для серии сигналов из 8 байт. Период, для учета среднего тока состоит из 8 байт, это 10*8 тактовых интервалов. Получается, что градация скважности меняется от 8 /80 до 72/80 на интервале в 8 байт.Consider the formation of the average current for a series of signals of 8 bytes. The period for accounting for the average current consists of 8 bytes, these are 10 * 8 clock intervals. It turns out that the gradation of duty cycle varies from 8/80 to 72/80 on an interval of 8 bytes.

На фигуре 7 показана градация токов для серии из 8 байт. Использование серии из 8 байт увеличивает градацию среднего (интегрального) тока до 8*9=72 ступеней. Использование 80 байт в серии увеличивает градацию до 80*9=720 ступеней. Таким образом, увеличивая количество байт в серии, точность формирования ШИМ сигнала можно повысить до любой заданной разумной величины.The figure 7 shows the gradation of currents for a series of 8 bytes. Using a series of 8 bytes increases the gradation of the average (integral) current to 8 * 9 = 72 steps. Using 80 bytes in a series increases the gradation to 80 * 9 = 720 steps. Thus, increasing the number of bytes in the series, the accuracy of the PWM signal generation can be increased to any given reasonable value.

Для формирования требуемых скоростей вращения двигателя, предполагается использование компьютеров с операционной системой Windows и передачи по старт-стопному каналу rs-485 блоков данных. Предварительно программа блоки данных формирует в файлы. В управляющем режима, программа передает файлы данных в старт-стопный канал rs-485 и двигатель вращается с требуемой скоростью. Передача определенных файлов данных означает вращение двигателя постоянного тока с определенной скоростью и отсутствие передачи - останавливает вращение.To form the required engine speeds, it is assumed to use computers with the Windows operating system and transfer data blocks via the start-stop channel rs-485. Previously, the program forms data blocks into files. In the control mode, the program transfers data files to the rs-485 start-stop channel and the engine rotates at the required speed. The transfer of certain data files means the rotation of the DC motor at a certain speed and the absence of transfer - stops the rotation.

Программное обеспечение, тестирующее управление двигателя постоянного тока по данному методу приведено в [Л5]. Программа поставляется с открытым исходным кодом и может быть реализована на любых языках программирования и операционных системах и показывает принцип формирования управляющего сигнала. Электронный ключ зависим от используемых двигателей и расчет подобных электронных ключей приведен в [Л6].The software testing the control of the DC motor by this method is given in [L5]. The program comes with open source code and can be implemented in any programming language and operating system and shows the principle of generating a control signal. The electronic key is dependent on the engines used and the calculation of such electronic keys is given in [L6].

Источники информацииInformation sources

1. Модуль управления двигателем постоянного тока (прототип) URL: http://ellab.su/catatog/bukd/bukdpt/1. DC motor control module (prototype) URL: http://ellab.su/catatog/bukd/bukdpt/

2. Модули управления двигателями URL: http://electrum-av.com/ru/silovye-moduli-so-vstroennym-upr/moduli-upravleniya-dvigatelvami.html2. Engine control modules URL: http://electrum-av.com/en/silovye-moduli-so-vstroennym-upr/moduli-upravleniya-dvigatelvami.html

3. Описание стандарта rs-485: http://ru.wikipedia.org/wiki/RS-4853. Description of the rs-485 standard: http://ru.wikipedia.org/wiki/RS-485

4. Интерфейсы rs-485: http.b://www ookasutp.ru/Chapter2_3.aspx4. Interfaces rs-485: http.b: // www ookasutp.ru/Chapter2_3.aspx

5. Описание программы управления двигателем постоянного тока http://www.shabronov.narod.ru/temp/tenis_bam_v2/5. Description of the DC motor control program http://www.shabronov.narod.ru/temp/tenis_bam_v2/

6. Расчет транзисторных ключей: http://life-prog.ru/1_40865_raschet-tranzistornih-klyuchey.html6. Calculation of transistor keys: http://life-prog.ru/1_40865_raschet-tranzistornih-klyuchey.html

7. Обоснование использования rs-485 с пояснением на замечания эксперта: http:/shabronov_s2.dyn-dns.ru/temp/dp1_pat_uvedomlenie_sh/7. Justification for using rs-485 with an explanation of expert comments: http: /shabronov_s2.dyn-dns.ru/temp/dp1_pat_uvedomlenie_sh/

Claims (1)

Метод формирования сигналов широтно-импульсной модуляции для управления двигателями постоянного тока, включающий управляющую систему на основе универсального компьютера, цифровой канал связи по протоколу старт-стопного интерфейса rs-485, схему сопряжения цифрового старт-стопного канала связи rs-485 с электронным силовым ключом и управляемый двигатель постоянного тока, отличающийся тем, что формирование импульсного сигнала для управления двигателем постоянного тока осуществляется в самом управляющем компьютере, а импульсный сигнал управления передается по каналу связи со старт-стопным протоколом передачи данных rs-485, на электронный силовой ключ, причем импульсные старт-стопные блоки передаваемого сигнала разбиваются на периоды управляющего воздействия, в которых программным способом формируется серия из определенного количества байт старт-стопного интерфейсного протокола сигналов, составляющий в интегральном уровне значение требуемого тока, который задает скорость вращения двигателя постоянного тока.A method for generating pulse-width modulation signals for controlling DC motors, including a control system based on a universal computer, a digital communication channel using the RS-485 start-stop interface protocol, an RS-485 digital start-stop communication channel interface circuit with an electronic power switch, and controlled DC motor, characterized in that the formation of a pulse signal for controlling the DC motor is carried out in the control computer itself, and the pulse signal is controlled The line is transmitted via a communication channel with the RS-485 start-stop protocol for data transmission to an electronic power switch, and the pulse start-stop blocks of the transmitted signal are divided into control periods in which a series of a certain number of bytes of the start-stop interface protocol is generated by software signals, constituting in the integrated level the value of the required current, which sets the speed of rotation of the DC motor.
RU2015121006A 2015-06-02 2015-06-02 Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control RU2665671C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121006A RU2665671C2 (en) 2015-06-02 2015-06-02 Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121006A RU2665671C2 (en) 2015-06-02 2015-06-02 Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015121006A RU2015121006A (en) 2016-12-27
RU2665671C2 true RU2665671C2 (en) 2018-09-03

Family

ID=57759332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015121006A RU2665671C2 (en) 2015-06-02 2015-06-02 Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2665671C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090115535A1 (en) * 2007-11-07 2009-05-07 Seiko Epson Corporation Pwm control circuit and motor equipped with the same
RU2401502C2 (en) * 2008-10-02 2010-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инт-КЛАСС" Frequency-regulated asynchronous drive
US8193748B2 (en) * 2008-10-10 2012-06-05 Smi Holdings, Inc. Integrated brushless DC motor and controller
RU2463699C1 (en) * 2008-12-15 2012-10-10 Мицубиси Электрик Корпорейшн Power conversion device for electric motor excitation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090115535A1 (en) * 2007-11-07 2009-05-07 Seiko Epson Corporation Pwm control circuit and motor equipped with the same
RU2401502C2 (en) * 2008-10-02 2010-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инт-КЛАСС" Frequency-regulated asynchronous drive
US8193748B2 (en) * 2008-10-10 2012-06-05 Smi Holdings, Inc. Integrated brushless DC motor and controller
RU2463699C1 (en) * 2008-12-15 2012-10-10 Мицубиси Электрик Корпорейшн Power conversion device for electric motor excitation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015121006A (en) 2016-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5600634A (en) Multiplex serial data communication circuit network with superposed clock and data signals
KR100811578B1 (en) Control and supervisory signal transmission system
US9454500B2 (en) Network communication control apparatus, system and method
ATE433240T1 (en) DATA COMMUNICATION DEVICE, DATA COMMUNICATION SYSTEM AND DATA COMMUNICATION METHOD
JP6454876B2 (en) Communication device and motor control device
US9270505B2 (en) Communication system
CN109951407A (en) The communication based on edge is carried out from equipment with multiple using timer
RU2665671C2 (en) Pulse width modulation signals generation method for direct current motors control
RU2686842C2 (en) Input cascade for motor controller and motor controller, in particular for electric motor
CN207720114U (en) A kind of level shifting circuit and interface multiplexing circuit
CN100417002C (en) Drive device of fan moter
CN211148775U (en) Digital current sensor module
CN102983799A (en) Electromotor rotating speed control system
CN101385298A (en) Data communication method, data transmission and reception device and system
CN110504799B (en) External four-wire motor control system and data recording method and circuit thereof
CN107256199B (en) Single bus circuit with low power consumption
EP4018523A1 (en) Method and apparatus for synchronisation and data transmission
CN101320952A (en) Driving device of fan motor
JP2008131805A (en) Drive unit for motor
RU2638522C2 (en) Step electric drive
CN101372984B (en) Fan system and motor control device
Hoyos Velasco et al. Developing speed control for a permanent magnet DC motor using rapid control of prototyping techniques
JP4775224B2 (en) Two-way communication system
US11424624B2 (en) Transmitter circuit, data transmission method, and electronic system
CN212965789U (en) I2C communication circuit, numerical control voltage signal output device