[發明專利]一種小型直流電動機閉環控制系統及該系統的控制方法

在審

• 申請號: 201410848814.0
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104518716A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 王丁;孫書利
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: H02P7/29
• 分類號: H02P7/29
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

技術領域

本發明涉及小型直流電動機控制技術。

背景技術

直流電機具有良好的起、制動性能，易于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或者快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。并且直流電機控制系統在理論上和實踐上都比較成熟，從某種角度來說，也是交流電機控制的基礎。在大部分的自動控制系統中，直流電機的控制都屬于基礎的部分，比如在小車的運動控制、機器人的行走、閥門的開閉、機械臂的運動等等，都有電機的身影。但目前的小型直流電動機控制技術對對直流電機的控制不夠穩定，無法達到所需的要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的小型直流電動機控制系統對直流電機的控制不夠穩定的問題，提供一種小型直流電動機閉環控制系統及該系統的控制方法。

本發明所述的一種小型直流電動機閉環控制系統包括控制器、電源模塊、屏幕、電機驅動電路、運動控制處理器和編碼器；所述的控制器采用C8051F040單片機實現，運動控制處理器采用LM629模塊實現；電源模塊由12V電池組提供工作電源，電源模塊用于將12V電池組輸出的12V電壓信號轉換成5V電源為控制器、屏幕、電機驅動電路、運動控制處理器和編碼器提供工作電源；控制器與運動控制處理器和屏幕連接；編碼器的編碼信號輸出端連接運動控制處理器編碼信號輸入端；運動控制處理器的電機驅動信號輸出端通過光電耦合器連接電機驅動電路的電機驅動信號輸入端；電機驅動電路用于發送驅動信號給電機；

所述的運動控制處理器內嵌入由軟件實現的控制模塊，該控制模塊包括以下單元：

復位單元：進行硬件復位和中斷復位；并在該單元運行結束之后啟動PID參數讀取單元；

PID參數讀取單元：讀取并存儲PID參數；并在該單元運行結束之后啟動濾波參數更新單元；

濾波參數更新單元：根據PID參數更新濾波器參數；并在該單元運行結束之后啟動軌跡參數讀取單元；

軌跡參數讀取單元：讀取并存儲軌跡參數；并在該單元運行結束之后啟動運動控制信號發送單元；

運動控制信號發送單元：向電機驅動電路發送運動控制信號，并在該單元運行結束之后啟動新運動判斷單元；

新運動判斷單元：判斷是否收到控制器發來的新運動信號提示信號，并在判斷結果為是時啟動PID參數讀取單元，在判斷結果為否時結束控制模塊的運行。

上述系統的控制方法包括以下步驟：

復位步驟：進行硬件復位和中斷復位；并在該步驟結束之后執行PID參數讀取步驟；

PID參數讀取步驟：讀取并存儲PID參數；并在該步驟結束之后執行濾波參數更新步驟；

濾波參數更新步驟：根據PID參數更新濾波器參數；并在該步驟結束之后執行軌跡參數讀取步驟；

軌跡參數讀取步驟：讀取并存儲軌跡參數；并在該步驟結束之后執行運動控制信號發送步驟；

運動控制信號發送步驟：向電機驅動電路發送運動控制信號，并在該步驟結束之后執行新運動判斷步驟；

新運動判斷步驟：判斷是否收到控制器發來的新運動信號提示信號，并在判斷結果為是時執行PID參數讀取單元，在判斷結果為否時結束該控制方法。

本發明所述的一種小型直流電動機閉環控制系統及該系統的控制方法，硬件上采用C8051F040單片機作為控制器，采用LM629模塊作為運動控制處理器，采用L6203芯片作為電機驅動電路；軟件上將PID控制算法與PWM直流脈寬控制電機方法融合，使控制系統具有功耗低、開關速度快、驅動電流大等優勢，并且具有很高的可靠性與給定跟隨性。

附圖說明

圖1為實施方式一所述的一種小型直流電動機閉環控制系統的原理框圖；

圖2為實施方式一中“忙”狀態檢測的流程圖；

圖3為實施方式一中控制模塊的工作流程圖；

圖4為實施方式二中復位單元的工作流程圖；

圖5為實施方式六中電源模塊的電路圖；

圖6為實施方式八中LM629模塊的原理框圖；

圖7為實施方式九中有源晶振的電路圖；

圖8為實施方式一中C8051F040芯片與LM629模塊的連接關系電路圖；

圖9為實施方式七中編碼器向LM629模塊輸入的三個信號的波形圖；

圖10為實施方式十中L6203芯片內部的全橋驅動原理圖；

圖11為實施方式十中電機驅動電路的電路圖；

圖12為實施方式十一中LM629模塊輸出的調制信號的波形圖；