[发明专利]一种直流电机驱动器及驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动化领域，特别涉及一种直流电机驱动器及驱动方法。

背景技术

直流电机必须通过驱动器的驱动才能实现各种工作模式，比如速度环控制模式、电流环控制模式、位置环控制模式。现有技术中要实现直流电机的速度闭环控制，都必须利用一个独立于驱动器的外加部件即速度传感器，如光电编码器(也称为光电码盘)、磁编码器、旋转变压器等作为速度反馈元件，根据速度反馈元件的输出感知电机实际转速，再通过一定的控制方法来驱动直流电机，实现速度闭环控制，其驱动器没有直接测速的动能。

光电码盘测速的原理是光源发出恒定的光，光调制器根据被测转速将光源发出的光调制成光脉冲或光码信号，光电转换部件将光信号变成电信号，经信号处理器对信号进行运算和加工，变换成被测转速的相应输出值。磁编码器是根据磁路磁阻的变化引起磁通的变化，从而在线圈内产生感应电动势，形成一个个电脉冲，经转换得到被测转速。还有用霍尔元件来进行测速的，其原理是霍尔芯片紧贴齿轮，磁铁放在芯片后面。齿轮转动可以改变通过霍尔芯片的磁通量，霍尔芯片可以输出类似正弦的波形。用运放放大波形后接一级比较器，把正弦波转换为方波。方波的频率和齿轮的转速正比，因而得到电机转速。

尽管光电码盘、霍尔元件等速度传感器作为电机驱动器的速度反馈元件，是目前广泛应用的手段，但其外接在直流电机或者负载机构上，结构复杂、体积较大、成本较高，并且接线相对复杂，因此在对成本比较敏感、速度闭环控制精度要求不高的场合，以及在微小型机器人等安装空间有限，要求驱动器控制结构尽量简单、接线尽量简化的场合，探索一种直接测速并对直流电机进行驱动的驱动器及驱动方法就有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中对直流电机的驱动采用独立于驱动器的外加速度传感器作为速度反馈元件带来的不利因素，本发明提出了一种直流电机驱动器及驱动方法。

所述技术方案如下：

一种直流电机驱动器，所述驱动器包括测量模块、转速计算模块、指令电压输入模块、误差计算及驱动模块；

所述测量模块与直流电机相连，用于测量直流电机的电枢电流和电枢端电压，并将所述电枢电流和电枢电压输入到转速计算模块；

所述转速计算模块，用于根据所述测量模块输出的直流电机的电枢电流和端电压，计算直流电机实际转速，并将所述直流电机实际转速输入到误差计算及驱动模块；

所述指令电压输入模块，用于获取用户输入的指令电压，并根据所述指令电压得到期望目标转速，并将所述期望目标转速输入到误差计算及驱动模块；

所述误差计算及驱动模块，用于根据所述直流电机实际转速和所述期望目标转速，计算所述直流电机实际转速和所述期望目标转速之间的误差，并根据所述误差生成控制信号，并用所述控制信号驱动直流电机。

其中，所述转速计算模块具体包括：

电机反电动势求解电路，用于根据所述直流电机的电枢电流和端电压，按照如下公式计算电机反电动势；

设E_a为直流电机反电动势，V_a为电机电枢两端的端电压，I_a为电机电枢电流，K_E为反电动势常数，R_a是电机电枢电阻；

E_a＝V_a-R_aI_a；

电机转速求解电路，用于根据所述电机反电动势求解电路求解出的电机反电动势，按照如下公式计算直流电机实际转速；

设n为电机转速，n＝E_a/K_E。

一种直流电机驱动方法，所述方法包括：

测量直流电机的电枢电流和电枢端电压；

根据所述电枢电流和电枢端电压计算直流电机实际转速；

获取用户输入的指令电压，根据所述指令电压得到期望目标转速；

计算所述期望目标转速和所述直流电机实际转速之间的误差，根据所述误差生成控制信号，用所述控制信号驱动所述直流电机。

其中，根据所述电枢电流和电枢端电压计算直流电机实际转速，具体包括：

根据所述电枢电流和电枢端电压，按照如下公式计算电机反电动势；

设E_a为直流电机反电动势，V_a为电机电枢两端的端电压，I_a为电机电枢电流，K_E为反电动势常数，R_a是电机电枢电阻；