[发明专利]一种新型电机控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种新型电机控制系统。

背景技术

对于机械臂等的转动控制，现大多采用舵机、步进电机或使用光编码盘等进行反馈控制，但都存在各自的局限和取舍。例如对于舵机其转动速度很难调节，且不能超过360度旋转；对于步进电机，则存在丢步的可能，且通常扭矩较小，每次通电都需要校准初始位置；而对于使用光编码盘等进行反馈控制的电机，功能则比较粗糙单一，通常只能对速度进行控制。

并且对于步进电机，通过霍尔器件或者光编码盘等反馈控制的电机，通常使用和控制复杂，在同时控制多个电机时更是如此，需要使用者花费较多精力进行调试设定。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种新型电机控制系统，其创新性地采用基于绝对型容栅编码技术的角度传感器作为电机位置检测单元，使用高性能单片机结合PID控制算法进行电机控制和通信，实现了电机转动的灵活且精确的控制。

一种新型电机控制系统，包括一台主机和多台从机，每台从机均对应控制一台电机；所述主机用于接收关于电机控制目标要求的外部信号并对这些信号进行处理调配，生成相应的控制指令发送给各台从机，进而通过从机对电机进行控制；

所述从机包括传感器模块、单片机控制模块、电机驱动模块以及通信模块，其中：所述传感器模块安装于电机转轴上，其采用绝对型容栅角度传感器采集电机的转子位置角信息并将其转换为数字信号的形式，该数字信号经过解码和滤波被转换为可识别的绝对位置信息，交由单片机控制模块进行反馈控制；所述通信模块用于从机与主机之间的通信；所述电机驱动模块用于驱动电机运行，其输入侧接直流电压，输出侧与电机的三相定子绕组连接；所述单片机控制模块用于采集传感器模块输出的数字信号并对其进行解调还原得到转子位置角，进而对转子位置角进行拟合得到电机的速度和加速度，同时通过通信模块获取电机的控制指令，并根据电机的转子位置角、速度、加速度以及控制指令通过PID(比例-积分-微分)控制生成三相开关控制信号用以对电机驱动模块中的功率开关器件进行控制，此外单片机控制模块还将收集到的电机状态信息通过通信模块反馈给主机。

进一步地，所述主机生成的控制指令包含到达指定位置的角度指令值以及以指定转速运行的速度指令值。

进一步地，所述主机包括单片机内核、通信模块以及供电模块；其中，所述供电模块用于为整个主机供电；所述单片机内核用于接收外部信号并对这些信号进行处理调配，生成相应的控制指令，进而通过通信模块发送给各台从机。

进一步地，所述主机和从机中的通信模块均采用LIN总线进行通信，LIN总线具有低成本，并且用极少的信号线即可实现国际标准ISO9141规定，可以满足主从的需要，本发明采用LIN总线结构可以有效的利用资源，降低成本。

进一步地，所述主机通过给各台从机分配地址从而实现多机通信，即主机向从机发送控制指令时在数据帧中加入从机的目标地址，只有当从机发现该目标地址与自己的地址相匹配情况下才会执行对应的控制指令；同时当主机需要获取电机的状态信息时，先向该电机对应的从机发送请求，从机收到请求后再向主机反馈相应的电机状态信息。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明采用绝对型容栅角度传感器来检测电机转子的物理位置，并且结合高性能的单片机计算处理，实现对于电机的控制；容栅传感器结构简单，能够实现跨越360度的角度控制以及从静止开始的转速控制范围，并且断电重启后仍可识别当前绝对角度位置，功耗很低可长时间待机，能够使电机控制达到较高的精度，成本较低，对使用环境的要求也较小。

(2)本发明构建了主从机之间的通信网络，用户通过在上层设置几个运动参数，无需了解具体的控制原理，就能方便直观地对多个电机进行控制，且同时能够获得角度传感器及电机的反馈数据，用户利用这些反馈数据可以进行上层的全局控制，由此制成的电机控制模块，能够让用户可以专注于总体的控制，而不必操心具体每一个电机的使用。

(3)本发明综合了舵机的控制特点和步进电机的应用领域，覆盖了小型机械结构常用的运动需求，利用单片机芯片对带有容栅传感器的无刷电机进行控制，应用广且使用方便，具有广泛的适用场景，可以用于机械臂、云台、3D打印等需要角度控制和转速控制的场合。

附图说明

图1为本发明电机控制系统的结构示意图。

图2为从机的控制结构框图。

图3为主从机间通信过程中数据帧的结构示意图。

图4为从机接收的状态机示意图。

图5为主机的控制流程示意图。