[发明专利]一种采用无刷直流电机的智能执行器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种采用无刷直流电机的智能执行器及其控制方法，智能执行器包括驱动控制板，无刷直流电机，机械传动机构，特征为：驱动控制板安装在无刷直流电机上，中央处理电路具有信号输入端口接收以PWM形式发送的输入信号，设有处理模块，获取PWM信号，提取其频率和占空比信息并据此确定对电机的控制信息。上位机向中央处理电路发送PWM信号，中央处理电路获取PWM信号的频率和占空比，转换为电机的控制信息；中央处理电路将电机的位置信号转换成PWM信号，上位机据此获取电机位置，作为电机控制参数。本发明既简化了控制板上的电路布置，又减小了控制板的体积，使得控制板能方便地与电机安装到一起，可以方便地实现电机的控制。

技术领域

本发明涉及一种电动执行器，具体涉及一种采用无刷直流电机的智能执行器。

背景技术

执行器是自动控制系统中执行机构和调节机构的组合体。电动执行器以电能为动力，通常包括电机，通过接收标准信号，由电机及传动机构转换成相对应的直线位移、转动角等来自动改变操作变量，达到对参数的控制。随着技术的发展，带有微处理器的智能执行器已经成为目前电动执行器的主流产品。

由于交流电机的启动性和调速性能较差，无刷直流电机成为智能执行器的首选。例如，中国实用新型专利CN206377327U公开了一种采用直流无刷电机控制的带有通讯功能的智能型执行器，通过设置无刷直流驱动电路、信号采集电路、信号输出电路、中央处理电路和拨码电路实现电机控制；无刷直流电机与无刷直流电机驱动电路连接，机械传动机构与无刷直流电机相连接构成执行器装置；与中央处理电路相连接，设有NFC近场通讯模块、RS485接口电路、蓝牙模块，进行通讯。上述结构能够实现智能型执行器的控制和执行操作，但是，其中通过设置NFC近场通讯模块、RS485接口电路、蓝牙模块等模块进行通讯，一方面增加了结构复杂度和产品体积，另一方面，这些通讯模块对工作环境有一定要求，在工业化环境中工作时容易受到干扰。即使将通讯模块更换为LIN或CAN总线通信模块，存在着需要设置接口模块，不同厂商的智能执行器之间通信协议存在差异，尤其是其中的具体参数定义不同等问题。因此，当需要应用于使用多个智能执行器的工作场合，或者需要更换不同厂商的智能执行器时，上位控制系统需要进行较大的改变，这就增大了研发工作量。

如果可以在不需要外加通讯接口的前提下实现智能执行器的控制，对于减小智能执行器的体积，简化应用设计过程有着重要意义。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种采用无刷直流电机的智能执行器，在不使用外加通信接口的前提下，实现智能执行器的控制；本发明的另一发明目的是提供一种采用无刷直流电机的智能执行器的控制方法。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种采用无刷直流电机的智能执行器，包括由供电电路、无刷直流驱动电路、信号采集电路、信号输出电路和中央处理电路构成的驱动控制板，无刷直流电机，机械传动机构，所述无刷直流驱动电路连接所述无刷直流电机，所述无刷直流电机连接所述机械传动机构，所述驱动控制板安装在所述无刷直流电机上，所述中央处理电路具有信号输入端口，所述信号输入端口接收以PWM形式发送的输入信号，所述中央处理电路中设有处理模块，所述处理模块获取所述PWM信号，提取其频率和占空比信息并据此确定对电机的控制信息。

上文中，采用了PWM信号进行信息的交互，PWM即脉冲宽度调制，现有技术中是作为一种模拟控制方式，即利用采样控制理论，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，因此通过调整占空比实现惯性环节的控制。通常认为，PWM不适合用于无刷直流电机的控制。本发明中，创造性地将PWM从模拟控制方式变为信号控制，对PWM信号的频率和占空比加以利用，分别代表不同的信号，用于表达电机的控制指令和位置反馈信息。由于PWM信号不需要使用专门的通信接口，因此，采用本发明方案的智能执行器，不需要增加通信接口，简化了结构及空间占用，可以方便地将控制板和电机安装在一起。