一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统及方法与流程

文档序号:11840890阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统,其特征是,包括主控模块(1)、伺服驱动器模块(2);所述主控模块(1),包括左极限传感器(Uc1)、原点传感器(Uc4)、右极限传感器(Uc7),与左极限传感器(Uc1)共同构成左极限传感器输入接口电路(3)的电阻(Rc1)、整流器(Uc2)、电阻(Rc2)、电容(Cc1)、光电耦合器(Uc3)、电阻(Rc3),与原点传感器(Uc4)共同构成原点传感器输入接口电路(4)的电阻(Rc4)、整流器(Uc5)、电阻(Rc5)、电容(Cc2)、光电耦合器(Uc6)、电阻(Rc6),与右极限传感器(Uc7)共同构成右极限传感器输入接口电路(5)的电阻(Rc7)、整流器(Uc8)、电阻(Rc8)、电容(Cc3)、光电耦合器(Uc9)、电阻(Rc9);带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12),接带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出端的光电耦合器(Uc19)、光电耦合器(Uc22),与光电耦合器(Uc19)共同构成脉冲输出接口电路(6)的电阻(Rc10)、三极管(Q1)、电阻(Rc11),与光电耦合器(Uc22)共同构成方向输出接口电路(7)的电阻(Rc12)、三极管(Q2)、电阻(Rc13),与带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)相连接的触摸屏模块(Uc10)、按键或者按钮模块(Uc11);

所述伺服驱动器模块(2),包括由6个二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)、(D5)、(D6)组成的三相整流桥(8),由绝缘栅双极型晶体管(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)、(T6)组成的三相桥逆变电路(9),伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15),与伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)相连接的光耦隔离电路(U8)、操作键盘(U9)、脉冲/方向输入接口电路(U13),与光耦隔离电路(U8)相连接的继电器(U4)、母线电压检测电路(U5)、IGBT驱动电路(U7),电机本体(U1),与电机本体(U1)和三相桥逆变电路(9)连接的两个霍尔传感器(U2)、(U3),与母线电压检测电路(U5)、输入电路连接的分压电阻(R4)。

2.根据权利要求1所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统,其特征是,所述左极限传感器输入接口电路(3)中,当电机本体(U1)旋转到左极限位置时,左极限传感器(Uc1)响应,左极限传感器输入接口电路(3)输出左极限信号,该左极限信号通过光电耦合器(Uc3)进行隔离之后,输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12);

所述原点传感器输入接口电路(4)中,当电机本体(U1)旋转到原点位置时,原点传感器(Uc4)响应,原点传感器输入接口电路(4)输出原点信号,该原点信号通过光电耦合器(Uc6)进行隔离之后,输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12);

所述右极限传感器输入接口电路(5)中,当电机本体(U1)旋转到右极限位置时,右极限传感器(Uc7)响应,右极限传感器输入接口电路(5)输出右极限信号,该右极限信号通过光电耦合器(Uc9)把该右极限信号进行隔离之后,输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)。

3.根据权利要求1所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统,其特征是,所述母线电压检测电路(U5)的输入端接分压电阻(R4);经分压电阻(R4)分压后的直流电压经过母线电压检测电路(U5),得到具有更高驱动能力的直流电压信号,然后该信号通过光耦隔离电路(U8)输出至伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15),伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)进行A/D采集,得到直流母线电压的电压值,从而确定伺服驱动器模块(2)的直流供电电压。

4.一种适用于权利要求1所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统的控制方法,其特征是,包括如下步骤:

用户通过按键或者按钮模块(Uc11)向带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)设定电机本体(U1)的运行参数:电机本体(U1)转动的圈数、电机本体(U1)的转动速度、电机本体(U1)的方向信号;

当电机本体(U1)旋转到左极限位置时,左极限传感器(Uc1)响应,左极限传感器输入接口电路(3)输出左极限信号,该左极限信号通过光电耦合器(Uc3)进行隔离之后,输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12);

当电机本体(U1)旋转到原点位置时,原点传感器(Uc4)响应,原点传感器输入接口电路(4)输出原点信号,该原点信号通过光电耦合器(Uc6)进行隔离之后,输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12);

当电机本体(U1)旋转到右极限位置时,右极限传感器(Uc7)响应,右极限传感器输入接口电路(5)输出右极限信号,该右极限信号通过光电耦合器(Uc9)把该右极限信号进行隔离之后,输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12);

然后带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)结合上述的电机本体(U1)的运行参数、左极限信号、原点信号以及右极限信号,分别通过脉冲输出接口电路(6)向外输出“电机脉冲信号”、通过方向输出接口电路(7)向外输出“电机方向信号”;

脉冲输出接口电路(6)通过光电耦合器(Uc19)把带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机脉冲信号”进行隔离,得到更稳定纯净的“电机脉冲信号”,该信号再经过三极管(Q1)进行放大之后,直接送给伺服驱动器模块(2);带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机脉冲信号”中的脉冲数量可以控制电机本体(U1)转动的圈数,“电机脉冲信号”中的脉冲频率可以控制电机本体(U1)的转动速度;

方向输出接口电路(7)通过光电耦合器(Uc22)把带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机方向信号”进行隔离,得到更稳定纯净的“电机方向信号”,该信号再经过三极管(Q2)进行放大之后,直接送给伺服驱动器模块(2);带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机方向信号”中的高电平信号可以控制电机本体(U1)正向转动,“电机方向信号”中的低电平信号可以控制电机本体(U1)反向转动;

“电机脉冲信号”与“电机方向信号”输入伺服驱动器模块(2),具体的说,是输入伺服驱动器模块(2)中的脉冲/方向输入接口电路(U13);

三相或者单相交流电由伺服驱动器模块(2)的电源输入端口输入,经过三相整流桥(8),输出脉动直流电,,系统开始工作;

脉动直流电接着由绝缘栅双极型晶体管(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)、(T6)组成的三相桥逆变电路(9)进行逆变,逆变成三相交流电给电机本体(U1)供电,电机本体(U1)开启;

伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)接收到来自主控模块(1)的“电机脉冲信号”与“电机方向信号”,伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)依据上述信号,采用空间矢量脉冲宽度调制技术(SVPWM),输出3组PWM波,这3组PWM波对应三相桥逆变电路(9)的三个桥壁,作为控制绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6的“IGBT控制信号”,该信号通过光耦隔离电路(U8)输送至IGBT驱动电路(U7);IGBT驱动电路(U7)依据“IGBT控制信号”,直接控制绝缘栅双极型晶体管(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)、(T6)导通或截止,调整为电机本体(U1)供电的三相交流电的U相、V相、W相的电压和电流,电机本体(U1)开始转动;

电机本体(U1)内部的反馈装置与伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)相连接,将包含电机当前的转速、旋转方向、目标输出转矩、位置信息的“电机反馈信号”输出至伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15);

伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)根据霍尔传感器(U2)、(U3)测得的U相、V相的电流,计算得出W相的电流,依据正比例系数,计算出电机本体(U1)当前的实际输出转矩,然后伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)比较目标转矩与实际输出转矩,利用PID算法调整3组PWM波的脉冲宽度,从而调节三相交流电的电流大小,进而将实际输出转矩调整至目标转矩;

伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)将“电机反馈信号”中的“电机当前的转速、旋转方向、位置信息”与“霍尔传感器(U2)、(U3)测得的U相、V相的电流”使用SVPWM算法比较,将经过PID算法调整过脉冲宽度的3组PWM波再次进行调整,从而调整三相桥逆变电路9的导通时间、关断时间以及开关顺序。

5.根据权利要求4所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统的控制方法,其特征是,所述带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机脉冲信号”中的脉冲数量指示电机本体(U1)转动的圈数,“电机脉冲信号”中的脉冲频率指示电机本体(U1)的转动速度;

所述带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机方向信号”中的高电平信号控制电机本体(U1)正向转动,“电机方向信号”中的低电平信号指示电机本体(U1)反向转动。

6.根据权利要求4所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统的控制方法,其特征是,所述带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机脉冲信号”中的脉冲数量控制电机本体(U1)转动的圈数,“电机脉冲信号”中的脉冲频率控制电机本体(U1)的转动速度;

所述带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机方向信号”中的高电平信号控制电机本体(U1)正向转动,“电机方向信号”中的低电平信号控制电机本体(U1)反向转动。

7.根据权利要求4所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统的控制方法,其特征是,所述“IGBT控制信号”为:伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)采用空间矢量脉冲宽度调制技术(SVPWM)与PID算法输出的3组PWM波,这3组PWM波对应三相桥逆变电路(9)的三个桥壁,直接控制绝缘栅双极型晶体管(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)、(T6)导通或截止,进而对给电机本体(U1)供电的三相交流电的U相、V相、W相的电压和电流进行控制。

8.根据权利要求4所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统的控制方法,其特征是,所述电机本体(U1)内部的反馈装置与伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)相连接,将包含电机当前的转速、旋转方向、目标输出转矩、位置信息的“电机反馈信号”输出至伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15);

伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)根据霍尔传感器(U2)、(U3)测得的U相、V相的电流,计算得出W相的电流,依据正比例系数,计算出电机本体(U1)当前的实际输出转矩,然后伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)比较目标转矩与实际输出转矩,利用PID算法调整上次输出的3组PWM波的脉冲宽度;

伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)将“电机反馈信号”中的“电机当前的转速、旋转方向、位置信息”与“霍尔传感器(U2)、(U3)测得的U相、V相的电流”使用SVPWM算法比较,将经过PID算法调整过脉冲宽度的3组PWM波再次进行调整,从而调整三相桥逆变电路9的导通时间、关断时间以及开关顺序。

9.根据权利要求1所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统,其特征是,所述主控模块(1)中,带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)还连接有:RS-232接口电路(Uc13)、JTAG接口电路(Uc14)、指示电路(Uc15)、RS-485接口电路(Uc16)、复位电路(Uc17)与晶振电路(Uc18);

所述伺服驱动器模块(2)中的伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)还连接有:D/A转换电路(U10)、通信接口电路(U11)、A/D转换电路(U12)、其它IO接口电路(U14)。

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