M占空比增减量输出，PID调节电机转速，从而达到迅速调整电机转速稳定工作在目标转速值范围内的目的。FPGA系统内部进程工作在并行的状态下，各子进程相互独立，FPGA内部功能模块框架如图1所示。
[0031]用于检测电机转速的光栅码盘安装于分钞机构的分离轴上，也就相当于码盘转速等同分钞转速，系统对于钞箱分钞转速要求可调节的范围为:5-11张/s，计算如下:
光栅码盘总共有72个镂空栅格，每个栅格停留时间，包括遮挡部分和不遮挡部分，t=l/x*72其中，X表示分钞转速。
[0032]目标分钞转速周期值计算如下(典型值):
1.4张/8----------1/1.39*72=1/100 (s) I 个栅格周期 T=l/100 (s)；
8 张/s-----------l/8*72=l/576(s)l 个栅格周期 T=l/576 (s)；
10 张 /s-----------1/10*72=1/720 (s) I 个栅格周期 T=l/720 (s)；
目标分钞转速计数值(典型值):
以IM时钟采样频率来计算光栅码盘每个栅格(包括遮挡和不遮挡部分)计数值:
1.4 张 /s----------------1 个栅格时钟计数值 CNT_T=1M/100 ~ 9980 (pps);
8 张 /s------------------1 个栅格时钟计数值 CNT_T=lM/576 ^ 1736 (pps);
10 张 /s-----------------1 个栅格时钟计数值 CNT_T=lM/720 ^ 1388 (pps);
另外为了达到减少电机启动瞬间的PWM调制的振荡幅度，根据实际的调试效果，初始占空比设定模块设定设定每种转速初始PWM占空比常量值VAR_C。
[0033]PWM占空比增减量设定模块:根据转速的偏差值Q (Q=测量值-目标值)，组建成多档位输出的PWM调制增减量多路选择器，档位细分越多，Q值越小，那么控制的转速越接近于目标值。
[0034]ATM循环机芯的分钞机构机械原理图如图3所示，
分钞轮3:通过摩擦钞票进、出钞箱的动力机构组件。
[0035]分离轮.4用于多张钞的分离结构组件，只容许I张钞票进入机构内的通道。
[0036]舌片6用于钞票进入钞箱堆叠的拍打组件；
72栅格光栅码盘1:固定在分离轴上，缺角和橡胶或舌片形成固定相位差，配合槽型红外槽传感器2检测分离轴的旋转对位情况；红外槽传感器2是光电传感器的一种。
[0037]橡胶5主要是摩擦钞票用。
[0038]这里分离轴3和分钞轴4共用分钞电机I个动力，并产生联动。
[0039]钞票从上部通道进入钞箱前准备动作:分离轴以低速1.4张/s，因为高速会过冲，采用低速转动I个无固定角度，舌片刚好隐藏，此时不影响第I张钞票顺利进入，舌片隐藏动作通过72栅格光栅码盘I来实现，然后电机以10张/s转速进入正式接钞阶段；
钞票从钞箱出来进入上部通道前准备动作:分钞轴以低速1.4张/s转动I个无固定角度，橡胶刚好正对钞箱内部当前钞票，这样便于有效分钞，橡胶对位动作通过翼轮光栅检测来实现，然后电机以8张/s转速进入正式的出钞阶段。
[0040]速度采集，PWM脉宽调制状态机处理流程如图4所示:
设定电机以正常转速(8张/s或10张/s)来实现2个前准备动作，会存在栅格光栅码盘对位有过冲现象，即使H桥直流电机驱动器使能刹车(快速停止)功能，实际调试发现过冲角度还是达到40°C以上，由于橡胶对位转动负载相对舌片隐藏转动负载要轻，所以橡胶对位过冲角度更大，这种情况就会导致前准备动作初始化失败。
[0041]为了避免过冲，降低电机转速，发现转速降到1.4张/s舌片隐藏动作转动一个小角度就停止，这时栅格光栅码盘的检测还没到位，检测分析造成这种现象的原因是转动负载瞬间增大导致电机堵转，这时FPGA内部用来实现“速度采集，PWM脉宽调制状态机”的功能模块由于检测不到光栅的边沿跳变，一直处在边沿检测状态，无法跳转到脉宽调制状态。
[0042]为了解决以上直流电机低速低占空比而导致的低功率输出的问题，“速度采集，脉宽调制状态机”处理方式可借鉴软件容错性处理思维，分别在2个等待状态stl和st2中加入延时处理手段，处理流程修改如图5所示。
[0043]在2个边沿检测等待状态等待时间超过5ms，立即转入st3状态输出最大脉宽调制的增量值，经过实际的调试验证，FPGA代码实现以上处理流程和处理算法完全可行，实际的调试效果(实现舌片隐藏和橡胶对位动作)也完全满足要求，经过检测，以上2个动作过程完全是通过超时处理方式完成，所以说，1.4张/s速度概念在这种情况下已经失去了转速的意义，对于分钞的2个重要恒定转速如8张/s和10张/s的控制，这种实时反馈+超时处理方式经过实际大批量测试验证，即使是转动负载变化量大的情况下，速度输出也很稳定可靠，接下来完善优化工作是根据实际的负载情况调整Q值区间增减量的等级输出如下图6所示，以及调整或者细化超时的参数值，以求达到PWM调制更及时，实际速度更接近目标速度，所以说，这是一种低成本，简单，可靠，实用性更强的控制方式。
【主权项】
1.一种ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制系统，包括PWM发生器，所述的PWM发生器产生PWM信号输入到H桥直流电机驱动器对电机进行驱动，其特征在于: 还包括控制所述的PWM发生器产生的PWM的占空比的占空比控制器； 所述的占空比控制器包括实时检测电机转速的电机转速传感器、目标转速设定模块、PWM占空比增减量设定模块、初始占空比设定模块，实时PWM占空比设定模块； 所述的PWM占空比增减量设定模块中按顺序存储有所有的PWM发生器的PWM占空比的选项； 所述的初始占空比设定模块设定所述的PWM发生器所产生的PWM信号的初始占空比； 所述的电机转速传感器测量电机的实时转速； 所述的目标转速设定模块设置电机的目标转速； 所述的实时占空比设定模块通过比较实时转速与目标转速，若实时转速小于目标转速，则从所述的PWM占空比增减量设定模块选择较小的PWM占空比选项；否则从所述的PWM占空比增减量设定模块中选择较大的PWM占空比选项。2.根据权利要求1所述的ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制系统，其特征在于:所述的电机转速传感器包括红外槽型传感器和栅格光栅码盘；所述的栅格光栅码盘与所述的电机输出轴同步转动，为72栅格光栅码盘，所述的红外槽型传感器输出是光栅码盘每个栅格所经历的时钟数。3.根据权利要求1所述的ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制系统，其特征在于:所述的电机为空心杯直流无刷电机。4.一种ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制方法，利用加入到电机H桥直流电机驱动器的PWM信号的占空比来实现对电机的控制，电机带动ATM循环机芯钞箱的分钞轮和分离轮旋转，在分钞轮上设置橡胶作为摩擦部摩擦钞票带动钞票进箱和出箱，与分离轮同轴舌片对进入到钞箱堆叠的钞票进行拍打，使进入到钞箱的钞票摆放整齐；其特征在于:利用固定在分离轴上的72栅格光栅码盘，配合槽型光电传感器检测分离轴的旋转对位情况，所述的72栅格光栅码盘I的缺角和橡胶或舌片形成固定相位差，控制过程包括以下步骤: 当钞票从上部通道进入钞箱时，控制电机带动分离轴以低速转动I个无固定角度，使舌片刚好隐藏；然后电机以正常转速进入正式接钞阶段； 当钞票从钞箱出来进入上部通道时，控制电机带动分钞轴以低速转动I个无固定角度，使橡胶刚好正对钞箱内部当前钞票；然后电机以正常转速进入正式的出钞阶段。5.根据权利要求4所述的ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制方法，其特征在于:所述的舌片刚好隐藏、橡胶刚好正对钞箱内部当前钞票的动作通过72栅格光栅码盘检测来实现。6.根据权利要求4所述的ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制方法，其特征在于:对电机低转速或者正常转速的控制是通过改变PWM信号的占空比使电机转速趋于稳定的，包括以下步骤: 步骤A、设定一个初始的占空比的PWM信号，输入到H桥直流电机驱动器对电机进行驱动； 步骤B、检测电机的实时转速； 步骤C、比较电机的实时转速与目标转速，如果实时转速大于目标转速，则按照预定的步伐减小PWM信号的占空比，转向步骤B，如果实时转速小于目标转速，则按照预定的步伐增加PWM信号的占空比，转向步骤B。7.根据权利要求6所述的ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制方法，其特征在于: 所述的步骤B中检测电机实时转速是通过槽型光电传感器检测翼轮光栅，对光栅栅格进行计数来表示的，利用计算两个光栅的上升沿之间的采样时钟个数来表示电机转速的。8.根据权利要求7所述的ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制方法，其特征在于:在检测光栅的上升沿时，若超过设定时间，还未检测到光栅的上升沿，则结束本次检测，设定一个低速值为本次检测的电机实时转速。9.根据权利要求6所述的ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制方法，其特征在于:控制电机带动分离轴以低速转动I个无固定角度时的转速为走钞速度是1.4张钞票时的电机转速，电机以正常转速进入正式接钞阶段的走钞速度为每秒8张钞票时的电机转速；电机以正常转速进入正式的出钞阶段的走钞速度为每秒10张钞票时的电机转速。
【专利摘要】本发明提供了一种ATM循环机芯钞箱分钞机构的电机控制系统及控制方法，它是一种控制作为ATM循环机芯钞箱分钞机构电机的空心杯电机的控制系统，根据检测到的电机转速，判断与期望的转速的差距，如果实际转速大于期望转速，则通过减少FPGA芯片产生的控制电机工作的PWM信号的占空比的方式对电机减速，如果实际转速小于期望转速，则通过增加FPGA芯片产生的控制电机工作的PWM信号的占空比的方式对电机增速。本发明中利用一个电机转速传感器实时测量电机的转速，通过与目标速度比较，对PWM信号的占空比进行设定，可以很快使电机的转速达到目标转速。
【IPC分类】H02P6/08, H02P6/06
【公开号】CN104935220
【申请号】CN201510386340
【发明人】夏超, 谢展新, 黄智勇
【申请人】新达通科技股份有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月30日