一种电机控制方法

一种电机控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种电机控制方法，特别是一种通过端口复制实现远程控制的电机控制方法。该方法的特点是：通过自定义的pLINK方式进行控制端口复制，将控制端口与控制器本体分离，实现远距离的下发控制指令和反馈执行数据及实时运行数据；pLINK层能够将所支持的不同协议根据使用者的应用场合进行替代或转换，进行信息编码与信息解码，通过驱动软件的升级可以实现更改或增加所支持的协议，且每个协议拥有单独的数据通道，保证通讯的实时性与效率。本发明能够大大简化电机控制器的安装、后期维护与接口防护，加快安装速度，减少接口数量和种类，降低采购成本，实现网络的集中和分布式控制，进行组网编组同步或异步运行，以及多个控制器信息共享。
【专利说明】一种电机控制方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电机控制方法，特别是一种通过pLINK端口复制方式将控制端口 和电机控制器本体分离，实现远程控制的电机控制方法。

【背景技术】
[0002] 无刷电动机是指无电刷和换向器的电动机，目前主要的应用是直流无刷电动机和 交流同步伺服电动机。性能优良的无刷电动机与电力电子技术、微电子技术、数字技术、控 制技术及材料科学紧密结合，将成为今后各类机器及设备的驱动来源。无刷电动机并不是 新事物，但近年随着大功率电子器件MOS，IGBT (Insulated Gate Bipolar Trans istor，绝 缘栅双极型晶体管）与驱动控制技术以及永磁材料的发展，无刷直流电机技术才有了新的 突破，重新异军突起，不断进入新的领域，应用更加广泛，甚至有望取代有刷电机、结构电机 和普通交流电机。
[0003] 无刷电机的应用越来越来广泛，所具有的功能越来越复杂，使用环境却也越来越 复杂。无刷电机控制器作为动力驱动设备，通常使用环境比较恶劣，处于各种油、水、粉尘、 金属碎屑环境中。而且随着使用场合越来越多，对控制器的控制功能要求也越来越多，相应 的控制接口数量也越来越多，多种接口暴露在恶劣的工作环境中，必须有高等级的防护才 能保证运行的可靠性。功能复杂导致接口复杂、安装装配繁琐、生产工艺复杂、接口器件技 术要求等级高、可靠性下降、使用寿命缩短等问题，不利于推广应用。
[0004] 目前在民用、工业和军事领域的无刷电机驱动系统都是由电机相线、角度传感器 线、电源线及种类繁多的控制线组成的架构，既要完成复杂的控制功能，又要求控制接口数 量少，在目前的控制器架构上是不可能实现的，减少控制接口必然要简化功能，新增功能又 要增加接口数量，这些都不利于推广应用。现有的架构也无法实现复杂的组网编组同步、异 步运行。
[0005] 控制接口成本居高不下，复杂的接口保护，专门的三防接线插头，各控制线繁多冗 长，装配繁琐复杂，成本高生产工时长，效率低。每个控制接口需要使用高防护等级的器件， 成本高。控制接口多达20多根电缆，为了连接正确，这些电缆都有防呆设计，每个接口各不 相同，不会有误接，错接可能。为了达到高等级的防护，这些接口大多需要满足防水、防油、 防尘、防压等要求，使得物料品种繁多，采购成本增加。


【发明内容】

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、简化设备安装、维护及接 口防护、降低成本、能够实现组网编组同步或异步运行的电机控制方法。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0008] 一种电机控制方法，包括以下步骤：
[0009] 第一步：在本地微处理器中进行本地虚拟端口初始化配置，在远程微处理器中进 行远程虚拟端口初始化配置，包括初始化虚拟端口数据结构、串口协议及接口，配置PLINK 替代协议，加载协议驱动模块，并开启pLINK中断事件监测模块；
[0010] 第二步：远程控制端接收使用者下达的对电机的控制指令；
[0011] 第三步：协议转换模块根据使用者的应用场合进行协议替代或转换；
[0012] 第四步：数据结构转换模块将所述控制指令转换为相应协议下的数据结构，并通 过该协议单独的数据通道进行数据传输；
[0013] 弟五步：本地虚拟纟而口接收控制指令，并转化为实际的电机控制命令；
[0014] 第六步：电机执行电机控制指令；
[0015] 第七步：本地虚拟端口获取电机的执行结果数据，并将执行结果数据封装为相应 传输协议下的数据结构；
[0016] 第八步：本地虚拟端口通过接收控制指令的数据通道上传执行结果数据；
[0017] 第九步：远程虚拟端口接收执行结果数据，并将执行结果数据封装为PLINK数据 结构后，反映到远程控制端的虚拟端口状态。
[0018] 微处理器为本地微处理器和远程微处理器，虚拟端口为通过pLINK方式映射出的 远程虚拟端口和本地虚拟端口，本地虚拟端口位于本地控制端，并在本地微处理器中完成 初始化配置，远程虚拟端口位于远程控制端，并在远程微处理器中完成初始化配置。远程虚 拟端口与本地虚拟端口功能相同。
[0019] pLINK中断事件监测模块检测到中断事件发生时，本地控制端立即关闭电机驱动， 实施紧急停车。
[0020] 在第二步中可以通过在远程控制端还原出实体的控制端口，人工对电机进行控 制；也可以通过可视化界面（即构建⑶I面板或者利用API函数或者实体控制面板）或者 通过直接读写寄存器对电机进行控制。
[0021] 协议转换模块支持MODBUS协议、CAN协议、802. 2协议和802. 11协议的替代或转 换。议转换模块通过升级驱动软件实现更改或增加所支持的协议。
[0022] 第四步中，在传输数据时为每个协议开辟单独的数据通道。
[0023] 在第九步中远程控制端接收执行结果数据的方式为由本地虚拟端口状态刷新模 块反馈给远程控制端，或者远程控制端通过运行API函数直接获得。
[0024] 本发明所述的根据使用者的应用场合，指根据使用者联网的方式来确定使用何种 协议与通道进行数据传输。
[0025] 本发明所述的pLINK是本发明定义的一种数据交互方式，通过软硬件的结合，在 其两端映射出相冋功能的端口，完成I吴拟控制的功能。
[0026] 作为优选，远程控制端通过可视化界面对电机进行控制，其优点在于，可以简化操 作员的控制操作，同时通过可视化界面可以实时清晰地了解到本地电机的运行状态。
[0027] 作为优选，pLINK中断事件监测模块设置于本地虚拟端口处，其优点在于，当中断 事件发生时，可以及时关闭电机驱动，实施紧急停车，防止电机失控。
[0028] 作为优选，驱动软件采用分布式组件化设计，其优点在于，具有良好的可扩展性， 可以通过升级驱动软件的方式实现更改或增加所支持的协议，扩大本发明的应用场合。
[0029] 作为优选，本地虚拟端口上传数据时采用"原路返回"的方式，其优点在于，简化装 置，节省数据传输的时间，提高效率。
[0030] 本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0031] 1、由于采用pLINK方式复制端口，将位于恶劣的电机工作环境中的端口复制到了 远程位置，从而极大地简化了电机控制器的安装，加快了安装速度，安装位置要求降低，甚 至可以安装到电机内部，后期维护也相对简单。
[0032] 2、由于将控制端口虚拟到了远程位置，接口防护工艺简化，无控制接口需要防护 处理，同时可以大大减少接口数量与种类，采购成本得以降低。
[0033] 3、由于基于pLINK的协议转换，可以无缝嵌入常见网络，实现网络的集中或分布 式控制，多个控制器能够组网编组同步、异步运行，同时能够实现各电机的运行状态汇报和 信息共享。
[0034] 4、由于基于数字化控制面板，具备了可视化组网集中控智能力。
[0035] 5、由于本发明是面向对象的应用程序设计，无需关心电机形态，直接把控制器当 做主机的一个外设，通过驱动程序访问，从而提高效率，简化操作。

【专利附图】

【附图说明】
[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0037] 图1为本发明实施例1的结构示意图。
[0038] 图2为本发明实施例2的结构示意图。
[0039] 图3为本发明pLINK数据传输流程示意图。
[0040] 图4为本发明虚拟端口初始化配置的流程示意图。
[0041] 图5为本发明pLINK在802. 11协议下的数据发送流程示意图。
[0042] 图6为本发明pLINK在802. 11协议下的数据接收流程示意图。

【具体实施方式】
[0043] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而 本发明并不局限于以下实施例。
[0044] 实施例1 :如图1所示，一种无刷电机的控制方法，主要是通过pLINK方式通过纯 数字的形式进行端口复制，映射出与实体控制端口功能相同的虚拟端口，实现将控制端口 与无刷电机控制器本体分离，远离充满各种油、水、粉尘、金属碎屑的恶劣工作环境，从而实 现简化设备安装、维护和接口防护，降低成本。如图3所示，具体步骤如下：
[0045] 第一步：在微处理器中进行虚拟端口初始化配置。微处理器为本地微处理器和远 程微处理器，虚拟端口为本地虚拟端口和远程虚拟端口，本地虚拟端口在本地微处理器中 完成初始化配置，远程虚拟端口在远程微处理器中完成初始化配置。如图4所示，包括初 始化虚拟控制器数据结构，确定虚拟接口类型；初始化串口协议及接口；配置pLINK替代协 议，并加载协议驱动模块；并开启pLINK中断事件监测模块。
[0046] 第二步：远程控制端的控制窗口接收使用者下达的针对无刷电机的控制指令。远 程控制端可以通过运行可视化界面对无刷电机进行控制，即通过构建面板或者利用 API函数或者通过实体的控制面板进行操作，也可以通过直接读写寄存器实现对无刷电机 进行控制。
[0047] 第三步：协议转换模块根据既定的规则进行协议替代或转换。虚拟端口驱动层 pLINK由驱动软件驱动，驱动软件设有数据结构转换模块和协议转换模块，具体地，协议转 换模块根据使用者的应用场合，即根据使用者的联网方式确定所需要的传输协议，并进行 协议替代或转换。目前，协议转换模块支持MODBUS协议、CAN协议、802. 2协议和802. 11协 议的替代或转换，议转换模块可以通过升级驱动软件来实现更改或增加所支持的协议。另 夕卜，本发明为每个协议开辟单独的数据通道，从而最大程度的满足无刷电机实时控制的需 求，减少包封开销，提高通讯的实时性与效率。
[0048] 第四步：数据结构转换模块将控制指令转换为相应传输协议下的数据结构，并进 行数据传输。数据转换模块的功能就是将下发的控制指令转换成适合所需协议环境下的数 据结构，或者将来自于各个传输协议的数据转换为PLINK数据结构，从而实现在应用层对 无刷电机进行控制，而无需考虑无刷电机形态。
[0049] 第五步：本地虚拟端口接收控制指令，并将其转化为实际的无刷电机控制命令。
[0050] 第六步：位于本地的无刷电机执行无刷电机控制指令。
[0051] 第七步：本地虚拟端口获取无刷电机的执行结果数据，并将执行结果数据封装为 相应的传输协议下的数据结构。
[0052] 第八步：本地虚拟端口将执行结果数据原路返回给远程控制端，即通过接收无刷 电机控制指令的传输通道将执行结果上传至远程控制端。
[0053] 第九步：远程虚拟端口接收执行结果数据，并将执行结果数据封装为pLINK数据 结构后，反映到远程控制端的控制窗口中的虚拟端口状态。远程控制端接收执行结果数据 的方式为由本地虚拟端口状态刷新模块反馈给远程控制端，或者远程控制端通过运行API 函数直接获得。
[0054] 本地虚拟端口状态刷新模块的数据刷新率在IOOkhz-L 5Mhz，端口控制响应时间 小于70uS，正常运行中，遇到pLINK中断事件发生时，如虚拟端口数据中断时，本地控制端 的控制器会立刻关闭无刷电机驱动，实施紧急停车，并在正反2个方向上以机械和电子驱 动方式锁死无刷电机转轴，以防止无刷电机失控。
[0055] 上述步骤的区分并没有严格限定作用，只要不偏移本发明的目的，凡依本发明专 利构思，对上述步骤进行非创造性地替换或删减均应当属于本发明的保护范围，如所述的 第三步和第四步可以进行调换，甚至同时进行。
[0056] pLINK (port-1 ink),为本发明定义的一种数据交互方式,通过软硬件的结合,在 其两端映射出功能相同的虚拟端口，完成模拟控制的功能。pLINK在物理层的传输介质有 电缆、无线电波、可见、不可见光等。使用数字化的手段，完成控制功能，使用虚拟端口技术， 使得设备在应用层可以被系统直接操作，而无需考虑数据链路和物理层。在无线物理层使 用的是802. 11架构，在串口物理层接口为一根可进行软件定义的8芯双层屏蔽电缆，可以 同时提供以太网+CAN+RS485自适应接口类型的传输。通过这样的设置，客户可以选择在设 备的远程控制端保留物理层自有的协议或标准接口和协议架构，如RS232, RS485, LIN，CAN， MODBUS，甚至USB，Bluetooth，ZIGBEE，WIFI等（需要不同的替代驱动协议）实现各种不同 平台主控实时、非实时的应用。
[0057] 如图5所示，为pLINK层在802. 11协议下的数据发送流程。协议转换模块根据具 体应用场合转换为802. 11传输协议，连接到工业无线局域网后完成服务器注册，数据结构 转换模块将控制指令封装为适合802. 11协议下的数据结构，并将数据进行传输，数据发送 完毕后将发送状态返回至PLINK层。比如一种厂房顶部的排气风扇的集中自动调速控制， 使用的是工业无线网络。贝U PLINK层会选择pLINK上的TCP映射，使用802. 11协议进行跟 排气风扇控制器的通信，从而完成对排气风扇的集中调速控制。
[0058] 图6为pLINK在802. 11协议下的数据接收流程。
[0059] 实施例2 :如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例在远程控 制端还原出实体的控制端口，进行进行人工控制，适合一对一或一对二的远程控制。其组成 如下：由虚拟端口模拟器中的微处理器引出实体的控制端口，输入是PLINK电缆或无线网 络模块。由于远端的实体端口可以远离无刷电机控制器，因此可以置于无须高等级防护的 地方，可以使用普通非三防的接插件。
[0060] 运行于微处理器中的虚拟端口驱动替代了实体的控制端口，并在微处理器内存中 复制出虚拟的控制端口。同时，运行在微处理器内的驱动程序通过控制器端口控制API函 数建立起与虚拟端口的映射关系，即获得了来自于使用者的控制命令，这些控制无刷电机 运行的命令原本是通过改变实体的控制器控制端口状态来实现的，而现在是在位于使用者 的远程控制端的实体控制端，将控制命令数字化后通过传输介质（物理层，电缆，无线电波 等）传输到无刷电机控制器，经虚拟端口驱动层还原重构出来的，进行无刷电机控制。
[0061] 虚拟端口驱动层pLINK是负责通讯协议替代转换与虚拟口控制端口的软件程序， 其可将所支持的不同协议按既定的规则进行替代或转换，进行信息编码（发送控制器状态 信息），信息解码（接收使用者的控制命令）。在此驱动层，将对串行链路，MODBUS，CAN及 TCP/IP等常见协议进行识别，转换。比如，当前应用是一个重卡空调压缩机的变频调速的应 用，那么来源于车辆控制台的控制数据是通过车载CAN网络来传输的，底层硬件物理层识 别出当前pLINK位于CAN网络中，自主选择pLINK-CAN的通道和协议，将重卡的J1989标准 的CAN数据流转化pLINK映射，并反映到虚拟端口状态中，供控制器微处理器使用。
[0062] 位于虚拟端口驱动层pLINK之下的是硬件相关的物理层。本层是采用模块形式， 不同的协议分不同的硬件模块。目前支持的协议可以分为串行链路模块，MOSBUS串行链路 (RS232, RS485)，CAN模块，以太网模块，无线网络模块（802. llb/p)。根据不同应用场合可 以进行选择，在安装多种模块的情况下，PLNIK层会自动进行网络识别并选择相应的电缆替 代协议和数据输入输出通道。
[0063] 远程虚拟端口数据传输流程。远程控制端在应用层界面发出面向控制器对象的 控制指令，应用层将控制指令翻译成虚拟端口控制参数，并将控制参数传递至pLINK层， pLINK将控制参数按设定的传输介质特性封装成数据帧，发送到对应的硬件端口。比如，当 前应用是一个重卡空调压缩机的变频调速的应用，PLINK将从应用层传递下来的虚拟端口 控制参数按重卡使用的J1939标准打包封装，发送至主控设备的CAN端口，启动pLINK-CAN 的映射传输。
[0064] pLINK数据到达控制器端，经pLINK电缆替代协议层，CAN链路LLC层，从在CAN上 的pLINK端口取得J1939标准的原始数据，原始数据由虚拟端口驱动层pLINK返回给虚拟 端口控制API，API再传递给无刷电机控制模块完成无刷电机调速控制。无刷电机状态由原 路返回，经pLINK电缆传输从CAN映射端口返回至主控设备的pLINK层，解包解析后还原成 控制器端口状态数据，再由应用层的虚拟端口状态刷新模块回调给远程控制端，或远程控 制端通过运行API直接获得。
[0065] 在无刷电机应用领域支持的协议，如程序自动化CAN，RS485, MODBUS ;工业控制系 统 CAN，802. 2,802. 11WLAN，无线短距网 WPAN ;智能建筑M0DBUS，802. 2,802. 11 ;输配电通讯 协定MODBUS ;智能电表M0DBUS，车载通信CAN，802. Ilp均可通过pLINK的映射方式支持，除 以太/无线局域网物理层需驱动模块外，其他均可以由板载原生接口完成。
[0066] 其中MODBUS事实上支持串行链路，CAN，以太网及无线网络，但本发明在pLINK驱 动层并没有将所以协议全部映射到以MODBUS方便传输，而是单独为每个协议开辟单独的 数据通道，以最大程度的满足无刷电机现在实时控制的需求，以减少包封开销，提高通讯的 实时性与效率。
[0067] 综上所述，本发明可以通过端口复制实现网络的集中/分布式控制，多个控制器 可以组网编组同步，异步运行，从而实现各无刷电机运行状态汇报和信息共享。本发明极大 的方便无刷电机控制器安装，由于没有了繁多的控制电缆，安装速度加快，同时安装位置要 求降低，甚至可以安装到无刷电机内部，后期维护也相对简单。本发明能够简化防护工艺， 无控制接口需要防护处理。同时，由于大大减少接口数量与种类，采购成本得以降低，生产 简化，备料数量、品种较少，资金占有量减少，有利于的大批量多品种多功能的控制器备料。 [0068] 另外，本发明对于无刷电机控制器的生产有了极大的改善。控制器控制端口是使 用众多的电缆从主控板经过壳体防水孔引出，在生产中控制电缆安装需要2到3个工位， 使用专用夹具整形，插件，过波峰焊后，还需要进一步的补焊，目检歪线，错线，漏线，目检线 色，线号，线的外观质量，速度慢，生产效率低。本发明取消了控制电缆，最多也只有一根 pLINK线。大大方便生产，而且可以在生产线上直接使用电脑，组网测试，使用映射到电脑上 的虚拟端口自动做全功能快速测试，比原来手工接插测试时间缩短40%以上，测试效率大 大提高。由于没有了众多的接插件，控制器本身的可靠性也大大提高。
[0069] 下面是pi ink封包和解包过程的代码：
[0070]

【权利要求】
1. 一种电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 第一步：在本地微处理器中进行本地虚拟端口初始化配置，在远程微处理器中进行远 程虚拟端口初始化配置，包括初始化虚拟端口数据结构、串口协议及接口，配置pLINK替代 协议，加载协议驱动模块，并开启pLINK中断事件监测模块； 第二步：远程控制端接收使用者下达的对电机的控制指令； 第三步：协议转换模块根据使用者的应用场合进行协议替代或转换； 第四步：数据结构转换模块将所述控制指令转换为相应协议下的数据结构，并进行数 据传输； 第五步：所述的本地虚拟端口接收所述的控制指令，并转化为实际的电机控制命令； 第六步：电机执行所述的电机控制指令； 第七步：所述的本地虚拟端口获取所述的电机的执行结果数据，并将所述执行结果数 据封装为相应传输协议下的数据结构； 第八步：所述的本地虚拟端口通过接收所述控制指令的数据通道上传所述执行结果数 据； 第九步：所述远程虚拟端口接收所述执行结果数据，并将所述执行结果数据封装为 pLINK数据结构后，反映到远程控制端的虚拟端口状态。
2. 根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的虚拟端口为通过pLINK 方式映射出的远程虚拟端口和本地虚拟端口，所述的本地虚拟端口位于本地控制端，所述 的远程虚拟端口位于远程控制端，所述的远程虚拟端口与本地虚拟端口功能相同。
3. 根据权利要求1或2所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的pLINK中断事件 监测模块检测到中断事件发生时，所述的本地控制端立即关闭电机驱动，实施紧急停车。
4. 根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的第二步通过在远程控 制端还原出实体的控制端口，人工对所述电机进行控制。
5. 根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的第二步通过运行可视 化界面对电机进行控制或者通过直接读写寄存器对电机进行控制。
6. 根据权利要求5所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的可视化界面为构建GUI 面板或者利用API函数或者通过实体的控制面板进行操作。
7. 根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的协议转换模块支持 MODBUS协议、CAN协议、802. 2协议和802. 11协议的替代或转换。
8. 根据权利要求1或7所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的议转换模块通过 升级驱动软件实现更改或增加所支持的协议。
9. 根据权利要求1或7所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的第四步在传输数 据时为所述的每个协议开辟单独的数据通道。
10. 根据权利要求1所述的一种电机控制方法，其特征是：所述的第九步中所述远程控 制端接收所述执行结果数据的方式为由本地虚拟端口状态刷新模块反馈给所述远程控制 端，或者所述远程控制端通过运行API函数直接获得。
【文档编号】G05B19/042GK104360617SQ201410631747
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】陈琪, 袁炯, 黄舟 申请人:杭州宇扬科技股份有限公司