瞬时高能驱动的直流伺服控制装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，包含电机驱动及磁旋转角度传感部分、控制所述电机驱动及磁旋转角度传感的控制电路部分、以及为所述电机驱动及磁旋转角度传感部分和控制电路部分供电的电源管理及调理电路部分。所述装置的电机伺服方式为磁旋转角度传感，控制部分通过提取磁旋转角度传感器的信息可为用户提供高精度的电机控制。电源管理及调理电路部分可满足电机极限使用方式，为电机提供瞬时大电压，以满足用户的特殊需求，这种系统可填补市场空白，具有较广阔的应用前景。
【专利说明】瞬时高能驱动的直流伺服控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，以满足用户对电机的特殊需求，属于自动化领域。
【背景技术】
[0002]测量角位移的数字编码器，具有分辨能力强、测量精度高和工作可靠等优点，是测量轴转角位置的一种最常用的位移传感器。电机码盘大多为光学编码器和接触式编码器。与传统的编码器相比，将磁旋转角度传感器作为码盘具有低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点。在特殊应用场合要求电机能够超负荷运载，瞬时输出较大扭矩，而且保证电机不会过热损毁。目前市场上大多数电机驱动器都不包含此项功能，限制了电机的使用范围。结合磁旋转角度传感装置及瞬时高能驱动装置而成的系统可为用户提供高精度闭环控制的同时为用户提供电机特殊使用要求，这种系统可填补市场空白，具有较广阔的应用前景。
【发明内容】
[0003](一 )要解决的技术问题
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种可为用户提供高分辨率和快速转换的闭环伺服控制并且可对电机扭矩极限操作的，保证电机不会过热损毁的包含瞬时高能驱动的直流伺服控制系统。
[0005]( 二 )技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0007]、一种瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，其特征在于，包括电源管理及调理部分、控制电路部分、电机驱动及磁旋转角度传感部分；
[0008]所述电源管理及调理部分包括直流电源、单端初级电压变换器电路，所述直流电源连接单端初级电压变换器电路；
[0009]所述电机驱动及磁旋转角度传感部分包括电机驱动器和磁旋转角度传感器；
[0010]所述控制电路部分包括微控器、电流检测器；
[0011]所述电机驱动器受所述微控器控制对直流电机进行PWM调速，所述磁旋转角度传感器检测直流电机磁场角度变化并传输信号给所述微控器，所述电流检测器检测直流电机的电流并传输信号给所述微控器。
[0012]其中，所述控制电路部分还包括输入输出显示器，所述微控器控制所述输入输出
显示器。
[0013]其中，所述电源管理及调理部分还包括线性稳压器，所述线性稳压器给所述输入输出显不器和磁旋转角度传感器供电。
[0014]其中，所述电机驱动器包括包括控制信号缓冲器和电机全桥驱动器，所述微控器通过控制信号缓冲器给定所述电机全桥驱动器控制信号。
[0015]其中，所述单端初级电感变换器电路中还包括电压反馈网电路，所述电压反馈网电路由所述微控器控制。
[0016]其中，所述电流检测器包括小信号放大器和比较器，所述小信号放大器放大采集信号，当电流超过阈值时，所述比较器输出高电平至所述微控器。
[0017](三)有益效果
[0018]本发明相比较于现有技术，具有如下有益效果:本发明可广泛应用于机器人、教育、工业等多种领域，为用户提供高精度电机控制的同时，可改变电机驱动器输出电压，并在极限模式下提供瞬时大电压以满足用户的特殊需求，这种装置可填补市场空白，具有较广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置的系统结构图；
[0020]图2是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置中的SEPIC电路的电路图；
[0021]图3是图2中SEPIC电路的电压反馈网电路的电路图；
[0022]图4是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置的电机驱动器的电路图；
[0023]图5是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置的电流检测器电路的电路图；
[0024]图6是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置的磁旋转角度传感器的电路图；
[0025]图7是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置的微控器的资源分配图；
[0026]图8是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置的程序控制的流程图；
[0027]图9是本发明瞬时高能驱动的直流伺服控制装置的外观示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0029]如图1所示，本系统是专门为用户提供精密电机控制及瞬时高能功率输出的集成装置。整个系统由电源管理及调理部分Ml、控制电路部分M2和电机驱动及磁旋转角度传感部分M3共三部分组成。
[0030]电源管理及调理部分Ml包括直流电源USEPIC电路2 (即单端初级电压变换器电路)和线性稳压器3组成。直流电源I与线性稳压器3连接，另一输出端与SEPIC电路2连接，线性稳压器3为系统小功率器件提供纹波较小的电源。
[0031 ] 控制电路部分M2包括微控器5 (微控器即MCU)、电流检测器6、输入输出显示器4。输入输出显示器4中的液晶显示器采用目前常用的TFT显示屏，具有人机交互界面，可调节亮度；显示屏显示直流电机7的转速、维对位置。微控器5采用优化后的高效控制程序。微控器5负责控制输入输出显示器4、电机驱动器9、磁旋转角度传感器8、电流检测器6和SEPIC电路2的电压反馈网21，电流检测器6负责实时检测直流电机7的电流。
[0032]电机驱动及磁旋转角度传感部分M3包括电机驱动器9和磁旋转角度传感器8。电机驱动器9受微控器5的控制对直流电机7进行PWM调速。磁旋转角度传感器8装配在直流电机7的转轴上的永磁铁的磁场角度变化，向微控器5实时提供直流电机7的旋转信息。
[0033]电源管理及调理部分Ml为控制电路部分M2提供电源，控制电路部分M2中的微控器5控制SEPIC电路2里的电压反馈网21。如图2所示的SEPIC电路2可使输入的20V-26V电压变换为输出的15V-48V电压为直流电机7供能，通过调节数字电位器组成的电压反馈网21，可输出步进电平。
[0034]SEPIC电路2输出电平VCC2由电压反馈网21调控，电压反馈网21电路如图3所示，微控器5时刻从分压电阻R2和R3采集VCC2的电平电压，该电平通过电压跟随器U4与数模转换器U2输出的电平共同输入至加法器U3，调节输出电平FB，输出电平FB作为SEPIC电路2的反馈可调整输出电平VCC2。因此，微控器5通过控制数模转换器U2的输出电压以改变VCC2的电压，在此过程中微控器5还不断采集VCC2点的电压，当VCC2点的电压为设定值时便不再改变数模转换器U2的输出电压。
[0035]如图4和图5所示，微控器5通过控制信号缓冲器U5给定电机全桥驱动器U6控制信号，米样电阻R8米集电机驱动器U6的电流,经过小信号放大器U7放大米集信号，与阈值电压相比较，比较器U8判断输出报警电压给微控器5。
[0036]如图6所示的磁旋转角度传感器8，它是一个专门用于测量磁场旋转角度的芯片，作为片上系统(SOC)，集成了 DSP、霍尔传感阵列以及PWM和SSI接口，可以直接输出12位的角度信息。
[0037]如图7所示，本发明的微控器5其引脚资源分配如图所示，采用MSP430系列高性能微功耗微16位处理器，主要功能对整个系统的控制。
[0038]如图8所示，本发明的控制流程为，首先微控器初始化，然后不断扫描液晶屏是否有输入，扫描到按键信息后，判断当前的系统状态，设定直流电机驱动电压和转速。如果用户选择电机工作在极限模式，需设定驱动电压和持续时间(毫秒级)；在没有输入信息时，控制器时刻检测系统各项功能是否异常，发现异常立即进入软中断处理。
[0039]如图9所示，本发明的外观简约，具有良好的人机交互界面，考虑到成本、功耗、显示效果等因素，在设计中输出设备采用小尺寸手机触摸屏为首选，减小体积，操作更方便和直观；第一部件和第二部件是由电源线和信号线连接，第一部件中的磁旋转角传感器8紧邻永磁铁。
[0040]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，其特征在于，包括电源管理及调理部分、控制电路部分、电机驱动及磁旋转角度传感部分； 所述电源管理及调理部分包括直流电源、单端初级电压变换器电路，所述直流电源连接单端初级电压变换器电路； 所述电机驱动及磁旋转角度传感部分包括电机驱动器和磁旋转角度传感器； 所述控制电路部分包括微控器、电流检测器； 所述电机驱动器受所述微控器控制对直流电机进行PWM调速，所述磁旋转角度传感器检测直流电机磁场角度变化并传输信号给所述微控器，所述电流检测器检测直流电机的电流并传输信号给所述微控器。
2.根据权利要求1所述的瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，其特征在于，所述控制电路部分还包括输入输出显示器，所述微控器控制所述输入输出显示器。
3.根据权利要求2所述的瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，其特征在于，所述电源管理及调理部分还包括线性稳压器，所述线性稳压器给所述输入输出显示器和磁旋转角度传感器供电。
4.根据权利要求3所述的瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，其特征在于，所述电机驱动器包括包括控制信号缓冲器和电机全桥驱动器，所述微控器通过控制信号缓冲器给定所述电机全桥驱动器控制信号。
5.根据权利要求3所述的瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，其特征在于，所述单端初级电感变换器电路中还包括电压反馈网电路，所述电压反馈网电路由所述微控器控制。
6.根据权利要求3所述的瞬时高能驱动的直流伺服控制装置，其特征在于，所述电流检测器包括小信号放大器和比较器，所述小信号放大器放大采集信号，当电流超过阈值时，所述比较器输出高电平至所述微控器。
【文档编号】H02P7/00GK103812398SQ201310021628
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年1月17日 优先权日:2013年1月17日
【发明者】骆敏舟, 郭发勇, 赵江海, 陈兵 申请人:常州先进制造技术研究所