一种基于CAN总线的电机控制系统的制作方法

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种基于CAN总线的电机控制系统。

背景技术：

对于电动汽车来说，电机就是其“发动机”。随着新能源汽车的迅猛发展(30万辆/2015年)，电动汽车将成为汽车发展的重要方向之一。而电动汽车的3大关键技术之一：电机控制技术也日渐从传统的端子控制模式转向总线控制模式，因此采用基于总线控制模式的电机控制技术是未来发展的必然趋势。

传统的端子控制模式主要是通过大量的导线互联来实现对电动机的正转、反转、启停和加减速等各种命令，从而达到控制目的。线路复杂、操作繁琐因而就不可避免，由于大量接线端子的使用，线路复杂且效率低下，其塑料绝缘材料和导电部件就直接关系到端子的质量，它们分别决定了端子的绝缘性能和导电性能。任何一个接线端子失效都可能会影响到整个系统的正常工作。并且无法到达可视化监视的目的，无法实时监测到电机和控制器的相关工作状态参数，一旦发生系统故障，检修困难。对整个控制系统来说，在操作控制，故障检修方面难免造成一定的困难性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于CAN总线的电机控制系统，控制效率高，可靠性高，机构简单，实用性强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于CAN总线的电机控制系统，包括控制器，所述控制器通过USB转CAN转换器连接到上位机，所述控制器与预充电电器、双开漏电开关、整流器、电源依次相连；所述预充电电路通过主接触器连接到控制器；所述控制器连接到手动控制面板上的踏板电位器；控制器还连接到车用电机，所述车用电机连接到负载。

根据上述方案，所述预充电电路由预充电电阻、二极管、预充电开关依次串联而成，通过导线一端与所述19针航空插头连接，一端与所述双开漏电开关连接。

根据上述方案，所述控制器连接有内置冷却风扇。

根据上述方案，所述控制器连接有外置冷却风扇，所述外置冷却风扇通过开关连接到风扇电源。

根据上述方案，所述风扇电源为12V，控制器的19针航空插头内导线与12V风扇电源连接。

根据上述方案，所述双开漏电开关还连接到电池箱。

根据上述方案，所述控制系统外部包括机柜、车用电机、控制器、上位机、电池箱；所述机柜正面设有上位机显示屏，两侧面分别设有外置冷却风扇，手动控制面板设置在上位机显示屏的右下方；车用电机后侧面设有码盘，前侧面设有大链轮和链条装配在电机输出轴上；控制器上配有高压导线和19针航空插头，并通过导线分别和车用电机和码盘连接；上位机通过CAN通讯线和控制器连接，CAN通讯线上设有USB转CAN转接器，同时上位机内装有电机控制界面；电池箱由两个48V锂电池串联而成，并通过导线和控制器连接，导线上还设有双开漏电开关。

根据上述方案，还包括底架：底架底部安装有万向轮，所述车用电机、变速器、上位机主机和电池箱固定在底架上。

根据上述方案，所述12V风扇电源、USB转CAN转接器、预充电电路、主接触器都固定在所述矩形木板上。

根据上述方案，所述手动控制面板上设有启动、制动、前进、后退四个按钮，一个预充电开关、踏板电位器和一个串口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：将车用电机、控制器、上位机和电池箱及各种零部件有机协调，集成一体，利用CAN总线对电机进行实时控制和监测，有效模拟了电动汽车正常行驶过程的各种状态，大大提高了车用电机控制的可视化和便捷化程度，更具通用性，实时性和易操作性。

附图说明

图1是本发明的基于CAN总线的可移动电机控制系统的结构示意图。

图2是本发明的基于CAN总线的可移动电机控制系统的机柜内部结构示意图。

图3本发明的基于CAN总线的可移动电机控制系统的电机固定架结构示意图。

图4是本发明的基于CAN总线的可移动电机控制系统的系统原理图。

图中：1-机柜；2-上位机显示屏；15-聚氨酯减震板；16-支承钢板；17-变速器；21-底架；22-车用电机；23-电机固定架；25-万向轮；29-码盘；27-上位机主机；28-电池箱；14-手动控制面板；3-外置冷却风扇；13-双开漏电开关；4-控制器；40-19针航空插头；41-预充电电路；31-预充电开关；30-踏板电位器；5-镇流器；6-预充电电阻；7-USB转CAN转换器；8-矩形木板；9-活动门；10-二极管；11-12V电源；12-主接触器；38-点火按钮；39-上位机；18-大链轮；19-链条；20-小链轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。如图1所示，一种基于CAN总线的电机控制系统，包括机柜1、车用电机22、控制器4、上位机39、电池箱28；所述机柜1正面设有上位机显示屏2，两侧面分别设有外置冷却风扇3，手动控制面板14设置在上位机显示屏2的右下方；车用电机22后侧面设有码盘29，前侧面设有大链轮18和链条19装配在电机输出轴上；控制器上配有高压导线和19针航空插头40，并通过导线分别和车用电机22和码盘29连接；上位机39通过CAN通讯线和控制器4连接，CAN通讯线上设有USB转CAN转接器7，同时上位机39内装有电机控制界面；电池箱28由两个48V锂电池串联而成，并通过导线和控制器4连接，导线上还设有双开漏电开关13。机柜1是一个带活动门9的半封闭的元器件载体，为各种元器件提供被放置或被固定的场所。如图2所示，机柜1正面设有上位机显示屏2，用于对电机可视化控制与监测，机柜1内部放置并固定有控制器4和矩形木板8。

为了使结构布置协调合理，USB转CAN转换器7、12V电源11、预充电电路41、主接触器12都布置在矩形木板8上。机柜1上设有手动控制面板14，用于在上位机39未启动状态下对车用电机22进行启停、正反转以及加减速的手动控制。

采用外置冷却风扇3作为附属冷却装置，两个外置冷却风扇3通过螺栓分别固定在机柜1两侧面，风口正对控制器4散热片，当系统工作持续一段时间后，控制器4会发热，打开外置冷却风扇3开关，可加快散发控制器4的热量。通过铰链，机柜1背面还装有镂空活动门9，系统工作时，关上镂空活动门9起屏蔽保护作用，同时镂空设计起到散热通风作用。系统不工作时，可以打开镂空活动门9对机柜1内元器件进行检查或检修。

机柜1右侧面还设有双开漏电开关13，当主电流超过标准值或有漏电危险时，双开漏电开关13自动跳闸，双开漏电开关13的存在既能控制系统接入高压电的通断，又保证了设备、人身安全。

车用电机22输出轴装配有大链轮18和链条19，链条另一端装配小链轮20和变速器17，通过链传动装置把车用电机22和变速器17机械连接，增加负荷，模拟电动车行车过程中的行车阻力。车用电机22另一端带有码盘29，通过两串导线和控制器4连接，一串导线为车用电机22供电，一串导线作为通讯线接收来自控制器4的命令。车用电机22还通过侧面的螺纹孔与电机固定架23固定。

控制器4作为整个控制系统的中央处理装置，分别连接车用电机22、手动控制面板14和上位机39。当手动控制面板14和上位机39发出指令后，经过控制器4分析处理后传达给车用电机22，其接收指令后做出相应的动作。此外，控制器4工作一段时间后会产生一定热量，其自身带有的散热片和内置风扇会有一定的散热作用。

上位机39作为终端控制及监测机构，其显示屏固定在机柜1正面，其主机固定在底架21上。上位机3通过CAN通讯线和控制器4连接，对控制器4发出指令，以及提取控制器4和车用电机22的工作状态参数并显示在显示屏上。CAN通讯线上设有USB转CAN转接器，用于将上位机的USB信号模式转换成控制器的CAN信号模式。

电池箱28是整个系统的可移动供电装置，通过将两个48V的锂电池串联并装在铁箱内，整体固定在底架21上。电池箱28可输出96V高压，对整个系统进行长时间供电，保障持续运行能力和可移动性。

还包括预充电电路41，预充电电路41由预充电电阻6、二极管10、预充电开关31依次串联而成，同时连接主接触器12，通过导线一端与所述19针航空插头40连接，一端与所述双开漏电开关13连接。当系统启动时，预充电电路41先单向接入高压电，确保无故障后打开钥匙点火按钮38，主接触器12闭合，预充电电路41被短路，系统启动完成。预充电电路41能起到系统启动时的单向通电性以及自我保护的作用。

上述控制系统的控制方法包括：

传统的端子控制模式，具体为：1)检查手动控制面板上的制动、前进、后退按钮是否处于关闭状态，否则预充电电路由于自我保护导致主接触器不工作；2)打开钥匙开关，接通12V电源；3)打开预充电开关，预充电电路闭合；4)启动双开漏电开关，接通96V高压电；电电路短路，主接触器闭合(预充电开关失效)，电机进入工作准备状态；

5)分别按下前进、后退、制动按钮，会看到电机对应做出正转、反转、停止动作，其中，当电机在正转或反转时，顺时针和反时针旋动踏板电位器，电机会分别做出加速和减速动作；6)依次关闭钥匙开关、双开漏电开关、预充电开关，结束控制。

基于CAN总线的控制模式，具体为：1)启动上位机，打开电机控制界面；2)确保手动控制面板上的制动、前进、后退按钮处于关闭状态，打开钥匙开关、预充电开关和空气开关；3)用鼠标点击主接触器闭合命令，电机进入工作状态；4)设定启动、正反转、制动以及转速数值，电机工作；电机控制界面能非常直观地呈现出CAN总线信息报文结构，并能对电机和控制器的工作状态进行可视化控制和实时监测，以及进行系统故障提醒；5)关闭开关和上位机，结束控制。

控制过程中都是通过控制器作为中央处理机构。端子控制模式作为传统的控制方法，操作复杂，效率低下，功能单一。而CAN总线控制模式，上位机结合相关控制程序，通过USB转CAN转接器将两种信号类型转后，再经由电机控制器，对电机发出指令从而实现相应动作，同时通过控制器读取电机的反馈信息，反映在终端界面，达到对电机的终端控制以及对系统工作状态监视的目的。线路简单、便于操作，适用性、通用性和可靠性更高。