一种电机电流闭环控制系统的制作方法

本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机电流闭环控制系统。

背景技术：

电机伺服控制是指通过对电机的启动、加速、运转、减速及停止进行控制，从而达到电机快速启动，快速响应，高效率、高转矩输出扭矩以及超高负荷的目的。电机伺服控制一般为三环控制，即电流环、速度环和位置环，电流环为内环，速度环为中间环，位置环为最外环，内环的性能决定着外环的精度，也就是说在三环控制系统中，电流环的性能是极其重要的，电流环指的是电流反馈系统。一般指的是将输出电流采用正反馈或负反馈的方式接入处理环节的方法，主要是为了通过提高电流的稳定性能来提高系统的性能。

传统的电机控制一般采用如图1所示的控制方法，当电机400的最高电压高于电源100的电压时，首先经过Boost升压电路(the boost converter，升压斩波电路)200将电源100升压，然后通过电机驱动电路300驱动电机，MCU600通过电流检测模块500实时采集电机电流，基于控制算法输出PWM来调制电机电流，从而实现电机的电流闭环控制，这种传统的电机控制方法，图1虚线框中Boost电路是电压反馈闭环控制，电机驱动电路是电流闭环控制，二者都需要基于控制算法输出PWM信号控制MOS管的开关来实现。这种控制方式大大占用了MCU计算资源，MOS的开关损耗使系统效率下降，控制电路复杂、成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电路简单、成本低、系统效率高的电机电流闭环控制系统。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电机电流闭环控制系统，包括电机；

电源；

用于转换所述电源的输出电压以驱动所述电机的电压转换电路；

用于采集所述电机的电流信号的电流检测模块；

用于将所述电流检测模块所采集的电机电流信号转换为PWM信号的控制器；

用于将所述PWM信号转换为电压信号的信号转换电路；

所述电源、电压转换电路、电机、电流检测模块、控制器、信号转换电路依次串联，所述信号转换电路再与所述电压转换电路相连。

作为优选，所述电压转换电路为Buck-Boost电路，所述控制器为MCU，所述信号转换电路为DA电路。

作为优选，所述Buck-Boost电路包括用于接收所述DA电路反馈信号的Buck-Boost控制芯片、N-MOS管、与所述N-MOS管相连的储能电感，所述Buck-Boost控制芯片与所述N-MOS管直接相连以控制所述N-MOS管的开关。

作为优选，所述N-MOS管的个数为四个，其中，两个所述N-MOS管与所述Buck-Boost电路输入端串联，另外两个所述N-MOS管与所述Buck-Boost电路输出端串联；位于所述Buck-Boost电路输入端的两N-MOS管和位于所述Buck-Boost电路输出端的两N-MOS管之间连接有所述储能电感。

作为优选，所述DA电路包括将PWM信号转化为稳定的模拟电压的两级RC电路。

作为优选，所述RC电路包括一个电阻和一个电容，所述电阻和所述电容串联。

作为优选，所述电流检测模块包括用于将所述电机的电流信号转换为对地的电压信号的采样电阻和运算放大器，所述采样电阻与所述电机和接地端相连，所述运算放大器与所述采样电阻并联且与所述控制器相连。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所提供的电机电流闭环控制系统包括电机、电源、电压转换电路、电流检测模块、控制器和信号转换电路，该电源、电压转换电路、电机、电流检测模块、控制器、信号转换电路依次串联，信号转换电路再与电压转换电路相连，电压转换电路用于转换电源的输出电压以驱动电机，电流检测模块用于采集电机的电流信号，控制器用于将电流检测模块所采集的电机电流信号转换为PWM信号，信号转换电路用于将PWM信号转换为电压信号，Buck-Boost控制芯片接受到信号转换电路关于电压的反馈信号，将该反馈信号与电机工作时的额定值进行比较，通过Buck-Boost控制芯片本身的控制机制，控制外围四个N-MOS管的开合和关闭，和储能电感共同作用实现电路电压的升高或者降低，形成一个电流闭环反馈控制环。本实用新型利用电压转换电路输出的电流闭环反馈控制来驱动电机，与传统的控制方式相比不需要增加额外的电机驱动电路，电路简便，成本低；且由于不需要额外电机驱动电路，MOS管的开关损耗降低，系统整体效率提高；相比于现有技术中包含电压反馈控制环和电流反馈控制环两个闭环，本实用新型整个系统只设有一路闭环反馈控制环，极大地节约了控制器的计算资源，提高了控制器的运算速度。

附图说明

图1是现有技术中电机电流闭环控制系统框图；

图2是本实用新型中电机电流闭环控制系统框图；

图3是本实用新型中Buck-Boost电路的原理图；

图4是本实用新型中电流检测模块的电路原理图；

图5是本实用新型中DA电路的原理图。

图1中：100、电源；200、Boost电路；300、电机驱动电路；400、电机；500、电流检测模块；600、MCU。

图2至图5中：1、电源；2、电压转换电路；201、Buck-Boost控制芯片；202、N-MOS管；203、储能电感；3、电机；4、电流检测模块；401、采样电阻；402、运算放大器；5、控制器；6、信号转换电路；601、PWM信号；602、电阻；603、电容；7、反馈信号。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

如图2至图5所示的电机电流闭环控制系统包括电源1、电压转换电路2、电机3、电流检测模块4、控制器5和信号转换电路6，电源1、电压转换电路2、电机3、电流检测模块4、控制器5、信号转换电路6依次串联，信号转换电路6再与电压转换电路2相连。

电压转换电路2为Buck-Boost电路，Buck电路为降压式变换电路，Boost电路为升压式变换电路，Buck-Boost电路为可以将电压升高或者降低的电路，在本实施例中，Buck-Boost电路用于将电源1的输出电压转换到电机3工作时所需要的电压值进而驱动电机3，Buck-Boost电路包括Buck-Boost控制芯片201、N-MOS管202和储能电感203，N-MOS代表N型金属-氧化物-半导体，N-MOS管是MOS管的一种，Buck-Boost控制芯片201与N-MOS管202直接相连以控制N-MOS管202的开关，N-MOS管202的个数为四个，其中，两个N-MOS管202与Buck-Boost电路输入端串联，另外两个N-MOS管202与Buck-Boost电路输出端串联，位于Buck-Boost电路输入端的两N-MOS管202和位于Buck-Boost电路输出端的两N-MOS管202之间连接有所述储能电感203，Buck-Boost控制芯片201接受到信号转换电路6关于电压的反馈信号7，将该反馈信号7与电机工作时的额定值进行比较，通过Buck-Boost控制芯片201本身的控制机制，控制外围四个N-MOS管202的开合和关闭，和储能电感203共同作用实现电路电压的升高或者降低。电流检测模块4包括用于将电机3的电流信号转换为对地电压信号的采样电阻401和运算放大器402，采样电阻401与电机3和接地端相连，运算放大器402与采样电阻401并联且与控制器5相连，电机3的电流经采样电阻401和运算放大器402共同作用后转化为对地的电压信号。控制器5为MCU，MCU为微控制单元，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器(CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成的芯片级的计算机。在本实施例中，MCU用于将电流检测模块4所采集的电机3的电流信号与目标值比较，基于控制算法转换为具有相应占空比的PWM信号601，PWM信号601是指具有恒定载波频率,不同开启时间比率的信号。信号转换电路6为DA电路，DA电路包括将PWM信号转化为稳定的模拟电压的两级RC电路，该RC电路包括电阻602和电容603，电阻602和电容603串联，经两级RC电路滤波产生的稳定的模拟电压传送到Buck-Boost控制芯片201的反馈引脚，进而与电机工作时电压值进行比较，如果反馈电压的电压值高于工作额定电压值，则通过适当调整Buck-Boost控制芯片中外围四个N-MOS管202的开合和关闭，和储能电感203共同作用启动Buck电路将电路电压的降低，如果反馈电压的电压值低于工作额定电压值，同样通过调整Buck-Boost控制芯片中外围四个N-MOS管202的开合和关闭，和储能电感203共同作用启动Boost电路将电路电压值提高，从而实现对电机工作时电压值的实时控制。

本实用新型利用Buck-Boost电路输出的电流闭环反馈控制来驱动电机，与传统的控制方式相比不需要增加额外的电机驱动电路，电路简便，成本低；且由于不需要额外电机驱动电路，MOS管的开关损耗降低，系统整体效率提高；相比于现有技术中包含电压反馈控制环和电流反馈控制环两个闭环，本实用新型整个系统只设有一路闭环反馈控制环，极大地节约了控制器的计算资源，提高了控制器的运算速度。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。