一种电机远程调试监控及评价系统的制作方法

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种电机远程调试监控及评价系统。

背景技术：

随着人工智能的兴起，以电机为动力源的驱动平台在各个行业中兴起，如轮式机器人、AGV物流小车、轮式平衡车等等，这些新型的多电机驱动平台一般由两个或两个以上电机驱动，要求多电机之间协同工作，电机控制方式更为复杂。目前电机调试方法多数针对于单电机，且多数直接采用串口调试软件等进行调试，缺点主要表现在以单条指令进行调试，不利于调试数据反馈及数值实时图形化显示等，此外，在多电机驱动平台的调试过程中，电机参数的信息量明显增加，传统的观测方法已不再适用，不能满足对电机进行实时监测的要求；调试过程中，平台会相对上位机实时移动，调试过程十分不便；调试的结果、控制算法的适用性、多电机协同工作的性能等等，得不到及时的反馈评价。

授权公布号为CN 103078580 A，名称为“一种电机调试系统”的中国专利，包括计算机、电机驱动部分和串口通信转换部分，可以实现电机参数的实时显示，但仅针对于单电机，不能完成电机的多工况调试，且不能实现远程控制、多电机调试及对调试结果进行评价。

申请公布号为CN 105652734 A，名称为“一种无线远程通用电机的监控装置”的中国专利申请，包括MCU微控制器、电源电路、复位电路、串行接口电路、数据存储电路、晶振电路和用于无线数据信号交换的无线数据传输调理模块，可以通过手机远程修改参数实现电机控制，但仅适用于单电机情况，不能完成电机的多工况调试，同样不能实现多电机的协同调试及调试结果的评价。

技术实现要素：

为了克服现有电机调试方法和技术的不足，本发明提出了一种电机远程调试监控及评价系统，通过上位机与底层控制系统无线通信的方式，实现对电机的远程控制，可以远程修改电机的调试工况和控制算法及相应参数，使电机的运行参数得到实时的反馈，并且能够实现调试结果、多电机协同工作情况和控制算法适用性的及时评价。

为了实现上述功能，本发明采用的技术方案是：

一种电机远程调试监控及评价系统，包括上位机、无线通信模块、底层控制系统，上位机经无线通信模块与底层控制系统连接；所述上位机包括：实验工况选择模块，用于对调试电机的实验工况进行选择；控制算法选择模块，用于对调试电机的控制算法进行选择；电机实时参数曲线模块，用于实时显示单个电机的运行参数曲线或多个电机的运行参数对比曲线，并对采集的数据进行存储；电机控制模块，用于对调试电机的状态进行控制；系统评价模块，用于对电机的运行状态、多电机协同工作的情况以及算法的适用性进行实时评价。

进一步地，所述实验工况选择模块中包括直线行驶工况、原地转弯工况、定半径行驶工况、矩形行驶工况。

进一步地，所述控制算法选择模块中包括PID控制、模糊控制、模糊PID控制、遗传PID控制。

进一步地，所述电机控制模块包括运行控制、停止控制、紧急制动控制。

进一步地，所述底层控制系统包括电源、电压转换及稳压模块、控制器系统保护电路、MCU控制器、电机驱动电路、电机、传感器模块、传感器信号处理电路、无线通信信号处理电路、紧急制动电路、串口通信电路；电源经电压转换及稳压模块变压稳压后分别与控制器系统保护电路、串口通信电路、传感器模块、电机、紧急制动电路相接，控制器系统保护电路输出端与MCU控制器相接，MCU控制器经电机驱动电路与电机相接，电机输出端与传感器模块相接，传感器模块输出端经传感器信号处理电路与MCU控制器相接，无线通信信号处理电路的两个输出端分别与MCU控制器和紧急制动电路相接，紧急制动电路的输出端与电机相接，串口通信电路与MCU控制器相接。

更进一步地，所述传感器模块包括转矩传感器、编码器、电流传感器、电压传感器。

电压转换及稳压模块将电源电压转换为各模块所需电压值，稳压模块作用是稳定电压，防止电压波动对系统产生干扰；所述控制器系统保护电路，防止电流、电压过高造成控制系统电路损坏；所述电机驱动电路，实现功率放大，从而使电机正常工作；所述传感器信号处理电路，处理来自于传感器模块的模拟信号，将信号传递给MCU控制器；所述无线通信信号处理电路用于处理来自上位机和MCU控制器的信号，并将处理后的信号传递给MCU控制器和上位机；紧急制动电路与电机相连，用于电机出现危险情况时实现紧急制动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明通过无线通信方式，可使上位机与底层控制电路实现远程通信，克服了电机调试过程中的距离障碍。

(2)本发明可同时采集多个电机的多个参数，包括转矩、转速、电流、电压等，可以将单个电机的工作状态及多电机协同工作情况进行实时反馈，采集数据精确，抗干扰性强。

(3)本发明可以在上位机监控界面中实现对电机调试工况和控制算法的远程选调，同时还能调整所选的控制算法的参数，可以适应不同的控制需求，转换迅速，操作方便。

(4)本发明可以对电机的运行状态、多电机协同工作的情况以及算法的适用性进行实时评价，评价结果会在系统评价模块中实时显示，准确、方便、可靠。

综上所述，本发明通过使用上位机与底层控制系统无线通信的方式，实现了对电机的远程监控，可以远程修改电机的调试工况和控制算法及相应参数，使电机的运行参数得到实时的反馈，并且能够实现调试结果、多电机协同工作的情况和控制算法适用性的及时评价，便于多电机的调试和优化，可以广泛推广。

附图说明

图1为一种电机远程调试监控及评价系统的逻辑关系图

图2为上位机界面显示示意图

图3为底层控制系统框图

图中：

1—上位机；2—无线通信模块；3—底层控制系统；

4—实验工况选择模块；5—控制算法选择模块；6—电机实时参数曲线模块；

7—电机控制模块；8—系统评价模块；9—电源；

10—电压转换及稳压模块； 11—控制器系统保护电路； 12—MCU控制器；

13—电机驱动电路；14—驱动电机；15—传感器模块；

16—传感器信号处理电路； 17—无线通信信号处理电路； 18—紧急制动电路；

19—串口通信电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做详细描述：

如图1所示，一种电机远程调试监控及评价系统，包括上位机1、无线通信模块2、底层控制系统3，上位机1经无线通信模块2与底层控制系统3连接。

上位机1包括实验工况选择模块4、控制算法选择模块5、电机实时参数曲线模块6、电机控制模块7和系统评价模块8。

本实例中，所述实验工况选择模块4可对调试电机的实验工况进行选择，包括直线行驶工况、原地转弯工况、定半径行驶工况、矩形行驶工况等。

本实例中，所述控制算法选择模块5可对调试电机的控制算法进行选择，包括PID控制、模糊控制、模糊PID控制、遗传PID控制等，同时还能在所选的控制算法中调整相应的参数。

本实例中，所述电机实时参数曲线模块6可以实时显示单个电机的运行参数曲线或多个电机的运行参数对比曲线，如转矩、转速、电流、电压等，此外还能对采集的数据进行存储。

本实例中，所述电机控制模块7可以对调试电机的状态进行控制，包括运行、停止、紧急制动等。

本实例中，所述系统评价模块8可以对电机的运行状态、多电机协同工作的情况以及算法的适用性进行实时评价。

如图3所示，所述底层控制系统3包括电源9、电压转换及稳压模块10、控制器系统保护电路11、MCU控制器12、电机驱动电路13、电机14、传感器模块15、传感器信号处理电路16、无线通信信号处理电路17、紧急制动电路18、串口通信电路19。所述电源9经电压转换及稳压模块10变压稳压后分别与控制器系统保护电路11、串口通信电路19、传感器模块15、电机14、紧急制动电路18相接，控制器系统保护电路11输出端与MCU控制器12相接，MCU控制器12经电机驱动电路13与电机14相接，电机14输出端与传感器模块15相接，传感器模块15输出端经传感器信号处理电路16与MCU控制器12相接，无线通信信号处理电路17的两个输出端分别与MCU控制器12和紧急制动电路18相接，紧急制动电路18的输出端与电机14相接，串口通信电路19与MCU控制器12相接。

本实例中，所述传感器模块15包括转矩传感器、编码器、电流传感器、电压传感器等；所述电压转换及稳压模块10将电源电压转换为各模块所需电压值，稳压模块作用是稳定电压，防止电压波动对系统产生干扰；所述控制器系统保护电路11防止电流、电压过高造成控制系统电路损坏；所述电机驱动电路13实现功率放大，从而使电机正常工作；所述传感器信号处理电路16处理来自于传感器模块15的模拟信号，将信号传递给MCU控制器12；所述无线通信信号处理电路17用于处理来自上位机1和MCU控制器12的信号，并将处理后的信号传递给MCU控制器12和上位机1；紧急制动电路18与电机14相连，用于电机14出现危险情况时实现紧急制动。

以下简要介绍本发明的工作原理：

本实例实施时，以两电机PID控制直线行驶工况为例，需在图2所示上位机界面中选择实验工况和控制算法，实验工况和控制算法均以单选按钮的形式修改，PID控制算法中的P、I、D参数可在相应PID控制算法下的下拉菜单中修改。依次在实验工况选择模块4、控制算法选择模块5中选择所需的直线行驶工况和PID控制算法后，运行电机控制模块7，上位机1便会向底层控制系统3发出控制信号，多电机驱动平台中的电机便会依据所选实验工况和控制算法运行。

如图3所示，上位机1输出的控制信号通过无线传输模块、信号处理电路17输入到MCU控制器12，MCU控制器12的控制命令经电机驱动电路13传至驱动电机14，控制驱动电机协同工作，同时传感器模块15采集电机的转矩、转速、电流、电压等信号经传感器信号处理电路16反馈至MCU控制器12，完成闭环反馈控制。

调试过程中，电机参数将以曲线形式在控制界面中显示，可以选择A或B电机以查看单电机的工作状态，也可以同时选择AB电机以在查看两电机系统的工作情况。

调试完所有工况之后，电机远程调试监控及评价系统将进行所选控制算法对该组电机适应性的评价，下面以PID控制算法为例，简要介绍评价算法的流程：

对于每种工况，定义三个参数的得分，例如，对于直线行驶工况，指定实时性得分x₁、超调量得分x₂、控制精度得分x₃，并给每个参数的得分赋一个权重，依次为α₁、α₂、α₃，则即为该控制算法在直线行驶工况下的性能评价值，同时将得到的直线工况性能评价值L₁赋一权重μ₁。同理可得，原地转弯工况性能评价值L₂、权重μ₂，定半径行驶工况性能评价值L₃、权重μ₃，矩形行驶工况性能评价值L₄、权重μ₄。由此，可得该控制算法的综合评价值通过对反馈数据的综合，可以对多电机的运行状态、多电机协同工作的情况以及算法的适用性进行实时评价，评价结果会在系统评价模块中实时显示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单的修改、简化以及等效的结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。