一种三自由度运动永磁球形步进电动机电流控制装置的制作方法

本发明涉及特种电机控制领域，尤其涉及一种三自由度运动永磁球形步进电动机电流控制装置。

背景技术：

随着中小型电机产品结构的调整和优化，特种专用电机已然成为电机行业发展的重点。三自由度永磁球形电机作为一种新颖的特种电机，在多自由度运动场合有其无法比拟的优势。与此同时，不同的球形电机的结构、定子线圈和转子磁极的分布，为球形电机的通电控制带来了新的难题。

永磁球形步进电动机定子线圈数量多，并且每个线圈需要单独的通电控制，传统电机的控制装置对于永磁球形步进电动机已不再适用。目前，业内需要开发出一款能够实时在线控制、电流域量大、控制精度高且具有多路输出的电流控制装置，从而驱动球形电机实现三维空间中多自由度的运动。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，提供一种能够实时在线控制，且具有输出24路电流大小极性可控、电流域量大、精度高、结构简单、便于维护的永磁球形步进电机电流控制装置，本发明提供以下技术方案:

一种三自由度运动永磁球形步进电动机电流控制装置，包括主控站、控制模块、驱动模块、位置检测模块；所述主控站由pc机构成，与控制模块连接，所述控制模块包括微处理器，通过数据总线与驱动模块的输入端连接；所述驱动模块的输出端分别与永磁球形步进电动机的24个定子线圈连接，所述位置检测模块输入端与永磁球形步进电动机连接、输出端通过位置信号通讯总线与控制模块相连。

所述主控站由pc机构成，一方面负责输入的给定、接收由所述控制模块反馈回来的位置信号和电流采样信号，另一方面通过相应的控制算法，实时计算出对应定子线圈通电电流，发送给控制模块的微处理器。

进一步的，所述驱动模块包括逆变电路、驱动电路、过电流保护电路以及电流采样电路，所述逆变电路的输入端与控制模块相连，所述驱动电路的输入端与逆变电路相连，所述逆变电路输出端与永磁球形步进电动机相连，所述电流采样电路与逆变电路输出端相连，所述过电流保护电路与电流采样电路相连。

进一步的，所述控制模块包括微处理器和通讯单元，所述微处理器通过通讯单元与主控站连接。一方面负责接收所述主控站发来的控制信号，并通过数据总线发送给所述驱动模块，另一方面接受位置检测模块采集的电机位置信号和驱动模块的电流采样信号，反馈给主控站。

本发明的有益效果在于：能够通过主控站将控制模块反馈的电流采样信号和位置反馈信号进行实时地运算处理，实现电流和位置的双闭环控制；且具有电流采样和过电流保护功能，不仅保护电流控制装置，而且防止电机被烧坏；结构简单、性能稳定，具有电流域量大、精度高，电流大小极性可控的优点。

附图说明

图1、本发明的结构框图。

图2、本发明的驱动模块与主控模块、永磁球形步进电动机的连接结构示意图。

图3、本发明的一种实施例的主控站中电流控制系统控制界面图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种三自由度运动永磁球形步进电动机电流控制装置具体实施方式：该装置包括：主控站、控制模块，驱动模块、位置检测模块，主控站由pc机构成，与控制模块相连，控制模块包括微处理器，通过数据总线与驱动模块连接，如图2所示的驱动模块包括逆变电路、驱动电路、过电流保护电路以及电流采样电路，所述逆变电路的输入端与控制模块相连，所述驱动电路的输入端与逆变电路相连，所述逆变电路输出端与永磁球形步进电动机相连，所述电流采样电路与逆变电路输出端相连，所述过电流保护电路与电流采样电路相连，驱动模块的输出端分别与永磁球形步进电动机的24个定子线圈连接，位置检测模块通过位置信号通讯总线与控制模块相连。

本实施方式中主控站由pc机构成，一方面负责输入的给定、接收由控制模块反馈回来的位置信号和采样电流信号，另一方面通过相应的控制算法，实时计算出对应定子线圈通电电流，发送给控制模块的微处理器，此过程可通过pc端的控制界面实时显示当前电机运行的状态，如图3所示。永磁球形步进电动机电流控制系统有三种输入方式，第一种输入方式为：只输入三个旋转角的位置信息，单击开始计算按钮，自动计算出对应的控制转矩和线圈对应电流；第二种输入方式为：只输入控制转矩，单击开始计算按钮，自动计算出线圈对应电流；第三种输入方式为：直接输入线圈对应电流。完成输入设置后，单击发送数据按钮，主控站将数据发送给控制模块的微处理器，完成给定输入的运动控制。另外，还设置了重置、自动、退出按钮，其对应的功能分别为：单击重置按钮，所有数据清零；单击自动按钮，电机实时信息栏会显示电机当前的状态，包括位置、速度和定子线圈电流信息；单击退出按钮，即可退出控制系统操作界面，当系统正常运行时，绿色正常指示灯亮，当系统发生错误时，红色错误指示灯闪烁。

在本实施方式中，主控模块的微处理器选择arm芯片，处理器芯片与外围电路组成控制模块，具有24路pwm输出，24路逆变电路h桥方向选择输出、24路adc电流采样输入以及通讯端口。其中，pwm输出通过微处理器的定时器输出通道来实现，逆变电路h桥方向选择输出通过微处理器的gpio端口来实现，adc电流采样输入通过微处理器的adc电流采样输入通道来实现，通讯端口由微处理器的串口通道来实现，arm微处理器引脚具体分配方式如图3所示。控制模块与驱动模块连接，控制驱动模块的24路电流输出。控制模块通过通讯端口不仅可以获得位置检测模块的位置信号，而且可以与主控站进行通讯，接收主控站发来的数据。

以上述依据本发明理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种三自由度运动永磁球形步进电动机电流控制装置，包括主控站、控制模块、驱动模块、位置检测模块，所述主控站由PC机构成，与控制模块连接，所述控制模块包括微处理器，通过数据总线与驱动模块连接，所述驱动模块包括逆变电路、驱动电路、过电流保护电路以及电流采样电路，驱动模块的输出端分别与永磁球形步进电动机的24个定子线圈连接，所述位置检测模块通过位置信号通讯总线与控制模块相连。本发明能够输出大功率、高精度的驱动电流，具有结构简单、响应快、控制效率高等优点。

技术研发人员：陆寅;王群京;李绅;过希文
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：2017.06.23
技术公布日：2017.10.20