系统，控制部分包括一个速度PID调节器和一个电流PID调节器，首先，根据所检测到的电机转子位置信号，计算得出电机的当前实际转速；然后与速度给定值比较，得到速度误差信号，经过速度PID调节器的调节以后，得到相应的电流参考信号，该电流参考信号与实际的电机相电流信号进行比较得到电流误差值，电流误差值经电流PID调节器的调节后，将产生适当的PWM控制信号施加到驱动器上，驱动器通过改变电机定子绕组中电流大小和绕组导通顺序，实现对直流无刷电机转速和转矩的控制。
[0067]图7所示为直流无刷电机驱动部分的控制器程序结构框图，控制器先对时钟、GP1、中断、PWM、模数转换模块进行初始化，然后启动电机并启动模数转换和定时器，电机开始运转后，位置传感器输出信号经过光电隔离后输送到控制器的PWM捕获口，控制器的PWM信号捕获口获取直流无刷电机的转子位置信息并计数电机转子的旋转圈数，根据转子的旋转圈数和电机的极对数计算电机的实际转速，再结合给定速度计算速度的偏差值，控制器根据速度偏差值决定应该加速、减速还是匀速；偏差为零则进入匀速运行子程序，如果需要加速则进入加速PID控制子程序，如果需要减速则进入减速PID控制子程序。若电机运行过程中母线电流超过正常值或者蓄电池欠压，指示电路将会给出过流或欠压指示，同时程序将设定电机停转。若电机运行过程中母线电流和蓄电池电压保持在正常范围内，指示电路将显示运行正常。
[0068]综上所述，本发明提供的一种基于直流无刷直流电机的吊杯式栽植器驱动系统能够准确控制吊杯的运动。驱动系统调速性能优良，操作及维修方便，可驱动吊杯遵循特定的运行特性稳定地完成栽植运动，解决了仅依靠机械设计造成的吊杯入土速度小，回程慢，容易发生夹苗出穴的问题，系统通过对电机速度和转矩的高精度闭环调节，增大吊杯运动轨迹最低点位置的加速度，提升吊杯入土能力，使幼苗移栽达到所需深度，保证了栽植质量，提高投苗的频率和可靠性。
[0069]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，包括控制器模块、驱动器模块、蓄电池电源模块、直流无刷电机、反馈模块、减速器、传动机构、吊杯移栽机构；其中: 所述控制器模块作为逻辑控制与数据运算核心，是整个驱动系统的核心器件，接收反馈信号并输出控制信号，完成对直流无刷电机转速和转矩的控制； 所述驱动器模块包括信号转换电路和直流无刷电机驱动器，所述信号转换电路用于将控制器输出的PWM波形转换为直流无刷电机驱动器可接受的PWM波形，所述直流无刷电机驱动器直接驱动电机运转； 所述蓄电池电源模块包括蓄电池、电压检测电路和直流降压电路，所述蓄电池用于给整个驱动系统提供电源，直接给直流无刷电机驱动器供电，所述电压检测电路用于检测蓄电池的端电压，所述控制器模块接收电压检测电路输出的电压信号并进行模数转换，所述直流降压电路对蓄电池电压作降压处理后给系统中的低压模块提供电源； 所述直流无刷电机自带位置传感器，可检测并输出转子的位置信息； 所述反馈模块包括电流检测电路和光电隔离电路，电流检测电路用于采样电机母线电流，所述光电隔离电路用于将直流无刷电机的位置传感器输出信号与控制器模块隔离，所述控制器模块接收电流检测电路输出的电压信号并进行模数转换； 所述减速器用于降低转速和增大扭矩，是在直流无刷电机与传动机构之间进行速度和扭矩转换的设备； 所述传动机构由联轴器和连杆机构组成，将电机的轴向运动转化为吊杯移栽机构的上下往复加减速运动； 所述吊杯移栽机构用于运送和栽植钵苗，当吊杯运动到顶端时，钵苗被投入到吊杯中，当吊杯转动到预定位置时，钵苗落入穴内，接着覆土填压，完成栽植。2.根据权利要求1所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述直流无刷电机的位置传感器输出的转子位置信号经光电隔离之后由所述控制器模块捕获，所述控制器通过不断采集电机转子位置信号，计算出电机的实际转速。3.根据权利要求1或2所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述控制器模块输出PWM波到所述信号转换电路，所述直流无刷电机驱动器接收处理后的PWM波，经过驱动芯片隔离放大后输出带有驱动能力的PWM波控制功率开头器件的通断，使电机的各相绕组按一定的顺序工作，从而达到驱动电机运转的目的。4.根据权利要求1或2所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述信号转换电路将所述控制器模块输出的低压PWM信号转换为电压幅值满足所述直流无刷电机驱动器要求并能够被识别的PWM信号。5.根据权利要求1或2所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述电流检测电路将检测信号输入到所述控制器模块的模数转换接口，所述控制器获取电流采样值后据此计算电机的电磁转矩。6.根据权利要求1所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述蓄电池电源模块在给无刷直流电机供电过程中不断的消耗能量，所述电压检测电路将检测电池端电压，并将检测信号输入到所述控制器模块的模数转换接口，所述控制器模块根据电压反馈信号判断电池的工作状态，决定是否对电池进行欠压保护。7.根据权利要求1或2所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述控制器模块在对电压检测电路和电流检测电路的输出电压信号进行模数转换的过程中进行滤波处理，所述滤波处理包括若干次均值滤波处理，以及对若干次均值滤波处理的中间结果进行中值滤波处理。8.根据权利要求1或2所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述光电隔离电路将位置传感器的输出信号进行隔离后输入到所述控制器模块的波形捕获接口。光电隔离提高了电路的抗干扰能力，可以防止电机运转时对位置传感器输出信号产生的干扰噪声被所述控制器模块捕获。9.根据权利要求1或2所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述直流降压电路以一些直流降压芯片为核心，直流降压芯片对蓄电池输出电压进行降压和电容滤波处理，降压芯片的输出电压满足系统中的低压模块对电源的要求。10.根据权利要求1或2所述的基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，其特征在于，所述控制器模块对电机进行速度和电流双闭环控制，速度环为外环，电流环为内环。
【专利摘要】本发明公开了一种基于直流无刷电机的吊杯式栽植器驱动系统，栽植器用于幼苗移栽时的打孔成穴、栽苗作业。基于无刷直流电机的吊杯栽植器包括控制器模块、驱动器模块、蓄电池电源模块、直流无刷电机、反馈模块、减速器、传动机构、吊杯移栽机构。传动机构传递动力，驱动曲柄摇杆机构运动，当运动到最高点，吊杯承接投入的钵苗；当运行到最低点时，吊杯打土、入穴，钵苗被投入穴孔内完成栽苗作业。驱动控制部分主要由控制器、直流无刷电机、驱动器和反馈模块组成，驱动系统能够通过对电机速度和转矩的高精度闭环控制准确地控制吊杯的运动，本发明公开的驱动系统可驱动吊杯遵循特定的运行特性稳定地完成栽植运动，提高投苗的频率和可靠性，并能够实现小株距密植移栽作业。
【IPC分类】H02P6/16, H02P6/08
【公开号】CN104967369
【申请号】CN201510411557
【发明人】孙志刚, 付忠敏, 肖力, 王卓
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月14日