一种嵌入式超声电机驱动控制器的制造方法
【专利摘要】一种嵌入式超声电机驱动控制器，包括外部时钟、微控制器模块、功率放大及匹配模块、位置传感器接口模块、运动控制卡接口模块、电路保护模块、显示接口模块、通讯接口模块和电源转换单元模块，外部时钟为微控制器模块提供时间基准；微控制器模块产生的信号驱动待控制超声电机；位置传感器接口模块采集位置信息并反馈到微控制器模块；运动控制卡接口模块提供使能信号、位置指令信号和速度指令信号到微控制器模块；电路保护模块提供电机连接保护、过热、过压、欠压和过流保护；显示接口模块和通讯接口模块提供了驱动控制器的人机交互窗口。本驱动控制器具有通用性好、控制参数多元化和易集成多种控制模式的特点，便于实现对超声电机的高精度控制。
【专利说明】
一种嵌入式超声电机驱动控制器
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种超声电机驱动控制器，属于电机驱动控制领域。
【背景技术】
[0002]超声电机是一种新型的微特电机，其结构及其运行原理不同于传统的电磁电机。超声电机主要利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体的一种超声振动，通过定子和转子之间的摩擦作用，把弹性体的亚微米级形变转换为动子的回转或直线运动。它具有低转速、力矩/质量比大、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰等优点。能够满足现代自动化设备对运动装置提出的诸多新要求，在生物医学、半导体封装、武器装备和航空航天等领域有广阔的应用前景。
[0003]超声电机需要由超声电机驱动控制器提供两路超声频率的高压正弦信号来驱动工作。专利号为ZL200710134453.3、名称为“基于嵌入式系统级芯片超声电机驱动控制器”的发明专利公开了一种超声电机驱动器，包括手动编码器调节电路、PSoC芯片、推挽逆变电路、升压电路、电感匹配电路等，该超声电机驱动控制器的优点是结构形式简单，采用孤极反馈法实现对超声电机的频率跟踪，并达到稳定电机转速的目的，但是存在控制精度低、匹配效果差以及能量转换效率低等缺点。专利号为ZL201210451717.9、名称为“一种超声电机双PWM功率驱动拓扑结构”的发明专利公开了一种超声电机双PWM功率驱动拓扑结构，该技术方案采用恒流供电和功率耦合组件，能够方便实现驱动频率、电压的调整，提高了驱动器的能量转换效率，但是易用性较差，在驱动方式和控制策略上描述较少。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种针对超声电机进行高精度控制的驱动控制器。所述驱动控制器以微控制器为核心，配备位置传感器接口模块、运动控制卡接口模块、显示接口模块以及通讯接口模块等，实现驱动控制器开环控制模式、闭环控制模式、位置指令控制模式和速度指令控制模式。
[0005]为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下:
一种嵌入式超声电机驱动控制器，所述嵌入式超声电机驱动控制器包括外部时钟、微控制器模块和功率放大及匹配模块，其中所述外部时钟经过微控制器模块中的锁相环倍频后为微控制器模块中的系统时钟和外设时钟提供时钟信号;所述微控制器模块中的外设时钟信号为微控制器模块中的PWMl单元和PWM2单元提供时间基准，所述PWMl单元生成包括SIN、NSIN、SINA和SINB信号的A相方波信号，所述PWM2单元生成包括C0S、NC0S、C0SA和COSB信号的B相方波信号，其中，所述SIN和NSIN信号为一组互补方波信号，其占空比和频率可调，所述SINA和SINB信号为一组互补方波信号，其频率可调且占空比为50%，所述SIN和NSIN信号的频率为所述SINA和SINB信号的两倍，所述COS和NCOS信号为一组互补方波信号，其占空比和频率可调，所述⑶SA和⑶SB信号为一组互补方波信号，其频率可调且占空比为50%，所述COS和NCOS信号的频率为所述COSA和COSB信号的两倍;所述A相方波信号通过功率放大及匹配模块生成A相驱动信号驱动待控制超声电机，所述B相方波信号通过功率放大及匹配模块生成B相驱动信号驱动待控制超声电机。
[0006]进一步地，所述功率放大及匹配模块包括一个驱动控制单元、四个功率驱动芯片、两个半桥变换器、两个推挽变换器、两个电感器、两个变压器和两个匹配电路，所述功率驱动芯片用于驱动功率场效应管，所述半桥变换器由两个功率场效应管串联得到，所述匹配电路通过在变压器次级线圈两端并联电容器实现，其中，驱动控制单元受电机连接状态信号控制，当超声电机与所述驱动控制器相连时，电机连接状态信号有效，继而使能驱动控制单元的输出；所述SIN和NSIN信号经驱动控制单元后分别输出到功率驱动芯片I，经所述功率驱动芯片I分别输出后驱动半桥变换器I中功率场效应管的栅极，所述半桥变换器I的输出与变压器I的初级线圈的中心端之间通过串联电感器I相连，所述SINA和SINB信号经驱动控制单元和功率驱动芯片2后用于驱动推挽变换器I中功率场效应管的栅极，推挽变换器I的两个功率场效应管的漏极分别连接到变压器I的初级线圈的首尾端，变压器I的输出端连接匹配电路I，匹配电路I的输出即为施加在待控制超声电机A相上的A相驱动信号；同理，B相方波信号COS、NC0S、COSA和COSB经由驱动控制单元、功率驱动芯片3和功率驱动芯片4、半桥变换器2、电感器2、推挽变换器2、变压器2和匹配电路2生成施加在待控制超声电机B相上的B相驱动信号。
[0007]进一步地，所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括位置传感器接口模块，所述位置传感器接口模块的输入连接位置传感器的输出信号，该信号可为RS422或TTL信号，所述位置传感器的输出信号经位置传感器接口模块中的光电耦合器隔离后，分别输出到微控制器模块中的速度检测单元和位置检测单元，用于检测被控制对象的速度和位置。
[0008]进一步地，所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括运动控制卡接口模块，所述运动控制卡接口模块包括位置反馈信号、使能信号、位置指令信号和速度指令信号。所述位置反馈信号输出当前被控制对象的位置，所述使能信号由外部提供，经光电耦合器隔离后输出到微控制器模块中使能端口，所述位置指令信号由外部提供，包括脉冲信号和方向信号，分别经光电耦合器隔离后输出到微控制器模块中位置指令检测单元，所述速度指令信号由外部提供，为模拟电压信号，经信号处理后，通过线性光电耦合器隔离后，输出到微控制器中模数转换单元。
[0009]进一步地，所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括保护模块，所述保护模块包括电机连接保护、过热保护、过压保护和欠压保护以及过流保护，其中所述电机连接保护通过检测电机连接状态信号是否有效来实现，在实际操作过程中，将电机连接线接头上与电机连接状态信号相对应的端口与信号地短接，当电机连接线接头与驱动控制器相连时，电机连接状态信号有效，继而使能功率放大及匹配模块中的驱动控制单元的输出，当电机连接线接头与驱动控制器断开连接时，功率放大及匹配模块中的驱动控制单元无输出；所述过热保护将温度传感器采集到的温度信号传输至微控制器模块中的温度控制单元，按照闭环控制算法将产生的控制信号经过功率放大后驱动风扇运行的转速，实现驱动控制器温度控制；所述过压和欠压保护通过检测外部电源的电压，经分压电路分压和运算放大器的处理后连接到微控制器模块中的模数转换单元，通过相应的算法控制驱动控制器在合适的工作电压范围内工作;所述过流保护通过检测外部电源输入到驱动控制器的电流，将产生的模拟信号经分压器分压和运算放大器处理后，连接到微控制器模块中模数转换单元。
[0010]进一步地，所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括显示接口模块，所述显示接口模块通过微控制器模块中的显示控制单元将所述驱动控制器的系统参数以及待控制超声电机的状态输出到显示器中，并通过显示接口模块中的手动编码器和按键设置控制参数。[0011 ]进一步地，所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括通讯接口模块，所述通讯接口模块通过微控制器模块中的通讯控制单元将系统参数和待控制超声电机的状态传输到上位机中，用于驱动控制器的在线调试以及驱动控制器控制特性的优化。
[0012]进一步地，所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括电源转换模块，所述电源转换模块将内部电源转换为所述驱动控制器所需的+12V、+5V和+3.3V电源。
[0013]本发明的嵌入式超声电机驱动控制器以微控制器为核心，通过微控制器生成方波信号，经过功率放大及匹配模块产生待控制电机所需的驱动信号，所产生的驱动信号的频率、电压、相位以及驱动信号输出周期数均可准确控制;增加了位置传感器接口模块，可实现驱动控制器闭环控制，达到了对待控制电机的尚性能、尚精度、尚稳定性的控制目标;增加了运动控制卡接口模块，可与现有的商用运动控制卡直接相连，能够通过运动控制卡实现多轴控制，提高了驱动控制器的通用性;增加了保护模块，实现对驱动控制器的电机连接保护、过热保护、过压保护、欠压保护和过流保护;增加了显示接口模块和通讯接口模块，可以方便地实现人机交互，进行参数的设置以及当前状态的读取，并优化控制参数。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的嵌入式超声电机驱动控制器的电路结构示意图；
图2是本发明的功率放大及匹配模块示意图；
图3是本发明的位置传感器接口模块示意图；
图4是本发明的运动控制卡接口模块示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图对本发明进行详细的说明:
如图1所示，本实施例中嵌入式超声电机驱动控制器包括外部时钟、微控制器模块、功率放大及匹配模块、位置传感器接口模块、运动控制卡接口模块、保护模块、显示接口模块、通讯接口模块和电源转换模块。所述外部时钟由晶体/陶瓷谐振器构成的振荡器产生，经过微控制器模块中的锁相环倍频后为微控制器模块中的系统时钟和外设时钟提供时钟信号，所述外设时钟信号为微控制器模块中PWMl单元和PWM2单元提供时间基准，所述PffMl单元生成A相方波信号并通过功率放大及匹配模块产生A相驱动信号驱动待控制电机，所述PWM2单元生成B相方波信号并通过功率放大及匹配模块产生B相驱动信号驱动待控制电机;所述位置传感器接口模块检测位置传感器的输出信号，并将位置传感器输出的信号经光电耦合器隔离后输出到微控制器模块中速度检测单元和位置检测单元，所述位置传感器可为编码器或光栅尺，其输出信号形式为RS422或TTL信号;所述运动控制卡接口模块反馈被控对象的当前位置，并将接收到的外部控制信号经处理后输出到微控制器模块中的使能端口、位置指令检测单元和模数转换单元;所述保护模块采集温度传感器信号、电机连接状态信号、外部电源输入电压和输入电流信号，经过信号处理后输出到微控制器模块中温度控制单元、电机状态端口和模数转换单元，用于驱动控制器电机连接保护、过热、过压、欠压和过流保护;所述显示接口模块连接到微控制器模块中显示控制单元;所述通讯接口模块连接到微控制器模块中通讯控制单元；所述电源转换模块将内部电源转换为驱动控制器所需的+12乂、+5￥和+3.3￥电源。
[0016]如图2所示，本实施例中功率放大及匹配模块包括驱动控制单元、功率驱动芯片、半桥变换器、推挽变换器、电感器、变压器和匹配电路。所述驱动控制单元受电机连接状态信号控制，仅当电机连接到驱动控制器时，驱动控制单元使能，允许后续驱动信号输出；所述微控制器模块中PWMl单元生成的A相方波信号包括SIN、NSIN、SINA和SINB信号，所述微控制器模块中PWM2单元生成的B相方波信号包括C0S、N⑶S、⑶SA和COSB信号；以A相驱动信号为例，所述SIN和NSIN信号为一组互补方波信号，其占空比和频率可调，所述SINA和SINB信号为一组互补方波信号，其频率可调且占空比为50%，所述SIN和NSIN信号的频率为SINA和SINB信号的两倍;所述SIN和NSIN信号经驱动控制单元输出到功率驱动芯片I中，并驱动半桥变换器1，所述功率驱动芯片用于驱动功率场效应管，所述半桥变换器由两个功率场效应管串联得到，所述半桥变换器I通过串联电感器I连接到变压器I初级的中心端，通过控制半桥变换器I的两个功率场效应管的栅极信号的占空比，实现输出电压的控制;所述推挽变换器I的栅极驱动信号由SINA和SINB信号经驱动控制单元和功率驱动芯片2得到，所述推挽变换器I的两个功率场效应管的漏极连接到变压器I的初级线圈首尾端，在栅极信号的交替作用下，推挽变换器I中的两个场效应管通过变压器I初级的中心端交替导通，经变压器I放大后的驱动信号通过匹配电路I进行功率匹配，并施加于待控制电机的A相上，该匹配电路通过在变压器I的次级线圈并联电容器方式得到，通过这种驱动方式可以得到驱动电压与信号SIN和NSIN的占空比之间成线性关系。
[0017]如图3所示，本实施例通过位置传感器接口模块实现待控制电机的闭环控制，所述位置传感器可为编码器或光栅尺，所述位置传感器的输出信号形式可为RS422或TTL信号，当所述位置传感器的输出信号为三组差分信号Z0+/Z0-、Z1+/Z1-和Z2+/Z2-时，所述信号ZO+/ZO-为索引信号，用于表示位置传感器参考点，所述位置传感器安装在超声电机驱动的系统中；以Ζ0+/Ζ0-信号为例，所述位置传感器信号ZO+与高速光电耦合器UO中发光器的阳极间串联限流电阻R1，所述位置传感器信号ZO-与高速光电耦合器UO中发光器的阴极相连，所述发光器与二极管Dl并联，且发光器的阳极与二极管Dl的阴极相连，所述光电耦合器UO的输出信号ZO通过上拉电阻R2连接到微控制器中，用于检测系统位置和速度。
[0018]如图4所示，本实施例中通过继电器Kl实现位置传感器供电电源的切换，当运动控制卡模块接受外部供电时，运动控制卡模块中的电源信号EV+/EV-连接到光电耦合器U5，使得光电耦合器U5的发光器导通，继而使得与光电耦合器U5相连的三极管QlO关断，导致继电器Kl断开，实现位置传感器通过运动控制卡模块的外部输入电源供电；当运动控制卡模块无外部供电时，光电耦合器U5的发光器关断，三极管QlO导通，继而使得继电器Kl闭合，实现位置传感器通过驱动控制器内部产生的电源供电。
[0019]如图4所示，本实施例中运动控制卡接口模块包括位置反馈信号、使能信号、位置指令信号和速度指令信号；所述使能信号Enable_in经光电耦合器U6隔离后生成Enable_out信号输出到微控制器模块中使能端口，仅当该信号使能时，运动控制卡接口模块中位置指令信号和速度指令信号有效;所述位置指令信号Dir_in和PffMjn分别经光电耦合器U7和U8后生成信号Dir_out和PffM_out输出到微控制器模块中位置指令检测单元，所述信号Dir_in为方向信号，用于表示待控制电机运动方向，所述信号PWM_in表示待控制电机的移动位移;所诉速度指令信号V_in的大小用于待控制电机的速度控制，其正负表示电机运行方向，所述速度指令信号经电阻R18、R19和R20分压变换后，将其范围由-1OV?+1V转换到0~3.3V，根据基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律，R18、R19和R20的阻值应满足R19=0.409.R18以及R20=0.252.R18，其输出信号经电阻R22连接到运算放大器U9B的反相输入端，所述运算放大器U9B的输出通过电阻R2 3与线性光电耦合器U1中LED的阴极相连，所述LED的阳极连接隔离前的电源正极，所述线性光电耦合器UlO中PDl的阴极接运算放大器U9B的反相输入端，所述PDl的阳极接隔离前的电源正极，所述线性光电耦合器UlO中TO2的阴极接运算放大器Ul IA的反相输入端，所述TO2的阳极接运算放大器Ul IA的正相输入端，当速度指令电压改变时，导致通过线性光电耦合器UlO中LED的电流发生改变，使得LED产生的光强发生改变，由HH和TO2接受的光强发生改变，使得HH和TO2上流过的电流发生改变，最终使得输出电压V_out发生改变，当电阻R22和R24阻值相同且运算放大器U9B和Ull为同一型号时，可以实现模拟电压的输入隔离，且放大比例接近为I。
[0020]本实施例中保护模块包括电机连接保护、过热保护、过压保护、欠压保护以及过流保护，所述电机连接保护通过在电机连接线上设置一个与信号地相连的端口实现，通过检测该端口的状态实现电机连接状态的检测，当电机连接线未连接到驱动控制器中时，驱动信号输出无效，所述过热保护通过检测功率放大及匹配模块中变压器的温度实现，所述温度传感器安装在变压器附近，通过一线总线接口将数据传输到温度控制单元，温度控制单元通过闭环控制算法产生控制信号驱动风扇对驱动控制器进行温度控制，以防止由于驱动器过热而引起故障;所述过压保护和欠压保护通过检测输入电源的电压实现，该检测信号经分压后通过运算放大器进行信号处理后输出到微控制器中模数转换单元，在该单元内实现电压的采集与控制；所述过流保护通过电流传感器检测输入到驱动控制器中的电流实现，其输出信号经过分压后通过运算放大器信号处理后输出到微控制器中模数转换单元中，通过对电流信号的监测，防止过流对驱动控制器产生损害。
[0021]本实施例中微控制器以意法半导体公司STM32F4系列高性能微控制器为例，其中PWMl单元和PWM2单元分别由高级定时器I和高级定时器8组成。以PffMl单元为例，将高级定时器I配置成中心对齐模式，其周期通过定时器时钟信号的四分之一除以所需频率得到，其输出通道I配置成互补输出，生成信号SIN和NSIN，其输出通道2配置成互补输出，生成信号SINA和SINB，其输出通道3配置成触发信号模式触发高级定时器8的启动，所述通道I采用计数器值与比较值匹配时触发输出波形翻转，通过改变比较值生成不同占空比的驱动信号，实现驱动电压的控制，所述通道2采用计数器计数到O时触发输出波形翻转，实现输出信号SINA和SINB的输出频率为信号SIN和NSIN的一半，所述通道3通过改变触发信号的延时时间实现驱动信号的相位差;所述速度检测单元将定时器配置成PWM输入模式，通过得到脉冲周期计算当前瞬时速度;所述位置检测单元将定时器配置成编码器接口模式，测量当前位置；所述位置指令检测单元将定时器配置成编码器接口模式，测量当前计数脉冲个数以及计数方向。
[0022]本实施例中显示接口模块用于显示驱动控制器当前运行状态、内部控制参数以及位置传感器信息，并通过手动编码器实现控制参数的改变，通过按键实现相关参数的设置，通过显示接口可以实现驱动控制器控制模式的切换，包括开环控制模式、闭环控制模式、位置指令控制模式和速度指令控制模式。
[0023]本实施例中通讯接口模块用于传输驱动控制器在线调试，通过上位机的命令控制驱动控制器的运行状态和运行参数，并实时反馈当前驱动控制器工作状态和位置传感器信息，通过优化控制参数，实现驱动控制器的高性能控制。
[0024]本实施例中驱动控制器配置为开环控制模式时，位置传感器接口模块和运动控制卡接口模块输入信号无效，通过显示接口模块设置相关参数可以实现连续控制和步进控制两种控制方式，当仅设置驱动频率、驱动电压、相位差以及运动方向时，由微控制器模块中PffMl单元和PWM2单元产生相应的驱动信号，驱动待控制电机连续运行，当追加参数驱动周期数、驱动时间间隔时，微控制器中PWMl单元和PWM2单元按照指定的时间间隔产生指定个数驱动脉冲驱动待控制电机步进运动，用于实现电机高精度控制。
[0025]本实施例中驱动控制器配置为闭环控制模式时，位置传感器接口模块输入信号有效，运动控制卡接口模块输入信号无效，通过位置传感器的输出信号，实现闭环控制，控制参变量根据控制电机的不同可以为驱动频率、驱动电压、相位差。
[0026]本实施例中驱动控制器配置为位置指令控制模式时，位置传感器接口模块输入信号有效，运动控制卡接口模块中位置反馈信号、使能信号和位置指令信号有效，所述位置指令信号包括方向信号和脉冲信号，所述方向信号由于指定电机运动方向，所述脉冲信号用于指定电机的移动位移大小，所述脉冲信号的频率用于指定电机的运动速度，在该模式下驱动控制器内部通过速度环和位置环，实现双环控制。
[0027]本实施例中驱动控制器配置为速度指令控制模式时，位置传感器接口模块有效，运动控制卡接口模块中位置反馈信号、使能信号和速度指令信号有效，所述速度指令信号的正负指定电机运行方向，所述速度指令信号的大小指定电机运行的速度大小，在该模式下驱动控制器内部实现速度环。
[0028]本发明公开的超声电机驱动控制器是以微控制器作为核心的驱动控制器，属于数字式驱动器，该驱动控制器能够实现开环控制模式、闭环控制模式、位置指令控制模式和速度指令控制模式四种方式，可实现驱动电压信号的线性输出，提高了对电机速度的控制精度。通过闭环反馈控制更有利于实现电机高定位精度、高分辨率步距的控制，通过提供运动控制卡接口提升了驱动控制器的应用范围。
[0029]以上实施例子仅说明本发明而非限制，虽然对本发明进行了详细的说明，本领域的专业人员应当理解，对本发明的修改和等效置换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述嵌入式超声电机驱动控制器包括外部时钟、微控制器模块和功率放大及匹配模块，其中所述外部时钟经过所述微控制器模块中的锁相环倍频后为所述微控制器模块中的系统时钟和外设时钟提供时钟信号;所述微控制器模块中的外设时钟信号为所述微控制器模块中的PWMl单元和PWM2单元提供时间基准，所述PffMl单元生成包括SIN、NSIN、SINA和SINB信号的A相方波信号，所述PWM2单元生成包括COS、NCOS、COSA和COSB信号的B相方波信号，其中，所述SIN和NSIN信号为一组互补方波信号，其占空比和频率可调，所述SINA和SINB信号为一组互补方波信号，其频率可调且占空比为50%，所述SIN和NSIN信号的频率为所述SINA和SINB信号的两倍，所述COS和NCOS信号为一组互补方波信号，其占空比和频率可调，所述COSA和COSB信号为一组互补方波信号，其频率可调且占空比为50%，所述COS和NCOS信号的频率为所述COSA和COSB信号的两倍;所述A相方波信号通过功率放大及匹配模块生成A相驱动信号驱动待控制超声电机，所述B相方波信号通过功率放大及匹配模块生成B相驱动信号驱动待控制超声电机。2.根据权利要求1所述的嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述功率放大及匹配模块包括一个驱动控制单元、四个功率驱动芯片、两个半桥变换器、两个推挽变换器、两个电感器、两个变压器和两个匹配电路，所述功率驱动芯片用于驱动功率场效应管，所述半桥变换器由两个功率场效应管串联得到，所述匹配电路通过在变压器次级线圈两端并联电容器实现，其中，所述驱动控制单元受电机连接状态信号控制，当超声电机与所述驱动控制器相连时，电机连接状态信号有效，继而使能驱动控制单元的输出；所述SIN和NSIN信号经驱动控制单元后分别输出到功率驱动芯片1，经所述功率驱动芯片I分别输出后驱动半桥变换器I中功率场效应管的栅极，所述半桥变换器I的输出与变压器I的初级线圈的中心端之间通过串联电感器I相连，所述SINA和SINB信号经驱动控制单元和功率驱动芯片2后用于驱动推挽变换器I中功率场效应管的栅极，推挽变换器I的两个功率场效应管的漏极分别连接到变压器I的初级线圈的首尾端，变压器I的输出端连接匹配电路I，匹配电路I的输出即为施加在待控制超声电机A相上的A相驱动信号；同理，B相方波信号C0S、NC0S、C0SA和COSB经由驱动控制单元、功率驱动芯片3和功率驱动芯片4、半桥变换器2、电感器2、推挽变换器2、变压器2和匹配电路2生成施加在待控制超声电机B相上的B相驱动信号。3.根据权利要求1或2所述的嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括位置传感器接口模块，所述位置传感器接口模块的输入端连接位置传感器的输出信号，所述位置传感器的输出信号经位置传感器接口模块中的光电耦合器隔离后，分别输出到微控制器模块中的速度检测单元和位置检测单元，用于检测被控制对象的速度和位置。4.根据权利要求1或2所述的嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括运动控制卡接口模块，所述运动控制卡接口模块包括位置反馈信号、使能信号、位置指令信号和速度指令信号，其中，所述位置反馈信号输出当前被控制对象的位置，所述使能信号由外部提供，经光电耦合器隔离后输出到微控制器模块中使能端口，所述位置指令信号由外部提供，包括脉冲信号和方向信号，分别经光电耦合器隔离后输出到微控制器模块中位置指令检测单元，所述速度指令信号由外部提供，为模拟电压信号，经信号处理后，通过线性光电耦合器隔离后，输出到微控制器中模数转换单元。5.根据权利要求1或2所述的嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括保护模块，所述保护模块包括电机连接保护、过热保护、过压保护和欠压保护以及过流保护，其中所述电机连接保护通过检测电机连接状态信号是否有效来实现，当电机连接状态信号有效时使能功率放大及匹配模块中的驱动控制单元的输出，当电机连接状态信号无效时使得功率放大及匹配模块中的驱动控制单元无输出;所述过热保护将温度传感器采集到的温度信号传输至微控制器模块中的温度控制单元，按照闭环控制算法将产生的控制信号经过功率放大后驱动风扇运行的转速，实现驱动控制器温度控制；所述过压和欠压保护通过检测外部电源的电压，所检测到的电压信号经分压电路分压和运算放大器的处理后输出到微控制器模块中的模数转换单元，以控制驱动控制器在限定的工作电压范围内工作;所述过流保护通过检测外部电源输入到驱动控制器的电流，将产生的模拟信号经分压器分压和运算放大器处理后输出到微控制器模块中模数转换单元。6.根据权利要求1或2所述的嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括显示接口模块，所述显示接口模块通过所述微控制器模块中的显示控制单元将所述驱动控制器的系统参数以及待控制超声电机的状态输出到显示器中，并通过显示接口模块中的手动编码器和按键设置控制参数。7.根据权利要求1或2所述的嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括通讯接口模块，所述通讯接口模块通过所述微控制器模块中的通讯控制单元将系统参数和待控制超声电机的状态传输到上位机中，用于驱动控制器的在线调试以及驱动控制器控制特性的优化。8.根据权利要求1或2所述的嵌入式超声电机驱动控制器，其特征在于:所述嵌入式超声电机驱动控制器还包括电源转换模块，所述电源转换模块将内部电源转换为所述驱动控制器所需的+12V、+5V和+3.3V电源。
【文档编号】H02N2/00GK106026761SQ201610328501
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】时运来, 张军, 冯森, 娄成树, 赵淳生
【申请人】南京航空航天大学