基于BRU和CRU的多模通讯和反馈闭环电机驱动方法与流程

本发明属于多模通讯和反馈闭环电机驱动方法，更具体地涉及一种基于bru和cru的多模通讯和反馈闭环电机驱动方法。

背景技术：

步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。可是在人类社会进入自动化时代的今天，传统电动机的功能已不能满足工厂自动化和办公自动化等各种运动控制系统的要求。为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。步进电动机的发展与计算机工业密切相关。自从步进电动机在计算机外围设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。

另一方面，微型计算机和数字控制技术的发展，又将作为数控系统执行部件的步进电动机推广应用到其他领域，如电加工机床、小功率机械加工机床、测量仪器、光学和医疗仪器以及包装机械等。任何一种产品成熟的过程，基本上都是规格品种逐步统一和简化的过程。现在，步进电动机的发展已归结为单段式结构的磁阻式、混合式和爪极结构的永磁式三类。爪极电机价格便宜，性能指标不高，混合式和磁阻式主要作为高分辨率电动机，由于混合式步进电动机具有控制功率小，运行平稳性较好而逐步处于主导地位。

技术实现要素：

1、发明目的。

本发明提出一种基于bru和cru的多模通讯和反馈闭环电机驱动方法。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明公开了一种基于bru和cru的多模通讯和反馈闭环电机驱动方法，包括dsp模块，通讯模块，电源模块，自测试模块和报警模块五大模块实现该驱动器的硬件架构；dsp模块包括io、pwm、sci及ad，所述dsp模块接收所述控制参数，判断是否开始控制，并输出驱动所述直流步进电机的电流信号；所述通讯模块采用多模通讯，包括无线和有线通讯接口电路，通过所述接口电路块与终端连接，用于实现所述dsp模块和终端之间的通信，所述接口电路还用于反馈和接收参数显示信息；所述自测试模块，将驱动器各部件的功能代码都写入自检模块中，定期对电机或驱动器的检测；多模通讯基于bru和cru，通过天线将外界的数据信号通过端口进行射频处理，然后通过多模cru模块进行解析，由基带将信号射频到多模bru模块中，此时bru模块进行解码编码调制动作，将所接受到的数据转换成驱动器识别的数据，最终通过传输接口将此类数据传输到对应的核心侧网端上，然后依据相信协议将数据传输到终端上，完成驱动器的数据收集和传输。

更进一步，多模bru采用主控单元、基带信号处理单元、传输接口单元、时钟单元；其中，主控单元负责bru的操作、维护、管理及信令与时钟处理；基带信号处理单元负责完成业务数据处理iq信号交换功能，并提供bru与cru连接的光纤接口；传输接口单元负责提供与核心侧网元连接的传输接口；时钟单元则根据不同的外部时钟源，产生模块统一的系统参考时钟、帧号、帧定时时间信息；此bru模块用于处理不同网络制式的信号，不同制式的系统可使用相同或不同的主控与基带信号处理单元；所述的bru实现基带信号的处理，包括基带数据调制解调、信道编码、系统的资源管理与操作维护、外部环境监控，并提供回传与前传物理接口及系统同步时钟信号。

更进一步，多模cru是多模基站的射频处理单元，完成对多制式射频信号的收发处理。此模块主要实现射频信号和数字信号转换功能，对上下行信号进行处理。对于上行，是通过从天线接收到多制式射频信号，经双工器完成上下行分离、滤波后进行低噪声放大然后、经混频器变换到中频并进行中频滤波，再模数转换、数字下变频得到各制式的基带信号，将各制式基带信号送往基带处理器完成相关协议融合组帧；最后经光模块变换为光信号后发往bru模块。对于下行，多模cru从多模bru接收到光信号后，经光模块变换为数字基带信号，经基带处理器进行相关协议解帧后得到各制式的基带信号；然后对各制式的基带信号进行数字上变频、数据模转换、中频滤波、射频调制，得到射频信号；最后将射频信号依次送入功放、双工器进行功率放大、滤波后再发送到终端。

更进一步，反馈闭环通过一个开了槽的圆盘和光电传感器作为反馈编码器，槽口的数目等于电机每转所走的步数。由于该发明的电机对于分辨率要求较高，所以需要采用高分辨率的增量编码器。

更进一步，速自适应启动控制；在加减速过程中引入滤波器，使电机的启动及运行更平稳，滤波参数配置0级至31级脉冲平滑，增强机器的运转平稳性，减少电机电流对驱动器的内部冲击。

更进一步，还包括状态指示led用于指示驱动器实时运行状态，如：正常运行状态，制动运行状态，自测试状态，驱动器发生内部或外部故障。

更进一步，所述电源模块，通过电源模块很好的保护基于直流步进电机控制的闭环控制驱动器在安全的工作环境，同时为了避免突然断电造成系统错乱，对驱动器造成磨损，特此采用了ups无间断电源避免意外断电情况发生；

更进一步，所述报警模块，报警模块直连管理员控制终端，发出报警信息从而快速准确的确认和处理问题。

3、本发明所产生的技术效果。

(1)本发明通过多模通讯和反馈设置，实现电机驱动的快速和精准控制。

(2)本发明自测试模式和正常测试模式、相电流设置：驱动器的相电流峰值可以根据电机厂商提供的额定电相电流峰值来设置、状态指示led用于指示驱动器实时运行状态，如：正常运行状态，制动运行状态，自测试状态，驱动器发生内部或外部故障等等、具有过流，短路、过载、高低温、过压，欠压，缺相等故障诊断、状态指示及自动保护功能、支持串口通讯，支持电机温度测量及电机温度过温保护、支持多种制动方式，制动brk信号：制动功能即当驱动器报错或停电时，brk信号发生改变，触发制动，使电机获得额外的锁定力矩。

附图说明

图1为本发明的硬件模块布局以及功能架构图。

图2为本发明的多模通讯分布式架构图。

图3为本发明的多模bru核心处理流程图。

图4为本发明的多模cru核心处理流程图。

图5为本发明的反馈闭环电机核心原理图。

图6为本发明涉及的核心关键技术参数图。

图7为本发明驱动器的实现流程图。

具体实施方式

如图1所示，基于本发明的功能要求，主要采用dsp模块，通讯模块，电源模块，自测试模块和报警模块五大模块实现该驱动器的硬件架构。所述dsp模块包括io、pwm、sci及ad，所述dsp模块实现的主要功能在于接收所述控制参数，判断是否开始控制，并输出驱动所述直流步进电机的电流信号；所述通讯模块包括无线(wifi,5g)和有线(rs485,usb)通讯接口电路，通过所述接口电路块与终端连接，用于实现所述dsp模块和终端之间的通信，所述接口电路还用于反馈和接收参数显示信息。所述电源模块，通过电源模块可以很好的保护基于直流步进电机控制的闭环控制驱动器在安全的工作环境，同时为了避免突然断电造成系统错乱，对驱动器造成磨损，特此采用了ups无间断电源避免意外断电情况发生。所述自测试模块，通过对自测试模块进行设计，将驱动器各部件的功能代码都写入自检模块中，从而可以定期对电机或驱动器的好坏进行检测维护，大大减少了品质检验时间。所述报警模块，报警模块直连管理员控制终端，可以发出报警信息从而快速准确的确认和处理问题。

如图2所示，多模通讯技术主要是基于当下的有线和无线技术，在原有的单模技术上进行扩宽，从而使得通过该驱动器可以支持同时工作的多种制式方式，实现多制式网络同时工作。本发明的多模通讯主要由自主研发的bru和cru实现。其原理是通过天线将外界的数据信号通过端口进行射频处理，然后通过多模cru模块进行解析，该解析的特点是实现通用型解析。无论是哪个方向的信号都可以完美解析，并且错误率低。通过解析后，由基带将信号射频到多模bru模块中，此时bru模块进行解码编码调制等动作，将所接受到的数据转换成驱动器甚至终端能够识别的数据，最终通过传输接口将此类数据传输到对应的核心侧网端上，然后依据相信协议将数据传输到终端上，这便完成了驱动器的数据收集和传输。

所述的bru主要完成基带信号的处理(基带数据调制解调、信道编码等)、系统的资源管理与操作维护、外部环境监控等功能，并提供回传与前传物理接口及系统同步时钟信号。

如图3所示，多模bru的主要逻辑是采用主控单元、基带信号处理单元、传输接口单元、时钟单元等逻辑功能单元。其中，主控单元负责bru的操作、维护、管理及信令与时钟处理；基带信号处理单元负责完成业务数据处理iq信号交换功能，并提供bru与cru连接的光纤接口；传输接口单元负责提供与核心侧网元连接的传输接口；时钟单元则根据不同的外部时钟源，产生模块统一的系统参考时钟、帧号、帧定时等时间信息。此bru模块用于处理不同网络制式的信号，不同制式的系统可使用相同或不同的主控与基带信号处理单元。

如图4所示，多模cru是多模基站的射频处理单元，可以完成对多制式射频信号的收发处理。此模块主要实现射频信号和数字信号转换功能，对上下行信号进行处理。对于上行，是通过从天线接收到多制式射频信号，经双工器完成上下行分离、滤波后进行低噪声放大然后、经混频器变换到中频并进行中频滤波，再模数转换、数字下变频得到各制式的基带信号，将各制式基带信号送往基带处理器完成相关协议融合组帧；最后经光模块变换为光信号后发往bru模块。对于下行，多模cru从多模bru接收到光信号后，经光模块变换为数字基带信号，经基带处理器进行相关协议解帧后得到各制式的基带信号；然后对各制式的基带信号进行数字上变频、数据模转换、中频滤波、射频调制，得到射频信号；最后将射频信号依次送入功放、双工器进行功率放大、滤波后再发送到终端。

如图5所示，上述的反馈闭环技术主要是通过一个开了槽的圆盘和光电传感器作为反馈编码器，槽口的数目等于电机每转所走的步数。由于该发明的电机对于分辨率要求较高，所以需要采用高分辨率的增量编码器。

如图6所示，该发明拥有多项的关键技术参数，包括报警复位功能、细分设置：把步进电机的整部运动细分为若干细分步运动，细分达到25600、失步报警输出功能、电机响应频率最高达500khz以上、主频高达80mhz、输入电压最高48v、上电2秒快速自适应启动控制、内置故障诊断、状态指示和自动保护、在加减速过程中引入滤波器，使电机的启动及运行更平稳，滤波参数可配置0级至31级脉冲平滑，能增强机器的运转平稳性，减少电机电流对驱动器的内部冲击、模式选择：自测试模式和正常测试模式、相电流设置：驱动器的相电流峰值可以根据电机厂商提供的额定电相电流峰值来设置、状态指示led用于指示驱动器实时运行状态，如：正常运行状态，制动运行状态，自测试状态，驱动器发生内部或外部故障等等、具有过流，短路、过载、高低温、过压，欠压，缺相等故障诊断、状态指示及自动保护功能、支持串口通讯，支持电机温度测量及电机温度过温保护、支持多种制动方式，制动brk信号：制动功能即当驱动器报错或停电时，brk信号发生改变，触发制动，使电机获得额外的锁定力矩。制动方式有短路制动，机械制动等、内置com通讯功能的驱动器，驱动器内置usb芯片，电脑、手机等可以作为usb主机的设备，可以完成驱动器的参数设定和运行测试、驱动器内置工业级总线通讯芯片。任何带rs485通讯功能的工业设备，可以通过协议直接控制驱动器的运行。可以串联多台驱动器，实现可靠的中到大型驱动器网络的构建。驱动器的rs485总线接口采用rj45接口，每台驱动器配置有两个rj45接口，用于连接前后两级节点，接其中任何一个都是等效的。支持带点插板、内置无线通讯模块，可以通过无线连接到驱动器，完成驱动器的参数设定和运行测试、支持多种运行信号，如：单脉冲，双脉冲，qep，上下限位开关运动等运行信号。

如图7所示，基于bru和cru的多模通讯和反馈闭环电机驱动方法的实现流程是通过输入最高电压48v后，上电2秒快速自适应启动控制。在加减速过程中引入滤波器，使电机的启动及运行更平稳，滤波参数可配置0级至31级脉冲平滑，能增强机器的运转平稳性，减少电机电流对驱动器的内部冲击。状态指示led用于指示驱动器实时运行状态，如：正常运行状态，制动运行状态，自测试状态，驱动器发生内部或外部故障等等。