专利名称：一种有刷直流电机控制驱动器的制作方法
技术领域：
一种有刷直流电机控制驱动器技术领域[0001]本实用新型涉及控制和驱动领域，特别涉及一种可应用于多种场合的具有数据接收、上位机通信、速度环、位置环、数字PID电流环和模拟PID电流环控制，及全H桥驱动功能的有刷直流电机控制驱动器。
背景技术：
[0002]伺服控制驱动器是用来控制和驱动电机的一种电路，主要应用于控制和驱动各种形式的电机，实现高精度定位、快速跟随、稳定跟踪等伺服功能。一般通过位置、速度、电流 (力矩)三种方式对电机进行控制；通过半H桥、全H桥、PWM脉宽调制等方式对电机进行驱动。在伺服控制领域，对电机控制和驱动通常采用控制电路和驱动电路分离设计的模式。这种传统的设计模式集成度低，板卡体积大，成本高；同时大多数的控制电路采用DSP+FPGA 的架构，其高昂成本不适用于整体性能要求相对较低的伺服控制系统。实用新型内容[0003]本实用新型提供了一种能应用于多种伺服控制系统的电机控制驱动器，具有集成度高、功能完备、驱动能力强、成本低廉等特点。[0004]本实用新型特指伺服系统中有刷直流电机的控制驱动器。[0005]本实用新型采用的技术方案如下一种有刷直流电机控制驱动器，硬件电路包括单片机、光耦、至少两个串口通信芯片、AD转换、DA转换、模拟PID、两个定时器、PLD和全H 桥电路；所述光耦与外部限位开关连接接收信号；串口通信芯片I与外部传感器连接，采用半双工方式接收外部数据；串口通信芯片2与上位机连接，采用全双工方式与上位机通信； 单片机接收并处理数据，实现控制算法以及伺服系统的速度环、位置环控制。[0006]作为优选由电流采样得到的电压信号经反馈与单片机给出的DA控制量比较，经过模拟PID调节控制输出；定时器I产生周期固定的脉冲信号并与定时器2连接，模拟PID 调节控制定时器2产生脉宽可调的PWM信号，并将之传送至PLD，PLD通过控制逻辑算法实现对全H桥的驱动控制，构成电机控制的模拟电流环。[0007]作为优选由电流采样得到的电压信号经AD采样，传送至单片机由控制算法实现数字PID控制环路，其参数可由控制算法修改，由单片机产生PWM信号。[0008]作为优选驱动电机转动的全H桥驱动电路包括功率驱动芯片、功率芯片和三极管。[0009]本实用新型的优点在于集成控制和驱动与一体，集成程度高；外部接口齐全，能接受多路限位开关信号、外部传感器信号和上位机信号，方便应用于复杂的伺服控制系统； 具备两种电流环路实现方式，能实现速度环和位置环控制；采用全H桥驱动方式，驱动能力强；采用单片机+PLD等性价比高的芯片，较DSP+FPGA架构成本低廉。
[0010]本实用新型将通过实施例并参照附图的方式进行说明，其中[0011]图I是该控制驱动器的原理框图；[0012]图2是该控制驱动器的实施例示意图。
具体实施方式
[0013]一种有刷直流电机控制驱动器，包括单片机、光耦、串口通信芯片、AD转换、DA转换、模拟PID、两个定时器、PLD和全H桥电路。能够实现数据接收、上位机通信控制、位置环路和速度环路的控制算法实现、数字电流环和模拟电流环构建、控制逻辑算法实现和电机全H桥驱动等功能，串口通信芯片为RS422芯片。[0014]在上述技术方案中，单片机通过I/O 口与光耦和RS422转换芯片(2片)连接，进行数据交换。光耦与外部限位开关连接，接收限位开关信号。RS422芯片I与外部传感器连接，采用半双工通信工作方式接收外部数据；RS422芯片2与外部上位机连接，采用全双工工作方式通信。[0015]在上述技术方案中，由电流采样得到的电压信号通过电压反馈与单片机给出的DA 控制量比较，经过模拟PID调节控制。定时器I产生固定周期脉冲信号并与定时器2连接， PID输出量调节定时器2产生脉宽可调的PWM信号，并将之传送至PLD芯片。PLD通过控制逻辑算法实现对全H桥的驱动控制，构成电机控制的模拟电流环。模拟电流环PID参数由硬件确定，能够针对特定参数的有刷直流电机进行设置，具有环路带宽高的优点，方便应用于对精度要求高的伺服控制系统。[0016]在上述技术方案中，由电流采样得到的电压信号还可以经AD采样后传送至单片机，由单片机内的控制算法实现数字PID控制环路。其参数可由控制算法灵活修改，由单片机直接产生PWM信号传送至PLD芯片。数字电流环的PID参数可针对多种有刷直流电机在线适配，环路带宽较模拟电流环低，可方便应用于精度一般的伺服控制系统。[0017]在上述技术方案中，单片机与PLD芯片连接，将控制信号传送至PLD芯片完成逻辑控制并产生驱动信号，之后将之传送至由功率管驱动芯片、功率管和三极管构成全H 桥驱动电路。全H桥驱动电路与外部有刷直流电机连接，驱动电机转动。[0018]如图I和图2所示意，控制驱动器的实施方法可以如下[0019] 控制电路部分[0020]单片机采用C8051F340，光耦采用TLP521-4，RS422芯片采用MAX490ESA。外部限位开关信号通过光耦进行隔离，并将之传送至单片机。外部传感器发送的位置信号通过RS422 芯片I转换后传送至单片机。上位机和单片机通过RS422芯片2进行通信。当单片机接收到上位机命令后，通过光耦和RS422芯片I实时采集限位开关和传感器数据并获得伺服系统当前的状态；之后单片机分析并响应上位机命令，通过控制算法给出控制信号。[0021]此外，当单片机通过分析限位开关信号和传感器数据判断出完成上位机命令后， 会通过RS422芯片2发送完成信号至上位机。[0022] 模拟电流环和数字电流环部分[0023]模拟电流环硬件电路由定时器芯片ICM7555ID，PLD芯片GAL16V8D-15LJI，DA芯片AD5447等组成。由采样电阻进行电流采样得到的电压信号，经反馈与单片机输出的DA 控制量比较，通过由模拟PID调节，控制定时器I和定时器2组合产生脉冲宽度可调的PWM信号并将之传送至PLD芯片。PLD芯片接收单片机传来的控制信号和定时器组传来的PWM 信号，通过逻辑算法产生驱动信号，实现电机控制的模拟电流环。[0024]数字电流环硬件由单片机芯片C8051F340及其自身的AD采样模块组成。通过采样电阻得到的电压信号经AD采样，传送至单片机由控制算法实现数字PID控制环路，其参数可由控制算法修改，由单片机产生PWM信号。[0025] 驱动电路部分[0026]功率管驱动芯片采用TPS2816DBV和NL27WZ16，功率管有两种，分别选择 IRFR3411和IRFR6215，三极管有两种，分别选择BC807和BC817。功率管驱动芯片、功率管和三极管组成全H桥驱动电路，对驱动信号进行功率放大并驱动外部电机转动。[0027]如图2所示，一种有刷直流电机控制驱动器通过接收外部限位开关信号、传感器数据和上位机命令按照控制算法和逻辑算法进行运算处理，驱动外部电机按照上位机命令运转，实现对电流环、速度环和位置环的闭环控制。[0028]本实用新型可应用于多种伺服系统的有刷直流电机控制驱动器，创新的集成数字电流环和模拟电流环两种环路于一体。针对应用于高精度伺服控制的特定电机，可选用模拟PID电流环；针对应用于一般场合的有刷直流电机，可选用数字PID电流环。数字PID电流环的参数可通过控制软件修改，能够匹配多种有刷直流电机。该控制驱动器还能够实现对速度环和位置环的控制，集成全部伺服控制功能。[0029]本说明书中公开的所有特征，除了相互排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。[0030]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。[0031]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何更改、等同替代和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种有刷直流电机控制驱动器，其特征在于硬件电路包括单片机、光耦、至少两个串ロ通信芯片、AD转换、DA转换、模拟PID、两个定时器、PLD和全H桥电路；所述光耦与外部限位开关连接接收信号；串ロ通信芯片I与外部传感器连接，采用半双エ方式接收外部数据；串ロ通信芯片2与上位机连接，采用全双エ方式与上位机通信；单片机接收并处理数据，实现控制算法以及伺服系统的速度环、位置环控制。
2.根据权利要求I所述的ー种有刷直流电机控制驱动器，其特征在于由电流采样得到的电压信号经反馈与单片机给出的DA控制量比较，经过模拟PID调节控制输出；定时器I产生周期固定的脉冲信号并与定时器2连接，模拟PID调节控制定时器2产生脉宽可调的PWM信号，并将之传送至PLD，PLD通过控制逻辑算法实现对全H桥的驱动控制，构成电机控制的模拟电流环。
3.根据权利要求I所述的ー种有刷直流电机控制驱动器，其特征在干由电流采样得到的电压信号经AD采样，传送至单片机由控制算法实现数字PID控制环路，其參数可由控制算法修改，由单片机产生PWM信号。
4.根据权利要求I所述的ー种有刷直流电机控制驱动器，其特征在于驱动电机转动的全H桥驱动电路包括功率驱动芯片、功率芯片和三极管。
专利摘要本实用新型公开了一种有刷直流电机控制驱动器，涉及控制和驱动领域，硬件电路包括单片机、光耦、至少两个串口通信芯片、AD转换、DA转换、模拟PID、两个定时器、PLD和全H桥电路；所述光耦与外部限位开关连接接收信号；串口通信芯片1与外部传感器连接，采用半双工方式接收外部数据；串口通信芯片2与上位机连接，采用全双工方式通信。本实用新型电路集成度高，工作稳定可靠，便于调试和维护，具有响应速度快，驱动能力强，功能齐全，成本低廉，针对不同电机适配性强等优点。
文档编号H02P7/28GK202818206SQ20122050445
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者范健华, 晁攀攀, 李萍 申请人:四川九洲电器集团有限责任公司