挖掘机电机动控制技术的制作方法

本发明涉及混合动力挖掘机上的多电机的集群驱动控制技术。

背景技术：

由于混合动力挖掘机上需要的电机多，并且各个电机的工作方式均不相同，目前国内外相类似的产品中都是对每个的电机采用独立的控制电路和驱动电路，电路冗余多，集成度不高，硬件成本高，所占体积大，重量重，且对电机的精确控制度不高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种对多电机集群控制的低成本、体积小、重量轻，并且对电机的精确控制度高的技术。

该多电机的集中驱动控制技术由外围信号接收电路，主处理器电路，缓存电路，协处理器电路，n个电机驱动电路组成，。其中外围信号接收电路由a/d转换电路、can总线收/发电路、电机反馈处理电路这三部分电路组成：a/d转换电路可将外部的模拟控制信号转换成主处理电路所需要的数字信号；can总线收/发电路可将外部其他设备传输来的对相应电机的控制信号转换成主处理电路所需要的数字信号；电机反馈处理电路可将各电机的电流反馈和速度反馈转换成主处理电路所需要的数字信号。a/d转换电路、can总线收/发电路、电机反馈处理电路分别与主处理电路连接，主处理电路连接协处理电路，协处理电路连接n个电机驱动电路，缓存电路与主处理电路和协处理电路连接。主处理电路由主处理器(dsp)、电容、电阻、晶振，i/o接口芯片，看门狗芯片、程序存储芯片组成，主要使主处理器能根据程序正常工作。缓存电路选用可读写的ram，有地址口，数据口，读/写口，片选口，提供给主处理器写数据地址空间和协处理器读数据地址空间。协处理电路由协处理(mcu)、电容、电阻、晶振，i/o接口芯片，看门狗芯片、程序存储芯片组成，主要使主处理器能根据程序正常工作。每个电机驱动电路由光耦，小功率驱动芯片，大功率驱动芯片组成，主要实现强弱电隔离，功率放大和对电机的驱动。

混合动力挖掘机上的电机主要分为三类：直流电机，三相永磁电机和发电机。对这三类电机需分别采用不同的控制方式，对直流电机采用脉宽调速方式，对三相永磁电机采用变频调速方式，对发电机的发电功率调节采用励磁电流(pwm)调节方式。

主处理器接收到直流电机，三相永磁电机和发电机这三类电机的控制信号和速度、电流反馈信号，分别进行相应的运算处理：对脉宽调速的直流电机，进行速度反馈和电流反馈的双闭环控制计算，生成此电机下一步工作脉宽中的高电平时间和底电平时间，即驱动电路中相对应的功率开关管的导通/断开时间；对变频调速的三相永磁电机，根据控制信号、速度和电流反馈的双闭环控制，采用三角波截取正弦波方法计算，生成生成此电机下一步工作的a、b、c三相桥式电路中六个功率开关管所对应的导通/断开时间；对发电机发电功率的励磁电流调节，生成控制励磁电流功率开关管的导通/断开时间。主处理器对这些电机的所有功率开关管的导通/断开时间采用统一的时间进行从先到后的排序，就生成了所有电机的控制命令字。主处理器将这些控制命令字存储到相应的缓存地址中，即完成了一个循环周期的综合运算。

这些控制命令字实际上是时间上的串行控制命令。协处理器的工作就是不断读取缓存芯片的内容，通过定时器中断的方式按先后顺序对所有功率开关管完成通断控制，从而实现对所有电机的控制。

该挖掘机电机动控制技术的优点是成本低、体积小、重量轻，并且对电机的精确控制度高。

附图说明

图1为挖掘机电机动控制技术结构示意图;

图2为控制命令字组成及逻辑关系图;

图3为励磁可调节发电机驱动控制电路图;

图4为直流电机驱动控制电路图;

图5为三相永磁同步电机(发电/电动一体机)驱动控制电路图。

具体实施方式

主处理器芯片选用dsp，它通过相关外围芯片接收所有电机的控制命令和所有电机反馈信号，经过综合运算生成控制命令字，刷新缓存芯片的相应地址，并通知协处理器芯片。

控制命令字分为两部分，第一部分的位数(bit)为电机数量的四倍，每四位(半字节)对应一个电机，如第一个四位为“0000”表示此控制命令字不控制编号为1的电机，为“1111”表示控制编号为1的电机处于发电状态，“1110”表示控制编号为1的电机脉宽调速为高电平，“1101”表示控制编号为1的电机脉宽调速为低电平，剩下的组合分别表示控制编号为1的电机变频调速的a，b，c三相桥的导通状态；第二部分用2字节，表示此状态的维持时间，参见附图2。

以控制四个电机为例，电机编号分别为1，2，3，4。其中1号电机和2号电机是直流电机，3号电机是励磁可调节发电机，4号电机是三相永磁同步电机(发电/电动一体机)，这三种电机的驱动控制电路分别见附图3，4，5。控制命令字如下表：

协处理器依次读取表中的命令控制字执行相应的操作，当读取到序号1的命令控制字时，根据附图2中的控制逻辑表，控制电机1不工作，控制电机2的z’，f截止，z，f’导通，控制电机3的k导通(见附图3)，控制电机4的a，b’，c，g’截止，a’，b，c’，g导通，同时将控制命令字的第二部分58dd送至协处理器内置的定时器定时计数；当定时器产生中断时(持续时间结束)协处理器读取序号2的命令控制字，执行同样的操作。

缓存芯片选用sdram，分上下两个地址区，当主处理器检查协处理器在读上半区时，则刷新下半区，刷新完成后通知协处理器结束上半区的读工作，改从下半区的入口地址顺序下读；

协处理器芯片选用mcu，它的工作就是不断读取缓存芯片的内容，将控制命令字的第一部分执行到驱动电路，将第二部分的状态维持时间送入定时器。定时器设定为中断方式，当中断请求时对下一个控制命令字进行同样操作。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种挖掘机电机动控制技术。该挖掘机电机动控制技术由外围信号接收电路，主处理器电路，缓存电路，协处理器电路，N个电机驱动电路组成。主处理器接收到电机的控制信号和速度、电流反馈信号，分别进行相应的运算处理。对这些电机的所有功率开关管的导通/断开时间采用统一的时间进行从先到后的排序，就生成了所有电机的控制命令字。该挖掘机电机动控制技术的优点是成本低、体积小、重量轻，并且对电机的精确控制度高。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：天津兴扬瑞迪科技有限公司
技术研发日：2016.12.25
技术公布日：2018.07.03