本发明涉及电机控制领域，具体而言，涉及一种串联直流电机的控制系统和方法。
背景技术：
电机速度控制技术在自动化控制领域应用十分广泛，其可以用在各类数字控制系统中执行机构的控制单元上，对各种智能机器进行精确地速度控制，其中，该智能机器包括机器人、agv小车等。但是，在现有的电机速度控制系统中，需要控制多个电机，如机器人系统中需要对多个电机进行控制，在控制多个电机(如直流电机)时，需要同时采集多个电机的转速信息，并根据该转速信息发送多个控制信息到相应的电机中，会使得电机控制系统的控制器需要同时收发多组电机信息，这样会占用控制器的大量资源，控制效率低。同时，通过控制器对电机的转速计数会占用控制器的大量资源，此时，若电机速度采集单元不能有效采集到电机的转速，会极大的降低电机控制系统的工作效率。
针对上述在同时控制多个电机时，资源占用大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种串联直流电机的控制系统和方法，以至少解决电机控制系统需要同时控制多个电机时，资源占用大的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种串联直流电机的控制系统，控制系统集成在直流电机的驱动器中，包括：通信单元，用于将接收到的控制信息发送至控制系统的控制单元中，其中，通信单元还用于将控制信息和该控制系统对应的直流电机的状态信息发送至串联的至少一个控制系统中；速度采集单元，与直流电机连接，用于采集直流电机的转速信息，其中，转速信息包括直流电机的脉冲输出参数；控制单元，用于根据控制信息和转速信息生成转速调节参数；驱动单元，与控制单元和直流电机连接，用于根据转速调节参数调节驱动电压。
进一步地，至少一个控制系统中的第一个控制系统与上位机连接，第一个控制系统中还用于接收上位机发送的控制信息；至少一个控制系统中的每一个控制系统都对应有一个直流电机，直流电机用于根据驱动电压转动。
进一步地，速度采集模块包括：倍频控制模块，用于对直流电机输出的脉冲输出参数倍频；解码器，用于对经过倍频的脉冲输出参数进行解码，得到转速信息。
进一步地，控制单元包括：pid控制器，在控制单元中，用于对速度采集单元输出的转速信息和通信单元发送的控制信息进行pid计算，得到转速调节参数。
进一步地，驱动单元包括：pwm调制模块，用于对转速调节参数，进行pwm调制，得到驱动电压参数；电压模块，用于根据驱动电压参数向直流电机输出驱动电压。
进一步地，直流电机包括：编码器，用于对直流电机输出的脉冲信号进行编码，得到脉冲输出参数，并将脉冲输出参数发送到速度采集单元中。
根据本发明实施例另一方面，还提供了一种串联直流电机的控制方法，包括：接收上位机发送的控制信息，其中，上位机与至少一个控制系统中的第一个控制系统连接，至少一个控制系统串联连接；采集直流电机的转速信息，其中，至少一个控制系统中的每个控制系统对应有一个直流电机；根据控制信息和转速信息调节直流电机的驱动电压，其中，直流电机的状态信息和控制信息依次传递给串联的至少一个控制系统中。
进一步地，采集直流电机的转速信息包括：根据预先设定的倍频参数，对直流电机的脉冲输出参数进行倍频；对经过倍频的脉冲输出参数进行解码，得到转速信息。
进一步地，根据控制信息和转速信息调节直流电机的驱动电压包括：对转速信息和控制信息进行pid计算，得到转速调节参数；根据转速调节参数调节直流电机的驱动电压。
进一步地，根据转速调节参数调节直流电机的驱动电压包括：对转速调节参数进行pwm调制，得到驱动电压参数；根据驱动电压参数调节直流电机的驱动电压。
在本发明实施例中，可以实现利用通信单元将控制信息发送至控制系统的控制单元中，其中，通信单元还可以将控制信息和该控制系统对应的直流电机的状态信息发送至串联的至少一个控制系统中，同时可以利用速度采集单元采集直流电机的转速信息，然后，控制单元可以根据控制信息和转速信息生成转速调节参数，驱动单元可以根据转速调节参数调节直流电机的驱动电压。根据该实施例，电机的控制系统可以串联连接，控制信息可以依次传递到串联的控制系统中，不需要同时发送多个控制信息到直流电机对应的控制系统中，节省了上位机的控制资源，使得串联的控制系统能根据控制信息不断的调整转速,解决电机控制系统需要同时控制多个电机时，资源占用大的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的串联直流电机的控制系统的示意图；
图2是根据本发明实施例的另一种可选的串联直流电机的控制系统的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的串联直流电机的闭环反馈控制系统的示意图；
图4是根据本发明实施例的一种可选的多直流电机的串联控制网的示意图；以及
图5是根据本发明实施例的一种可选的串联直流电机的控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为便于理解本申请提供的技术方案，下面对本发明实施例中出现的部分术语或名词进行解释：
倍频(clockmultiplier)：是指电机反馈脉冲的倍频，可以提高编码器的分辨率。
脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，缩写为pwm)，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种技术，其控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形，也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且谐波少，按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
图1是根据本发明实施例的一种可选的串联直流电机的控制系统的示意图，如图1所示，该控制系统包括：
通信单元11，用于将接收到的控制信息发送至控制系统的控制单元中，其中，通信单元还用于将控制信息和该控制系统对应的直流电机的状态信息发送至串联的至少一个控制系统中；
速度采集单元13，与直流电机19连接，用于采集直流电机的转速信息，其中，转速信息包括直流电机的脉冲输出参数；
控制单元15，用于根据控制信息和转速信息生成转速调节参数；
驱动单元17，与控制单元和直流电机连接，用于根据转速调节参数调节驱动电压。
通过上述实施例，可以实现利用通信单元11将接收到的控制信息发送至控制系统的控制单元中，其中，通信单元还可以将控制信息和该控制系统对应的直流电机19的状态信息发送至串联的至少一个控制系统中，同时可以利用速度采集单元13采集直流电机的转速信息，然后，控制单元15可以根据控制信息和转速信息生成转速调节参数，驱动单元17可以根据转速调节参数调节直流电机的驱动电压。根据该实施例，电机的控制系统可以串联连接，控制信息可以依次传递到串联的控制系统中，不需要同时发送多个控制信息到直流电机对应的控制系统中，节省了上位机的控制资源，使得串联的控制系统能根据控制信息不断的调整转速,解决电机控制系统需要同时控制多个电机时，资源占用大的技术问题。
同时，串联的直流电机的控制系统之间可以共享转速信息，达到了有效节省电机控制资源，提高控制精度和效率的效果。
可选的，上述实施例可以应用于各个直流电机中，上述的控制系统用于控制直流电机的转动，该直流电机可以为直流伺服电机。上述所描述的控制系统可以集成在直流电机的驱动器中。本实施例中所描述的向控制系统发送控制信息可以理解为是向直流电机对应的驱动器发送控制信息。该控制系统可以通过相应的通信协议与其他直流电机的控制系统进行数据传递。
可选的，至少一个控制系统中的第一个控制系统与上位机连接，第一个控制系统中还用于接收上位机发送的控制信息；至少一个控制系统中的每一个控制系统都对应有一个直流电机，直流电机用于根据驱动电压转动。
另一种可选的实施方式，该上位机在向至少一个控制系统发送控制信息之前，其可以预先存储直流电机的转速参数，该预先存储的转速参数可以是直流电机转动的标准参数。可选的，上位机可以是各种控制终端，例如，pc、单片机等。
可选的，上述的通信单元可以为串联通信单元，其中，第一个电机的通信单元可以连接上位机和下一个控制系统，该通信单元用于接收上位机发送的控制信息，并将该控制信息和直流电机的状态信息发送到至少一个其他直流电机的控制系统中。其中，状态信息可以包括直流电机的转速参数和控制系统生成的转速调节参数。
另一种可选的实施方式，速度采集单元可以与控制系统的控制单元连接，以将采集到的直流伺服电机的转速信息发送到控制单元中，使得控制单元可以根据该转速信息生成电机的转速调节参数。
对于上述的控制单元，其可以是微控制器，该控制单元可以接收通信单元发送的控制信息，并对速度采集单元发来的转速信息进行相应的计算，以得到调节电机的转速调节参数，该转速调节参数可以为数字信号，控制单元可以将该转速调节参数发送到驱动单元。
另一种可选的实施方式，速度采集模块包括：倍频控制模块，用于对直流电机输出的脉冲输出参数倍频；解码器，用于对经过倍频的脉冲输出参数进行解码，得到转速信息。
通过上述实施方式，速度采集单元在采集直流电机的脉冲输出参数时，可以提高解码器的分辨率，采用倍频控制模块，可以在倍频控制模块预先设置倍频参数，例如，4倍。即倍频控制模块可以预先设置的倍频参数，对采集的直流电机的脉冲输出参数进行倍频，并进行相应的解码，得到对应的转速信息。例如，在电机装置了1000线的编码器，在没有设置倍频参数的情况时，电机转一圈可以采集1000个脉冲，而本发明实施例中对倍频控制模块设置倍频参数为4倍，则电机转一圈可以采集4000个脉冲的输出，脉冲的分辨率提高了4倍。
可选的，上述速度采集模块中的解码器可以对脉冲输出参数进行解码，得到对应的转速信息，并将该转速信息发送到电机的控制系统的控制单元。
对于上述的控制单元，其可以包括：pid控制器，在控制单元中，用于对速度采集单元输出的转速信息和通信单元发送的控制信息进行pid计算，得到转速调节参数。
需要说明的是,在本发明中的pid是比例(p)、积分(i)和微分(d)的简称。在过程控制中，按偏差比例(p)、积分(i)和微分(d)进行控制的pid控制器是应用广泛的一种自动控制器。
可选的，驱动单元包括：pwm调制模块，用于对转速调节参数，进行pwm调制，得到驱动电压参数；电压模块，用于根据驱动电压参数向直流电机输出驱动电压。
需要说明的是，直流电机还可以包括：编码器，用于对直流电机输出的脉冲信号进行编码，得到脉冲输出参数，并将脉冲输出参数发送到速度采集单元中。
即驱动单元可以对控制单元发送的数字信号(即转速调节参数)进行pwm调制，控制单元发送的数字信号中可以包括pwm占空比信号，驱动单元对该pwm占空比信号进行调制，得到相应的pwm波，该pwm波可以是一种驱动信号，用于调节相应的电压参数，以输出相应的驱动电压到直流电机中，驱动直流电机的转动。
可选的，上述的直流电机可以为多种，在本实施例中，直流电机可以是直流伺服电机，该直流伺服电机根据电压参数做出相应的转动，其转速可以与控制单元发送的转速调节参数是一致的。
对于上述的控制系统，其还可以包括电源单元和存储单元，该电源单元可以与控制单元和驱动单元连接，以向该控制系统的其他单元提供电能；对于存储单元，可以每间隔一个预定时间段存储一次直流电机的转速信息，其中，该预定时间段可以是预先设置的，如1分钟。
通过上述实施方式，控制系统接收上位机发送的控制信息，结合速度采集单元采集到的直流电机的转速信息，生成相应的转速调节参数，以控制直流电机的转动。这样，可以节省直流电机的控制资源，使得串联的各个电机的控制系统能够输出对应的驱动电压，驱动对应的直流电机的转动。
下面是根据本申请的具体地实施方式。
图2是根据本发明实施例的另一种可选的串联直流电机的控制系统的示意图，如图2所示，系统主要是用于多直流伺服电机转速控制，系统包括串联通信单元22、控制单元23、驱动单元24、速度采集单元26、电源单元29、存储单元28，该控制系统可以与上位机21和串联电机27的控制系统连接，该控制系统可输出相应的驱动电压，以控制直流伺服电机25的转动。如图2所示，控制单元可以采用stm32f407芯片,作为控制系统的控制中心，实现通信、pid控制、决策等功能；串联通信单元可以采用rs232通信方式，连接上位机和其它串联电机，以接受电机控制信息，并发送自身状态信息；驱动单元可以包括双h桥，根据stm32快速pwm输出模式输出的pwm调制输入电压，以输出控制伺服电机的数字信号；速度采集单元可以通过hctl2032采集转速编码脉冲，同时，速度采集单元可以预先设置倍频参数，以进行脉冲倍频控制。
通过上述的实施方式，可以使得整个系统形成速度环，对直流伺服电机进行精确控制。
其中，在该直流伺服电机的控制系统中可以设置解码器，其中，编码器可以利用倍频的方式提高分辨率，该分辨率可以是采集到的直流伺服电机的脉冲数的分辨率。可选的，直流电机的转速调节范围可以为50-60000min-1，控制单元的电源电压的范围可以为6v-40v；对于电机的电源电压范围可以为0v-40v。
可选的，上位机发送到电机的串联通信单元的控制信息可以有一个信息传输速度，本实施例中的控制信息的传输速度可以为多种，例如，可以为115200baud。
通过上述实施方式，可以减小直流电机转速控制误差，提高了电机的控制精度。
图3是根据本发明实施例的一种可选的串联直流电机的闭环反馈控制系统的示意图，如图3所示，该系统可以实现多直流伺服电机转速控制，系统可以包括pid控制器、驱动电路、编码器、解码器等，该控制系统可以控制直流电机的转速。可选的，该系统还可以包括串联通信单元、速度采集单元、控制单元、电源单元、存储单元，其中，通过pid控制器进行计算，可以得到相应的pid修正参数；编码器可以为光电编码器，其可以用于对采集到直流电机的转速信息进行编码；解码器用于对编码器输出的脉冲参数进行解码，得到可供控制单元计算的转速信息；通过速度采集单元可以获取直流电机的转速数据，并对直流电机输出的脉冲信号进行倍频，这样可以提高速度采集单元采集的脉冲输出信号，提高脉冲的分辨率。控制单元可以对采集到的转速信息和上位机发送的控制信息进行计算，得到转速误差，并对转速误差进行pid修正。
可选的，上述实施方式中的控制系统可在串联网中实现，如图4所示，上位机将转速控制信息和电机参数信息通过通信单元发送到第一个直流电机的控制系统中，第一个直流电机根据相应的通信协议将控制信息发送到串联在一起的下二个直流电机的控制系统，以此类推逐个发送控制信息和相应的电机参数到电机的控制系统中，以控制直流电机的转动，信息流进行串联发送，这样可以节省上位机的控制资源。同时，每个电机的控制系统，在传输状态信息和上位机发送的控制信息时，可以使得各电机间数据共享，提高控制精度和效率。
可选的，在图4所示的上位机和电机的控制系统连接是通过rs232通信连接，其中，rxd可以进行读操作，txd可以进行写操作，每一个控制系统可以驱动一个对应的电机转动。
可选的，上述的控制单元可以采用多种控制芯片，例如，stm32f407zet6芯片。通过该控制单元可以实现通信、pid控制、决策等功能。
另一种可选的实施方式，电源单元可以采用多种稳压芯片，例如lm2596t-3.3稳压芯片，通过该电源电压，可以较大的向各个单元输入电压，输出的电流最大为3a。通过该电源单元，可以实现电机控制的低功耗，高效率。
可选的，上述电机驱动单元可以实现对电机传输的控制信号进行隔离，同时可以驱动电机工作。其中，驱动单元中可以包括驱动芯片，如，tlp521-4芯片，该芯片是可控制的光耦合器件，其可以将发光二极管和光敏管封装在一起，发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏管转换为电信号输出。通过该芯片，可以耦合传输的信号，还可以隔离外来信号的干扰，目的在于隔离控制单元与驱动芯片之间的pwm波信号和相关控制信号，以减小电压的干扰，增强电路的安全性。
可选的，本发明实施例中的电机驱动单元还可以采用lmd18200芯片，该芯片是专用于直流电动机驱动的h桥组件，在该芯片上可以集成控制电路和功率器件，利用该芯片，可以与主控制器、电机和编码器构成一个完整的运动控制系统。可选的，驱动单元输出电流的峰值可以为6a，连续输出电流可以为3a。
可选的，速度采集单元可以采用多种芯片，例如hctl2032芯片，通过该芯片可以进行高速、高精度的正交解码，其最高时钟频率可达33mhz，最高倍频可达到4倍；可选的，该速度采集单元可以进行二进制32位可逆计数，同时可通过8位总线进行数据传输，方便操作；内部通过施密特触发进行噪音滤波，该速度采集单元的抗噪能力强。
通过上述实施方式，电机的控制系统可以采用串联的方式进行控制，上位机将转速控制信息和电机参数信息，通过通信单元发送到第一个控制系统，第一个控制系统根据相应的通信协议发送到串联在一起的第二个直流伺服电机控制系统，以此类推逐个发送控制信息和相应的电机参数，通过信息流进行串联发送，这样可以节省上位机的控制资源，同时使各电机间的数据可以共享，提高控制精度和效率。同时，本申请实施例中可以采用单独的解码编码脉冲单元，同时该单元可以对采集的转速脉冲进行倍频控制，通过速度采集单元可以降低转速采集的机械要求，提高控制精度。最后，电机的控制系统可以采用串联的方式，串联多个直流电机，便于进行扩展。
根据本发明实施例，提供了一种串联直流电机的控制方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图5是根据本发明实施例的一种可选的串联直流电机的控制方法的流程图，如图5所示，该方法包括如下步骤：
步骤s501，接收上位机发送的控制信息，其中，上位机与至少一个控制系统中的第一个控制系统连接，至少一个控制系统串联连接。
步骤s503，采集直流电机的转速信息，其中，至少一个控制系统中的每个控制系统对应有一个直流电机。
步骤s505，根据控制信息和转速信息调节直流电机的驱动电压，其中，直流电机的状态信息和控制信息依次传递给串联的至少一个控制系统中。
通过上述实施例，电机的控制系统可以接收上位机发送的控制信息，其中，上位机与至少一个控制系统中的第一个控制系统连接，至少一个控制系统串联连接，同时采集直流电机的转速信息，其中，至少一个控制系统中的每个控制系统对应有一个直流电机，然后，电机的控制系统可以根据控制信息和转速信息调节直流电机的驱动电压，并将直流电机的状态信息和控制信息依次传递给串联的至少一个控制系统中。根据该实施例，电机的控制系统可以串联连接，控制信息可以依次传递到串联的控制系统中，不需要同时发送多个控制信息到直流电机对应的控制系统中，节省了上位机的控制资源，使得串联的控制系统能根据控制信息不断的调整转速,解决电机控制系统需要同时控制多个电机时，资源占用大的技术问题。
同时，串联的电机的控制系统之间可以共享转速信息，提高控制精度和效率的效果。
可选的，采集直流电机的转速信息包括：根据预先设定的倍频参数，对直流电机的脉冲输出参数进行倍频；对经过倍频的脉冲输出参数进行解码，得到转速信息。
另一种可选的实施方式，根据控制信息和转速信息调节直流电机的驱动电压包括：对转速信息和控制信息进行pid计算，得到转速调节参数；根据转速调节参数调节直流电机的驱动电压。
可选的，根据转速调节参数调节直流电机的驱动电压包括：对转速调节参数进行pwm调制，得到驱动电压参数；根据驱动电压参数调节直流电机的驱动电压。
对于上述的实施方式，在采集直流电机的转速信息之前，方法还包括：对直流电机的脉冲信号进行编码，得到脉冲输出参数。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。