一种无刷电机伺服控制器驱动的家用碾米机系统的制作方法

本发明涉及机械控制领域，具体一种无刷电机伺服控制器驱动的家用碾米机系统。

背景技术：

直流有刷电机采用机械电刷进行换向，电刷寿命短，电机使用一段时间以后，需要打开电机更换碳刷，费时费力，直流有刷电机效率较低，电机发热大，输出扭矩偏低，直流有刷电机无法实现速度和转向调节，光感元件容易受到粉尘干扰。

技术实现要素：

为这解决现有目前刷电机所存在的问题，本发明的目的在于实现高性能的伺服控制，采用电子换向，无需更换碳刷，寿命长，效率高，温升低，电机过载能力强，采用最新的电力电子控制技术，可以实现速度和转向灯的调节，根据负载电流检测来判断有料和无料，不受外界环境影响，可靠性高，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无刷电机伺服控制器驱动的家用碾米机系统，包括伺服控制器、无刷伺服电机、人机界面和其他外设，所述伺服控制器由整流电路、逆变回路、开关电源和数字信号处理器组成，整流电路的一端与电源电性连接，整流电路的另一端分别与逆变回路和开关电源电性连接，逆变回路通过三相线与无刷伺服电机电性连接，所述整流电路还分别通过母线电压和母线电流与数字信号处理器的输入端电性连接，无刷伺服电机分别通过速度信号与位置信号与数字信号处理器电性连接，数字信号处理器的输入端还电性连接有人机界面和其他外设，数字信号处理器的输出端电性连接有逆变回路和其他外设。

优选的，无刷伺服电机由电动机本体、位置传感器和电子开关线路组成，位置传感器和电子开关线路电性连接，电子开关线路上分别锡焊有第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管，第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管分别与电动机本体内部的三相定子绕组相接。

优选的，位置传感器由三个相差120度的磁性霍尔器件组成，磁性霍尔器件均匀插入到电动机本体内部定子的一端。

优选的，整流电路的母线电流上安装有母线电流检测及干预模块，母线电流干预模块设定母线电流上限。

优选的，整流电路的母线电压上安装有母压电压检测前馈模块，母线电流检测及干预模块和母压电压检测前馈模块均与pi调节器相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本无刷电机伺服控制器驱动的家用碾米机系统，基于bldc控制技术，采用母线电流检测及干预技术和母线电压检测前馈技术控制无刷伺服电机，实现电机电流、转矩和速度精确控制，同时结合输入外设信号的检测以及输出外设信号的控制，实现高性能的伺服控制，采用电子换向，无需更换碳刷，寿命长，效率高，温升低，电机过载能力强，采用最新的电力电子控制技术，可以实现速度和转向灯的调节，根据负载电流检测来判断有料和无料，不受外界环境影响，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的整体原理框图；

图2为本发明的无刷伺服电机结构图；

图3为本发明的无刷伺服电动机半控桥电路原理图；

图4为本发明的母线电流检测及干预模块框图；

图5为本发明的母压电压检测前馈模块框图；

图6为本发明的系统总体电路原理图。

图中：1伺服控制器、11整流电路、12逆变回路、13开关电源、14数字信号处理器、2无刷伺服电机、21电动机本体、22位置传感器、23电子开关线路、231第一功率开关管、232第二功率开关管、233第三功率开关管、3人机界面、4其他外设。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种无刷电机伺服控制器驱动的家用碾米机系统，包括伺服控制器1、无刷伺服电机2、人机界面3和其他外设4，伺服控制器1由整流电路11、逆变回路12、开关电源13和数字信号处理器14组成，整流电路11的一端与电源电性连接，整流电路11的另一端分别与逆变回路12和开关电源13电性连接，逆变回路12通过三相线与无刷伺服电机2电性连接，整流电路11还分别通过母线电压和母线电流与数字信号处理器14的输入端电性连接，整流电路11的母线电流上安装有母线电流检测及干预模块，母线电流干预模块设定母线电流上限，实时监测母线电流，如果撞线则及时修改速度环pi调节器的输出以抑制母线电流，让其始终不超过极限值，从而保证长时间可靠的最大输出电流。具体实现引入速度环前馈环节，通过电机反电势计算得到，然后清除速度环误差历史积累，最终得到速度环输出，整流电路11的母线电压上安装有母压电压检测前馈模块，母线电流检测及干预模块和母压电压检测前馈模块均与pi调节器相连接，当负载突变时电机会失速，电机跟随性不容易做好，本项目引入了母线电压实时检测环节，结合碾米机的负载特性，引入速度前馈控制，比较好的解决了因为负载突变导致的速度波动，电机响应速度更快，速度更平稳，无刷伺服电机2分别通过速度信号与位置信号与数字信号处理器14电性连接，数字信号处理器14的输入端还电性连接有人机界面3和其他外设4，数字信号处理器14的输出端电性连接有逆变回路12和其他外设4，无刷伺服电机2由电动机本体21、位置传感器22和电子开关线路23组成，位置传感器22和电子开关线路23电性连接，位置传感器22由三个相差120度的磁性霍尔器件组成，磁性霍尔器件均匀插入到电动机本体21内部定子的一端，借助安装在转子上的磁钢的霍尔效应作用，使磁场依次作用到霍尔器件上，并依照三只霍尔的不同输出状态变化来检测转子磁极的位置，这样，随着电机转子的转动，定子绕组在位置传感器vp1、vp2、vp3的控制下，便可以一相一相地依次馈电，实现了各相绕组电流的换相，在换相过程中，定子各相绕组在工作气隙内所形成的旋转磁场是跳跃式的，这种旋转磁场在360度电角度范围内有三种磁状态，每种磁状态持续120度电角度，各相绕组电流与电动机转子磁场的相互关系，a为第一种状态，fo为绕组a-a’通电后所产生的磁动势，显然，绕组电流与转子磁场的相互作用，使转子沿顺时针方向旋转；转过120度电角度后，便进入第二状态，这时绕组a-a’断电，而b-b’随之通电，即定子绕组所产生的磁场转过了120度，电动机定子继续沿顺时针方向旋转；再转120度电角度，便进入第三状态，这时绕组b-b’断电，c-c’通电，定子绕组所产生的磁场又转过了120度电角度，它继续驱动转子沿顺时针方向转过120度电角度后就恢复到初始状态，电子开关线路23上分别锡焊有第一功率开关管231、第二功率开关管232和第三功率开关管233，第一功率开关管231、第二功率开关管232和第三功率开关管233分别与电动机本体21内部的三相定子绕组相接，其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等)，转子由永久磁钢按一定极对数(2p＝2,4,…)组成，三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，a、b、c相绕组分别与第一功率开关管231、第二功率开关管232和第三功率开关管233相接，当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器22将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路23，从而使定子各项绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相，由于电子开关线路23的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用，基于bldc控制技术，采用母线电流检测及干预技术和母线电压检测前馈技术控制无刷伺服电机2，实现电机电流、转矩和速度精确控制，同时结合输入外设信号(如光信号、磁信号等)的检测以及输出外设信号的控制，实现高性能的伺服控制，采用电子换向，无需更换碳刷，寿命长，效率高，温升低，电机过载能力强，采用最新的电力电子控制技术，可以实现速度和转向灯的调节，根据负载电流检测来判断有料和无料，不受外界环境影响，可靠性高。

综上所述，本发明提出的无刷电机伺服控制器驱动的家用碾米机系统，基于bldc控制技术，采用母线电流检测及干预技术和母线电压检测前馈技术控制无刷伺服电机2，实现电机电流、转矩和速度精确控制，同时结合输入外设信号的检测以及输出外设信号的控制，实现高性能的伺服控制，采用电子换向，无需更换碳刷，寿命长，效率高，温升低，电机过载能力强，采用最新的电力电子控制技术，可以实现速度和转向灯的调节，根据负载电流检测来判断有料和无料，不受外界环境影响，可靠性高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。