一种无位置传感器电机控制器的制作方法

本发明涉及无刷直流电机控制领域，具体的说是一种无位置传感器电机控制器。

背景技术：

目前，国内军品等级的无刷直流电机多采用有位置传感器的控制方式。目前，国内外无人直升机全包线飞行控制系统控制律的设计大多数采用传统的增益调度程序(gainschedule)方案，特别是国内的飞控设计全部采用这一方法。过去一直认为增益调度是一种开环自适应控制，因为在很多情况下，过程的动态特性随过程的运行条件而变化，但这种变化的关系是己知的。动态特性变化的一种原因是由已知的非线性特性引起的，这时，我们就能通过监测过程的运行条件来改变控制器的参数，这种思想就称为增益调度。在补偿参数变化或对象己知非线性方面，基于对过程运行条件的测量的增益调度控制通常是一种有效的方法。增益调度己被许多成功的工程实践证明为非常有效并广泛使用的一种方法，它的优点是不受计算机速度的限制。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种无位置传感器电机控制器。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种无位置传感器电机控制器，包括直流电源模块、转速调节模块、转向切换模块、启动转矩模块、电机控制器、驱动电路、反电动势采集模块、电流采集模块和逆变器；

所述转速调节模块，连接电机控制器和直流电源模块，用于将通过直流电源模块输入的模拟电压值调节为不同的模拟电压值；

所述转向切换模块，连接电机控制器，用于通过高低电平的切换控制电机正反转的切换；

所述启动矩阵模块，连接电机控制器，用于通过电压值的高低控制转矩的高低；

所述电机控制器，连接驱动电路，用于在启动时驱动逆变器工作；连接反电动势采集模块、电流采集模块，用于获取电机的反电动势和绕组中的电流；连接转速调节模块、转向调节模块和启动转矩调节模块，用于调节电机的转速、转向、启动转矩参数；

所述反电动势采集模块，连接逆变器，用于从逆变器中采集反电动势；

所述电流采集模块，连接逆变器，用于从逆变器中采集绕组电流；

所述逆变器，用于连接电机绕组，使绕组中产生相应的电流，驱动电机旋转。

还包括温度采集模块和状态显示模块，所述温度采集模块连接状态显示模块，所述温度采集模块用于采集电机绕组的温度，与设定的温度进行比较，判断是否超温，并控制指示灯的亮灭。

所述状态显示模块还连接电流采集模块和电机控制器，用于显示上电、运行和故障状态。

所述电机控制器还用于连接上位机。

还包括滤波防反电路，连接直流电源模块，用于滤除直流电源中的杂波，并提供电源反接保护。

还包括电源特性电路，连接直流电源模块，用于对后级电路进行过压保护。

本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明在无需机械位置传感器的条件下，可实现无刷直流电机的正常启动与控制，具有启动性能可靠、加速稳定、控制精度高、鲁棒性强等特点。

2、本发明可实现led指示灯显示电机的上电、运行、超温、故障四个状态，全面实现电机的启动、加速与闭环控制三个阶段，具有调速、过流保护、过压保护、短路保护、电源防反、超温报警功能，并可利用产品的通讯模块实现与上位机的通讯，实时显示电机的电压、电流、转速、温度等参数。

3、本发明可广泛应用于无刷直流电机的转速调节与控制，可提高系统的整体性能，减小电机产品的体积，提高耐环境能力，应用范围广，市场前景好。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明的系统闭环调速控制框图；

图3为本发明的转速调节模块的电路原理图；

图4为本发明的转向切换模块的电路原理图；

图5为本发明的启动转矩模块的电路原理图；

图6为本发明的驱动电路的电路原理图；

图7为本发明的反电动势采集模块的电路原理图；

图8为本发明的电流采集模块的电路原理图；

图9为本发明的逆变器的电路原理图；

图10为本发明的滤波防反电路的电路原理图；

图11为本发明的电源特性电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，直流电源模块分为主电路电源与控制电路电源两个部分，并分别设计了电源滤波与防反功能，电源特性部分提高了系统耐过压与尖峰脉冲的性能；系统核心元件电机控制器可输入转速、启动转矩、转向参数，通过逆变器采集反电动势信息与电流参数，输出相应的控制信号给驱动电路，从而构成闭环反馈控制；系统还具有实时采集电机的运行温度、显示电机的运行状态、与上位机通讯功能。本发明还包括温度采集模块和状态显示模块，所述温度采集模块用于采集电机绕组的温度，与设定的温度进行比较，判断是否超温，并控制指示灯的亮灭，指示灯亮表示电机超温运行。

如图2所示，本发明采用双闭环的控制方式，其中内环为电流环，外环为转速环，可大大提高系统的控制精度，鲁棒性强。

图3为本发明的转速调节模块的电路原理图，5v电源经过两个电阻与一个电位器进行分压后输入到后级采样电路中，以进行电机转速调节。

图4为本发明的转向切换模块的电路原理图，图中采用两个0欧姆电阻分别与gnd以及vcc5v连接，根据转向要求可焊接相应的0欧姆电阻进行转向控制。

图5为本发明的启动转矩模块的电路原理图，5v电源经过一个电阻与一个电位器进行分压后输入到后级采样电路中，以进行电机启动转矩调节。

图6为本发明的驱动电路的电路原理图，图中u11为专用驱动芯片ir2110pbf，电机控制器输出信号连接至芯片ir2110pbf(图中ct与cb)，输出端连接至后级逆变器电路(图中h3u与h3d)。

图7为本发明的反电动势采集模块的电路原理图，图中a相接口经过电阻分压后输入至比较器正端，电阻r24、r30、r42模拟三相负载并输入至比较器负端，比较器输出端信号输出至电机控制器，其余两相与a相原理相同。

图8为本发明的电流采集模块的电路原理图，采样电阻将电流信号转换为电压信号输出，经过放大器电路将信号放大，经过二极管(d1、d4)保护电路输出至后级电路中。

图9为本发明的逆变器的电路原理图，逆变器电路主要由六个场效应管组成，驱动端分别连接100欧姆匹配电阻，主回路中采样电阻用于采样电流信号。逆变器中的每一桥臂分别连接至电机a、b、c三相绕组，以控制绕组中电流的通断，进而控制电机旋转。

本发明还包括滤波防反电路和电源特性电路。如图10、11所示，滤波防反电路和电源特性电路均连接直流电源模块。滤波防反电路用于滤除直流电源中的杂波，并提供电源反接保护功能。电源特性电路用于对后级电路的过压保护。

图10为滤波防反电路原理图，图中二极管(d2)用于电源反接保护，两个电容用于电源滤波。

图11为电源特性电路原理图，图中瞬态电压抑制二极管(d3)用于过压保护，电阻用于分压。

本发明有效的实现了无刷直流电机在无位置传感器条件下的稳定启动与运行。本发明可作为无刷直流电机的配套控制设备使用，采用盒式结构，配套连接器，方便连接、更换与维修。