一种无刷直流电机控制系统的制作方法

本发明涉及自动控制，尤其涉及一种无刷直流电机控制系统。

背景技术：

1、无刷直流电机为内转子直流电机时，转子设置在定子内，定子上安装有电枢绕组，转子上安装有转子绕组或者永磁体。定子各相电枢绕组相对于转子绕组或者永磁体的位置，由定子上的位置传感器通过电子或电磁方式感知，并利用其输出信号，通过电子换相电路按照一定的逻辑去驱动为电枢绕组供电的逆变电路中相应的功率开关管，使电枢绕组依次不断通电，在定子和转子之间的空间中形成旋转磁场，旋转磁场拉动转子旋转，从而控制电机旋转。无刷直流电机的应用十分广泛，如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等。

2、通常的无刷直流电机定子安装在外面，转子安装在定子里面，称为内转子结构。而把电机转子做在外面，把定子设置在转子内的，称为外转子电机。外转子永磁直流无刷电机，永磁体安装在转子壳体的内径上。

3、现有无刷直流电机大多采用内定子结构，主要考虑到以下两点，一是内转子无刷电机定子在外部，框架稳固，霍尔传感器安装在定子上，定位精度高，反馈信号稳定性好。而外转子电机定子在内部，不适合安装霍尔传感器，无传感器反馈的控制系统无法做速度闭环，稳定性不好，危险性提高，另加装其他类型传感器，提高了技术难度。二是考虑到内转子电机转动惯量低，在高速控制系统，系统容易达到稳定；而外转子电机由于其转子在外部，转动惯量大，对于高速控制系统，容易产生抖动或者速度不稳定等情况，控制难度加大。

4、内转子无刷直流电机在装配时，在其内部相应角度埋入3个霍尔传感器，对电机转子进行位置检测，用于产生控制电机所需的换相信号和电机速度检测信号。霍尔传感器的安装对无刷直流电机的加工工艺提出了更高要求，同时其容易受到外部磁场和温度变化影响，也为电机的控制系统带入了一部分不稳定因素。另外，内转子无刷直流电机的转轴相对较小，因此轴距需要做的更长，使得其体积更大，不仅无法用于狭窄空间，在携带和安装时也存在一定的不便之处。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种无刷直流电机控制系统，其解决了现有技术中存在的控制系统因采用霍尔传感器而存在不稳定因素，并且因为体积较大而不便于携带和安装的问题。

2、根据本发明的实施例，一种无刷直流电机控制系统，所述的无刷直流电机包括定子和转子，所述定子设置在所述转子内，所述控制系统包括交互单元、主控单元、电机驱动单元、电机转速检测单元；

3、所述交互单元用于接收操作信号，根据所述操作信号生成电机控制信号，并将所述电机控制信号发送给所述主控单元，所述电机控制信号包括电机转速控制信号和电机旋转方向控制信号；

4、所述电机转速检测单元用于检测所述转子的转速，并将转速检测信号反馈给所述主控单元；

5、所述主控单元根据所述电机转速控制信号获得电机目标转速，根据所述转速检测信号获得电机反馈转速，根据所述电机目标转速和所述电机反馈转速，得到电机控制的转速变化量，根据所述电机旋转方向控制信号确定电机旋转方向，根据所述电机旋转方向和所述转速变化量生成用于控制所述无刷直流电机的脉冲控制信号，并将所述脉冲控制信号发送给所述电机驱动单元；

6、所述电机驱动单元根据接收的脉冲控制信号，将直流电源转换为交流电，以使所述无刷直流电机达到目标转速。

7、进一步的，所述电机转速检测单元包括磁角度编码器，所述磁角度编码器包括磁编码芯片和检测磁极，所述检测磁极与所述转子同轴装配并与所述转子同步旋转，所述磁编码芯片感应所述检测磁极的旋转变化以生成所述转速检测信号。

8、进一步的，所述电机驱动单元包括：脉冲宽度调制pwm控制电路，逆变电路，反电动势检测电路和转换电路，所述逆变电路包括桥式电路，每路桥式电路上设置有功率开关管，每个功率开关管对应设置有驱动单元；

9、所述反电动势检测电路检测所述无刷直流电机的电枢绕组对应的反电动势，并生成反电动势信号输出给所述转换电路；所述转换电路根据反电动势信号获得换相信号并发送给所述pwm控制电路；

10、所述pwm控制电路根据所述脉冲控制信号和换相信号，生成pwm斩波信号，每路pwm斩波信号分别发送给其中一个功率开关管的驱动单元，各路功率开关管的驱动单元根据接收到的pwm斩波信号控制功率开关管的导通时间和关断时间，使直流电源依次加载在电枢绕组上，产生驱动电机旋转的交流电流。进一步的，所述电机转速控制信号包括根据操作机械动作输出的模拟量电压信号；所述电机旋转方向控制信号包括两路数字量信号，其中一路数字量信号用于指示电机旋转方向为顺时针旋转，另一路数字量信号用于指示电机旋转方向为逆时针旋转。

11、进一步的，所述脉冲控制信号根据所述电机旋转方向和所述转速变化量确定脉冲宽度，根据所述脉冲宽度生成用于控制电机的脉冲控制信号。

12、进一步的，所述直流无刷电机带动升降机上升和下降时的电机旋转方向不相同，其中一个旋转方向时，所述脉冲控制信号的脉冲宽度范围为第一范围，另一个旋转方向时，所述脉冲控制信号的脉冲宽度范围为第二范围，所述第一范围和第二范围不相同且没有重叠。

13、进一步的，还包括刹车驱动单元和刹车单元，所述刹车驱动单元响应所述主控单元的刹车控制信号，控制所述刹车单元动作，对所述无刷直流电机进行制动或者解除制动。

14、进一步的，还包括温度检测单元，用于检测所述无刷直流电机运行时的温度，并向所述主控单元反馈温度检测信号，所述主控单元根据反馈的温度检测信号对无刷直流电机进行温度控制，其中所述温度检测单元包括全桥采样电路和放大电路，所述采样电路采样的温度检测信号经所述放大电路放大后传输给所述主控单元。

15、进一步的，所述全桥采样电路包括温度传感器和三个电阻，所述温度传感器安装在所述定子上，其中所述温度传感器为三线补偿性温度传感器，所述三线补充性传感器包括温感电阻和三个管脚，其中两个管脚之间连接有温感电阻，所述两个管脚的传输线电阻阻值相等，所述三个管脚中的第三个管脚接地。

16、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

17、1、本发明为了解决传统无刷直流电机在高转速控制中系统不稳定的问题，采用磁编码器替代霍尔传感器进行电机旋转速度采集，磁角度编码器包括采用永磁体材料制成的磁铁、磁环等。检测磁极直接安装在电机轴的末端，从而省去了用传统反馈编码器时所需的过渡联接轴承或联轴器，做到无接触式的位置测量，这样就降低了电机运行过程中因机械轴振动而造成编码器失效甚至损坏的风险；

18、2、另外，磁角度编码器具有很高的坚固性，耐用性以及紧凑性，与光电式的霍尔传感器相比，磁角度编码器具有简单的机械结构和更高的环境耐受能力，并且由于尺寸紧凑，它们可以应用于安装空间非常有限的场合，克服了霍尔传感器容易受到外部磁场和温度变化影响的缺点，有助于提升电机运行的稳定性；

19、3、本发明实施例考虑到了升降器在拖动负载上升和下降时的工况不同：带负载上升时，启动时采用刹车单元辅助控制，电机先加速，逐渐加大转矩，等待其达到一定转矩，即转速变化量到达一定值时，再释放刹车，从而保证电机启动时就具有了一定转矩，防止负载因为惯性而下滑；带负载下降时，启动时利用反转矩控制，电机急速启动后给最大反转转矩，同时释放刹车，使其保证在打开刹车时抵抗负载快速下滑，从而抵消下降时由于电机本身转子的转动惯量造成的抖动，保证了系统的稳定性；

20、4、本发明作为一种外转子无刷电机，可以产生比同等大小的内转子申请更高的转矩，对于给定的电机直径，外转子电机的空气间隙面积比内转子电机申请的大，而较大的气隙会产生较高的力矩，并且可容纳更多磁极，增加了磁通量，这增加了转矩产生的杠杆臂。因此在具有相似的性能特征的情况下，外转子电机轴向比内转子电机的要短，使得电机结构具有更加紧凑，方便携带和安装。