双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法
双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法
【专利说明】双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种直流电机驱动控制系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法。
【背景技术】
[0003]国内现有小型智能车辆控制器均采用双驱或四驱控制，在此种情况下，双驱或四驱控制所需要的控制器就需要两台或四台，且控制器的外环控制采用PLC或单片机控制器，如此情况下，驱动器和车辆控制器所占用空间体积很大是小型智能车辆所无法容忍的。
[0004]随着我国工业制造2025的发展方向，轮式机器人逐步走向工厂、家庭、医院、公安、消防，双驱控制系统或多驱控制系统是轮式机器人的一个重要的部件。目前国内市场中，双驱控制或多驱控制系统均采用独立控制器，如此情况下，机器人轮子的同步与差速控制成为独立于驱动器的外环控制，控制时效性差、追踪性差，此控制方法成为轮式机器人行走系统的一个难点。
[0005]如何系统性的从驱动底层做到双驱或多驱控制系统的同步与差速，成为各企业的一个热点与焦点，解决此问题也大大减少了轮式机器人的顶层控制的复杂性，可以说，解决此问题就为轮式机器人的发展推进一大步。
【发明内容】
[0006]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法。
[0007]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，包括核心控制器、电机运行控制器、电源、电机A和电机B，电机A和电机B分别通过电机A驱动模块和电机B驱动模块驱使其运行，电机A、电机B中分别设置有电机A霍尔传感器和电机B霍尔传感器;核心控制器连接有输入接口 ；其特别之处在于:所述核心控制器连接有分别对电机A、电机B的转动速度进行测量的电机A编码器和电机B编码器，电机运行控制器通过检测的电机A霍尔传感器、电机B霍尔传感器检测的输出信号，来保证电机A和电机B的连续正转或反转；
核心控制器根据输入接口输入的速度信号SP和差速信号SD，以及通过编码器所检测的电机A、电机B的速度信号，产生控制信号至电机运行控制器，由电机运行控制器控制电机A、电机B的运行。
[0008]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，所述电机运行控制器输出的控制电机A、电机B运行的控制信号，分别经电机推动模块A、电机B推动模块的转化后，再分别输入至电机A驱动模块和电机B驱动模块;所述内部电源模块通过推动电源模块对电机A推动模块和电机B推动模块供电。
[0009]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，所述核心控制器通过RS232模块设置有RS232接口，以实现与上位机的通信；核心控制器通过CAN总线模块设置有CAN接口，以实现多台双无刷低压直流电机驱动控制系统的协同工作;核心控制器连接有输出报警信号的输出接口，核心控制器连接有电机A电流传感器和电机B电流传感器。
[0010]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现:
a).参数初始化，开机后系统自动调取用户的配置信息，配置信息包括软启动时间、软停止时间、最大转速、最大电流、CAN总线参数;b).电机的启动，电机运行控制器根据配置的软启动时间，通过实时监测电机A编码器、电机B编码器的输出来启动电机A、电机B; c).获取控制信号并转化，核心控制器通过输入接口获取电机运行的速度信号SP和差速信号SD，并将其转化为本控制系统中电机的速度信号SSP和差速信号SSD;d).运行模式的判断，判断当前控制模式是闭环混合模式、开环混合模式和独立运行模式中的哪一种，如果为闭环混合模式，则执行步骤e)，如果为开环混合模式，则执行步骤f)，如果为独立运行模式，则执行步骤g);e).闭环混合模式的运行，设电机A编码器、电机B编码器的输出信号分别为EncodeA、EncodeB，其转化之后的电机A、电机B的速度信号分别为SpeedA、SpeedB;核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，并利用电机A、电机B的实际转速信号SpeedA、SpeedB作为反馈信号，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求;f).开环混合模式的运行，核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求;g).独立运行模式的运行，在核心控制器的控制作用下，使电机A的运转状态SpeedA跟随电机A的输入控制信号，使电机B的运转状态SpeedB跟随电机B的输入控制信号;h).过流检测，在电机运行的过程中，核心控制器通过电机A电流传感器和电机B电流传感器分别检测流过电机A和电机B的电流，并判断是否超过设定的最大电流，如果超过，则进行过流保护或过流停止;i).停车控制，在电机A和电机B的停止控制时，通过设定的软停止时间以达到缓慢停止或急停的目的；j).静止控制，核心控制器实时监测电机A编码器和电机B编码器的输出信号，保持电机A和电机B处在电动锁死状态，防止电机出现惯性转动。
[0011]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，步骤e)所述的闭环混合模式下:若差速信号SD大于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，增大SpeedA、减小SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedA_SpeedB=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制；若差速信号SD小于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，减小SpeedA、增大 SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedB_SpeedA=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制;若差速信号SD等于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，SpeedA=SpeedB=SSP，实现闭环混合模式的稳定控制。
[0012]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，步骤f)所述的开环混合模式下:若差速信号SD大于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，增大PwmA、减小PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB )/2=SSP和PwmA_PwmB=S SD，实现开环混合模式的稳定控制;若差速信号SD小于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，减小PwmA、增大PwmB，使其满足关系式，实现开环混合模式的稳定控制;若差速信号SD等于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，使其满足关系式PwmA=PwmB=SSP，实现开环混合模式的稳定控制。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，电机运行控制器通过推动模块、驱动模块驱使电机的运行;核心控制器通过输入接口获取外界的速度和差速控制信号，并通过编码器检测电机的实际运转速度。本发明的控制方法，核心控制器根据输入接口输入的速度、差速信号，并通过电机A和电机B的编码器获取其转动速度，来控制电机A和电机B在闭环混合模式、开环混合模式或独立运行模式下运行，形成了电机A和电机B运行时的电子差速器系统，避免了常规车辆的拐弯采用机械结构的复杂性，使得所形成的电机驱动控制系统结构紧凑、体积小，更加符合实际应用，有益效果显著。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的原理图。
[0015]图中:1核心控制器，2电机运行控制器，3电机A推动模块，4电机B推动模块，5电机A驱动模块，6电机B驱动模块，7电机A，8电机B，9电源，10内部电源模块，11推动电源模块，12电机A霍尔传感器，13电机B霍尔传感器，14电机A编码器，15电机B编码器，16编码器处理模块，17电机A电流传感器，18电机B电 流传感器，19输入输出处理模块，20输出接口，21输入接口，22 CAN总线模块，23 CAN接口，24 RS232模块，25 RS232接口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0017]如图1所示，给出了本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的原理图，其由核心控制器1、电机运行控制器2、电机A推动模块3、电机B推动模块4、电机A驱动模块5、电机B驱动模块6、电机A、电机B、电源、内部电源模块10、推动电源模块11、电机A霍尔传感器12、电机B霍尔传感器13、电机A编码器14、电机B编码器15、输入接口 21组成，所示的核心控制器1和电机运行控制器2均由微控制器组成，具有信号采集、数据运算和控制输出的作用。电机A驱动模块5和电机B驱动模块6通过电源供电，用于直接驱使电机A和电机B的运行。
[0018]由于电机运行控制器2输出的信号无法驱使电机的直接运行，电机运行控制器2输出的控制信号经电机A推动模块3、电机B推动模块4的转化后，再输入至电机A驱动模块5和电机B驱动模块6，以实现对电机A和电机B的驱动。电机A推动模块3和电机B推动模块4通过推动电源模块11进行供电，电源9通过内部电源模块10对推动电源模块11进行供电。
[0019]电机A和电机B中分别设置有电机A霍尔传感器12和电机B霍尔传感器13，电机运行控制器2通过对电机A霍尔传感器12和电机B霍尔传感器输出信号的检测，来保证电机A和电机B的连续正转和反转。电机A编码器14和电机B编码器15分别测量电机A、电机B的实际转速，其输出经编码器处理模块16后输入至核心控制器1中。
[0020 ]输入接口 21经输入输出处理模块19与核心控制器1相连接，以便输入速度信号SP和差速信号SD，核心控制器1根据输入接口 21输入的控制信号，以及经编码器测量的电机A和电机B的速度信号，来控制电机A和电机B的运行。控制电机A和电机B的信号为脉冲信号PwmA和PwmB，通过调节脉冲PwmA和PwmB的脉冲宽度，来实现电机A和电机B的调速。
[0021 ] 所示的核心控制器1还连接有电机A电流传感器17和电机B电流传感器18，以实现对流经电机A和电机B中电流的测量，防止过电流的发生。输入输出处理模块19还连接有输出接口 20，以通过输出接口 20输出报警信号。所示的核心控制器1通过RS232模块24设置有RS232接口 25，以实现与上位机的通信;核心控制器1通过CAN总线模块22连接有CAN接口 23，以实现多台双无刷低压直流电机驱动控制系统的协同工作，使得本发明的控制系统可以对多个双无刷低压直流电机进行控制。
[0022]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，通过以下步骤来实现:
a).参数初始化，开机后系统自动调取用户的配置信息，配置信息包括软启动时间、软停止时间、最大转速、最大电流、CAN总线参数；
b).电机的启动，电机运行控制器根据配置的软启动时间，通过实时监测电机A编码器、电机B编码器的输出来启动电机A、电机B;
c).获取控制信号并转化，核心控制器通过输入接口获取电机运行的速度信号SP和差速信号SD，并将其转化为本控制系统中电机的速度信号SSP和差速信号SSD;
输入接口输入的速度信号SP和差速信号SD有多种形式，如0?5V的模拟电压信号，需要将其转化为本控制系统中对应的速度信号SSP和差速信号SSD。
[0023]d).运行模式的判断，判断当前控制模式是闭环混合模式、开环混合模式和独立运行模式中的哪一种，如果为闭环混合模式，则执行步骤e)，如果为开环混合模式，则执行步骤f)，如果为独立运行模式，则执行步骤g);
e).闭环混合模式的运行，设电机A编码器、电机B编码器的输出信号分别为EncodeA、EncodeB，其转化之后的电机A、电机B的速度信号分别为SpeedA、SpeedB;
核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，并利用电机A、电机B的实际转速信号SpeedA、SpeedB作为反馈信号，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求；
由于电机编码器输出的信号有多种形式，需要将其转化为所表示的电机A和电机B的转速。
[0024]在闭环混合模式下:
若差速信号SD大于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，增大SpeedA、减小SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedA_SpeedB=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD小于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，减小SpeedA、增大SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedB_SpeedA=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD等于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，SpeedA=SpeedB=SSP，实现闭环混合模式的稳定控制。
[0025]如果输入的差速信号SD为0?5V的模拟信号，零点值固定为2.5V，电机A驱使左车轮，电机B驱使右车轮;则0?2.5V为负区间，2.5?5V为负区间。则当SD大于零点值，SpeedA大于SpeedB，左车轮的速度大于右车轮的速度，表示右转弯；则当SD小于零点值时，SpeedA小于SpeedB，左车轮的速度小于右车轮的速度，表示左转弯；则当SD等于零点值时，表示车辆直行。
[0026]f).开环混合模式的运行，核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求；
开环混合模式下: 若差速信号SD大于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PWmB，增大PwmA、减小PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmA_PwmB=SSD，实现开环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD小于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，减小PwmA、增大PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmB-PwmA=SSD，实现开环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD等于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PWmB，使其满足关系式PwmA=PwmB=SSP，实现开环混合模式的稳定控制。
[0027 ]电机A和电机B的转速通过控制信号PwmA、PwmB的脉冲宽度进行调节。
[0028]g).独立运行模式的运行，在核心控制器的控制作用下，使电机A的运转状态SpeedA跟随电机A的输入控制信号，使电机B的运转状态SpeedB跟随电机B的输入控制信号；
h).过流检测，在电机运行的过程中，核心控制器通过电机A电流传感器和电机B电流传感器分别检测流过电机A和电机B的电流，并判断是否超过设定的最大电流，如果超过，则进行过流保护或过流停止；
i).停车控制，在电机A和电机B的停止控制时，通过设定的软停止时间以达到缓慢停止或急停的目的；
j).静止控制，核心控制器实时监测电机A编码器和电机B编码器的输出信号，保持电机A和电机B处在电动锁死状态，防止电机出现惯性转动。
[0029]本发明的控制系统及方法的有点体现在:
a).系统内部集成了两台无刷直流电机的同步控制系统，S卩:在驱动器的I/O信号输入端，给定一个模拟量或数字量的速度控制信号时，驱动器内的微处理器可自动分配到相同的两路电机的驱动芯片中，同时该信号与相对应的电机速度反馈信号在微处理器中进行高速跟 踪、运算和纠正处理，使其两路电机的速度与给定信号的比例相对应，并实时保持一直，实现了两台电机的速度同步功能
b).系统内部集成了车辆拐弯时的“信号分配及转速控制”系统，简称“电子差速器系统”(常规车辆的拐弯是采用复杂的机械结构来实现)，即:在驱动器的I/O信号输入端，给定一个“X轴”和“Y轴”的模拟量或数字量拐弯信号时，内部微处理器自动识别拐弯方向及拐弯的半径，然后将运算处理的差别信号自动分配到相对应的驱动芯片中，使两路电机的转速不同，实现车辆的拐弯方向和决定拐弯的半径，同时两台电机相对应的速度反馈信号在微处理器中与外部I/O端口给定的拐弯信号高速跟踪和纠正处理，从而使其两路电机的差速实时与拐弯信号一致。
[0030]c).系统内部集成混合模式与独立模式控制，通过软件设置能够实现各种车辆应用场合的需求。
[0031]d).系统集成各种信号输入源，通过软件设置，可以适应多种控制方式，扩展了系统的应用范围。
[0032]以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种双无刷低压直流电机驱动控制系统，包括核心控制器(1)、电机运行控制器(2)、电源(9)、电机A( 7 )和电机B(8)，电机A和电机B分别通过电机A驱动模块(5 )和电机B驱动模块(6)驱使其运行，电机A、电机B中分别设置有电机A霍尔传感器(12)和电机B霍尔传感器(13)；核心控制器连接有输入接口(21);其特征在于:所述核心控制器连接有分别对电机A、电机B的转动速度进行测量的电机A编码器(14)和电机B编码器(15)，电机运行控制器通过检测的电机A霍尔传感器、电机B霍尔传感器检测的输出信号，来保证电机A和电机B的连续正转或反转； 核心控制器根据输入接口输入的速度信号SP和差速信号SD，以及通过编码器所检测的电机A、电机B的速度信号，产生控制信号至电机运行控制器，由电机运行控制器控制电机A、电机B的运行。2.根据权利要求1所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统，其特征在于:所述电机运行控制器(2)输出的控制电机A、电机B运行的控制信号，分别经电机推动模块A(3)、电机B推动模块(4)的转化后，再分别输入至电机A驱动模块(5)和电机B驱动模块(6);所述内部电源模块(10 )通过推动电源模块(11)对电机A推动模块(3 )和电机B推动模块(4 )供电。3.根据权利要求1或2所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统，其特征在于:所述核心控制器(1)通过RS232模块(24)设置有RS232接口(25)，以实现与上位机的通信;核心控制器通过CAN总线模块(22 )设置有CAN接口，以实现多台双无刷低压直流电机驱动控制系统的协同工作;核心控制器连接有输出报警信号的输出接口，核心控制器连接有电机A电流传感器(17)和电机B电流传感器(18)。4.一种基于权利要求1所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现: a).参数初始化，开机后系统自动调取用户的配置信息，配置信息包括软启动时间、软停止时间、最大转速、最大电流、CAN总线参数； b).电机的启动，电机运行控制器根据配置的软启动时间，通过实时监测电机A编码器、电机B编码器的输出来启动电机A、电机B; c).获取控制信号并转化，核心控制器通过输入接口获取电机运行的速度信号SP和差速信号SD，并将其转化为本控制系统中电机的速度信号SSP和差速信号SSD; d).运行模式的判断，判断当前控制模式是闭环混合模式、开环混合模式和独立运行模式中的哪一种，如果为闭环混合模式，则执行步骤e)，如果为开环混合模式，则执行步骤f)，如果为独立运行模式，则执行步骤g); e).闭环混合模式的运行，设电机A编码器、电机B编码器的输出信号分别为EncodeA、EncodeB，其转化之后的电机A、电机B的速度信号分别为SpeedA、SpeedB; 核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，并利用电机A、电机B的实际转速信号SpeedA、SpeedB作为反馈信号，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求； f).开环混合模式的运行，核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求； g).独立运行模式的运行，在核心控制器的控制作用下，使电机A的运转状态SpeedA跟随电机A的输入控制信号，使电机B的运转状态SpeedB跟随电机B的输入控制信号； h).过流检测，在电机运行的过程中，核心控制器通过电机A电流传感器和电机B电流传感器分别检测流过电机A和电机B的电流，并判断是否超过设定的最大电流，如果超过，则进行过流保护或过流停止； i).停车控制，在电机A和电机B的停止控制时，通过设定的软停止时间以达到缓慢停止或急停的目的； j).静止控制，核心控制器实时监测电机A编码器和电机B编码器的输出信号，保持电机A和电机B处在电动锁死状态，防止电机出现惯性转动。5.根据权利要求4所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特征在于，步骤e)所述的闭环混合模式下: 若差速信号SD大于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，增大SpeedA、减小SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedA_SpeedB=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD小于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，减小SpeedA、增大SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedB_SpeedA=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD等于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，SpeedA=SpeedB=SSP，实现闭环混合模式的稳定控制。6.根据权利要求4所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特征在于，步骤f)所述的开环混合模式下: 若差速信号SD大于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PWmB，增大PwmA、减小PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmA_PwmB=SSD，实现开环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD小于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，减小PwmA、增大PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmB-PwmA=SSD，实现开环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD等于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，使其满足关系式PwmA=PwmB=SSP，实现开环混合模式的稳定控制。
【专利摘要】本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，核心控制器连接有分别对电机A、电机B的转动速度进行测量的电机A编码器和电机B编码器，根据输入的速度信号SP和差速信号SD，及检测的电机A、电机B的速度信号，控制电机A、电机B的运行。控制方法包括：a).参数初始化；b).电机启动；c).获取控制信号并转化；d).运行模式的判断；e).闭环混合模式；f).开环混合模式；g).独立模式；h).过流检测；i).停车控制；j).静止控制。本发明的控制系统和方法，形成了电机A和电机B的电子差速器系统，避免了车辆的拐弯采用机械结构的复杂性，使得所形成的电机驱动控制系统结构紧凑、体积小，更加符合实际应用，有益效果显著。
【IPC分类】H02P6/04
【公开号】CN105490594
【申请号】CN201511010826
【发明人】王其辉, 赵新伟, 潘孝威
【申请人】济南科亚电子科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日
【专利说明】双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及一种直流电机驱动控制系统及方法，更具体的说，尤其涉及一种双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法。
【背景技术】
[0003]国内现有小型智能车辆控制器均采用双驱或四驱控制，在此种情况下，双驱或四驱控制所需要的控制器就需要两台或四台，且控制器的外环控制采用PLC或单片机控制器，如此情况下，驱动器和车辆控制器所占用空间体积很大是小型智能车辆所无法容忍的。
[0004]随着我国工业制造2025的发展方向，轮式机器人逐步走向工厂、家庭、医院、公安、消防，双驱控制系统或多驱控制系统是轮式机器人的一个重要的部件。目前国内市场中，双驱控制或多驱控制系统均采用独立控制器，如此情况下，机器人轮子的同步与差速控制成为独立于驱动器的外环控制，控制时效性差、追踪性差，此控制方法成为轮式机器人行走系统的一个难点。
[0005]如何系统性的从驱动底层做到双驱或多驱控制系统的同步与差速，成为各企业的一个热点与焦点，解决此问题也大大减少了轮式机器人的顶层控制的复杂性，可以说，解决此问题就为轮式机器人的发展推进一大步。
【发明内容】
[0006]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种双无刷低压直流电机驱动控制系统及方法。
[0007]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，包括核心控制器、电机运行控制器、电源、电机A和电机B，电机A和电机B分别通过电机A驱动模块和电机B驱动模块驱使其运行，电机A、电机B中分别设置有电机A霍尔传感器和电机B霍尔传感器;核心控制器连接有输入接口 ；其特别之处在于:所述核心控制器连接有分别对电机A、电机B的转动速度进行测量的电机A编码器和电机B编码器，电机运行控制器通过检测的电机A霍尔传感器、电机B霍尔传感器检测的输出信号，来保证电机A和电机B的连续正转或反转；
核心控制器根据输入接口输入的速度信号SP和差速信号SD，以及通过编码器所检测的电机A、电机B的速度信号，产生控制信号至电机运行控制器，由电机运行控制器控制电机A、电机B的运行。
[0008]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，所述电机运行控制器输出的控制电机A、电机B运行的控制信号，分别经电机推动模块A、电机B推动模块的转化后，再分别输入至电机A驱动模块和电机B驱动模块;所述内部电源模块通过推动电源模块对电机A推动模块和电机B推动模块供电。
[0009]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，所述核心控制器通过RS232模块设置有RS232接口，以实现与上位机的通信；核心控制器通过CAN总线模块设置有CAN接口，以实现多台双无刷低压直流电机驱动控制系统的协同工作;核心控制器连接有输出报警信号的输出接口，核心控制器连接有电机A电流传感器和电机B电流传感器。
[0010]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现:
a).参数初始化，开机后系统自动调取用户的配置信息，配置信息包括软启动时间、软停止时间、最大转速、最大电流、CAN总线参数;b).电机的启动，电机运行控制器根据配置的软启动时间，通过实时监测电机A编码器、电机B编码器的输出来启动电机A、电机B; c).获取控制信号并转化，核心控制器通过输入接口获取电机运行的速度信号SP和差速信号SD，并将其转化为本控制系统中电机的速度信号SSP和差速信号SSD;d).运行模式的判断，判断当前控制模式是闭环混合模式、开环混合模式和独立运行模式中的哪一种，如果为闭环混合模式，则执行步骤e)，如果为开环混合模式，则执行步骤f)，如果为独立运行模式，则执行步骤g);e).闭环混合模式的运行，设电机A编码器、电机B编码器的输出信号分别为EncodeA、EncodeB，其转化之后的电机A、电机B的速度信号分别为SpeedA、SpeedB;核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，并利用电机A、电机B的实际转速信号SpeedA、SpeedB作为反馈信号，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求;f).开环混合模式的运行，核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求;g).独立运行模式的运行，在核心控制器的控制作用下，使电机A的运转状态SpeedA跟随电机A的输入控制信号，使电机B的运转状态SpeedB跟随电机B的输入控制信号;h).过流检测，在电机运行的过程中，核心控制器通过电机A电流传感器和电机B电流传感器分别检测流过电机A和电机B的电流，并判断是否超过设定的最大电流，如果超过，则进行过流保护或过流停止;i).停车控制，在电机A和电机B的停止控制时，通过设定的软停止时间以达到缓慢停止或急停的目的；j).静止控制，核心控制器实时监测电机A编码器和电机B编码器的输出信号，保持电机A和电机B处在电动锁死状态，防止电机出现惯性转动。
[0011]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，步骤e)所述的闭环混合模式下:若差速信号SD大于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，增大SpeedA、减小SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedA_SpeedB=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制；若差速信号SD小于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，减小SpeedA、增大 SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedB_SpeedA=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制;若差速信号SD等于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，SpeedA=SpeedB=SSP，实现闭环混合模式的稳定控制。
[0012]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，步骤f)所述的开环混合模式下:若差速信号SD大于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，增大PwmA、减小PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB )/2=SSP和PwmA_PwmB=S SD，实现开环混合模式的稳定控制;若差速信号SD小于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，减小PwmA、增大PwmB，使其满足关系式，实现开环混合模式的稳定控制;若差速信号SD等于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，使其满足关系式PwmA=PwmB=SSP，实现开环混合模式的稳定控制。
[0013]本发明的有益效果是:本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，电机运行控制器通过推动模块、驱动模块驱使电机的运行;核心控制器通过输入接口获取外界的速度和差速控制信号，并通过编码器检测电机的实际运转速度。本发明的控制方法，核心控制器根据输入接口输入的速度、差速信号，并通过电机A和电机B的编码器获取其转动速度，来控制电机A和电机B在闭环混合模式、开环混合模式或独立运行模式下运行，形成了电机A和电机B运行时的电子差速器系统，避免了常规车辆的拐弯采用机械结构的复杂性，使得所形成的电机驱动控制系统结构紧凑、体积小，更加符合实际应用，有益效果显著。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的原理图。
[0015]图中:1核心控制器，2电机运行控制器，3电机A推动模块，4电机B推动模块，5电机A驱动模块，6电机B驱动模块，7电机A，8电机B，9电源，10内部电源模块，11推动电源模块，12电机A霍尔传感器，13电机B霍尔传感器，14电机A编码器，15电机B编码器，16编码器处理模块，17电机A电流传感器，18电机B电 流传感器，19输入输出处理模块，20输出接口，21输入接口，22 CAN总线模块，23 CAN接口，24 RS232模块，25 RS232接口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0017]如图1所示，给出了本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的原理图，其由核心控制器1、电机运行控制器2、电机A推动模块3、电机B推动模块4、电机A驱动模块5、电机B驱动模块6、电机A、电机B、电源、内部电源模块10、推动电源模块11、电机A霍尔传感器12、电机B霍尔传感器13、电机A编码器14、电机B编码器15、输入接口 21组成，所示的核心控制器1和电机运行控制器2均由微控制器组成，具有信号采集、数据运算和控制输出的作用。电机A驱动模块5和电机B驱动模块6通过电源供电，用于直接驱使电机A和电机B的运行。
[0018]由于电机运行控制器2输出的信号无法驱使电机的直接运行，电机运行控制器2输出的控制信号经电机A推动模块3、电机B推动模块4的转化后，再输入至电机A驱动模块5和电机B驱动模块6，以实现对电机A和电机B的驱动。电机A推动模块3和电机B推动模块4通过推动电源模块11进行供电，电源9通过内部电源模块10对推动电源模块11进行供电。
[0019]电机A和电机B中分别设置有电机A霍尔传感器12和电机B霍尔传感器13，电机运行控制器2通过对电机A霍尔传感器12和电机B霍尔传感器输出信号的检测，来保证电机A和电机B的连续正转和反转。电机A编码器14和电机B编码器15分别测量电机A、电机B的实际转速，其输出经编码器处理模块16后输入至核心控制器1中。
[0020 ]输入接口 21经输入输出处理模块19与核心控制器1相连接，以便输入速度信号SP和差速信号SD，核心控制器1根据输入接口 21输入的控制信号，以及经编码器测量的电机A和电机B的速度信号，来控制电机A和电机B的运行。控制电机A和电机B的信号为脉冲信号PwmA和PwmB，通过调节脉冲PwmA和PwmB的脉冲宽度，来实现电机A和电机B的调速。
[0021 ] 所示的核心控制器1还连接有电机A电流传感器17和电机B电流传感器18，以实现对流经电机A和电机B中电流的测量，防止过电流的发生。输入输出处理模块19还连接有输出接口 20，以通过输出接口 20输出报警信号。所示的核心控制器1通过RS232模块24设置有RS232接口 25，以实现与上位机的通信;核心控制器1通过CAN总线模块22连接有CAN接口 23，以实现多台双无刷低压直流电机驱动控制系统的协同工作，使得本发明的控制系统可以对多个双无刷低压直流电机进行控制。
[0022]本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，通过以下步骤来实现:
a).参数初始化，开机后系统自动调取用户的配置信息，配置信息包括软启动时间、软停止时间、最大转速、最大电流、CAN总线参数；
b).电机的启动，电机运行控制器根据配置的软启动时间，通过实时监测电机A编码器、电机B编码器的输出来启动电机A、电机B;
c).获取控制信号并转化，核心控制器通过输入接口获取电机运行的速度信号SP和差速信号SD，并将其转化为本控制系统中电机的速度信号SSP和差速信号SSD;
输入接口输入的速度信号SP和差速信号SD有多种形式，如0?5V的模拟电压信号，需要将其转化为本控制系统中对应的速度信号SSP和差速信号SSD。
[0023]d).运行模式的判断，判断当前控制模式是闭环混合模式、开环混合模式和独立运行模式中的哪一种，如果为闭环混合模式，则执行步骤e)，如果为开环混合模式，则执行步骤f)，如果为独立运行模式，则执行步骤g);
e).闭环混合模式的运行，设电机A编码器、电机B编码器的输出信号分别为EncodeA、EncodeB，其转化之后的电机A、电机B的速度信号分别为SpeedA、SpeedB;
核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，并利用电机A、电机B的实际转速信号SpeedA、SpeedB作为反馈信号，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求；
由于电机编码器输出的信号有多种形式，需要将其转化为所表示的电机A和电机B的转速。
[0024]在闭环混合模式下:
若差速信号SD大于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，增大SpeedA、减小SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedA_SpeedB=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD小于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，减小SpeedA、增大SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedB_SpeedA=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD等于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，SpeedA=SpeedB=SSP，实现闭环混合模式的稳定控制。
[0025]如果输入的差速信号SD为0?5V的模拟信号，零点值固定为2.5V，电机A驱使左车轮，电机B驱使右车轮;则0?2.5V为负区间，2.5?5V为负区间。则当SD大于零点值，SpeedA大于SpeedB，左车轮的速度大于右车轮的速度，表示右转弯；则当SD小于零点值时，SpeedA小于SpeedB，左车轮的速度小于右车轮的速度，表示左转弯；则当SD等于零点值时，表示车辆直行。
[0026]f).开环混合模式的运行，核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求；
开环混合模式下: 若差速信号SD大于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PWmB，增大PwmA、减小PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmA_PwmB=SSD，实现开环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD小于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，减小PwmA、增大PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmB-PwmA=SSD，实现开环混合模式的稳定控制；
若差速信号SD等于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PWmB，使其满足关系式PwmA=PwmB=SSP，实现开环混合模式的稳定控制。
[0027 ]电机A和电机B的转速通过控制信号PwmA、PwmB的脉冲宽度进行调节。
[0028]g).独立运行模式的运行，在核心控制器的控制作用下，使电机A的运转状态SpeedA跟随电机A的输入控制信号，使电机B的运转状态SpeedB跟随电机B的输入控制信号；
h).过流检测，在电机运行的过程中，核心控制器通过电机A电流传感器和电机B电流传感器分别检测流过电机A和电机B的电流，并判断是否超过设定的最大电流，如果超过，则进行过流保护或过流停止；
i).停车控制，在电机A和电机B的停止控制时，通过设定的软停止时间以达到缓慢停止或急停的目的；
j).静止控制，核心控制器实时监测电机A编码器和电机B编码器的输出信号，保持电机A和电机B处在电动锁死状态，防止电机出现惯性转动。
[0029]本发明的控制系统及方法的有点体现在:
a).系统内部集成了两台无刷直流电机的同步控制系统，S卩:在驱动器的I/O信号输入端，给定一个模拟量或数字量的速度控制信号时，驱动器内的微处理器可自动分配到相同的两路电机的驱动芯片中，同时该信号与相对应的电机速度反馈信号在微处理器中进行高速跟 踪、运算和纠正处理，使其两路电机的速度与给定信号的比例相对应，并实时保持一直，实现了两台电机的速度同步功能
b).系统内部集成了车辆拐弯时的“信号分配及转速控制”系统，简称“电子差速器系统”(常规车辆的拐弯是采用复杂的机械结构来实现)，即:在驱动器的I/O信号输入端，给定一个“X轴”和“Y轴”的模拟量或数字量拐弯信号时，内部微处理器自动识别拐弯方向及拐弯的半径，然后将运算处理的差别信号自动分配到相对应的驱动芯片中，使两路电机的转速不同，实现车辆的拐弯方向和决定拐弯的半径，同时两台电机相对应的速度反馈信号在微处理器中与外部I/O端口给定的拐弯信号高速跟踪和纠正处理，从而使其两路电机的差速实时与拐弯信号一致。
[0030]c).系统内部集成混合模式与独立模式控制，通过软件设置能够实现各种车辆应用场合的需求。
[0031]d).系统集成各种信号输入源，通过软件设置，可以适应多种控制方式，扩展了系统的应用范围。
[0032]以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。
【主权项】
1.一种双无刷低压直流电机驱动控制系统，包括核心控制器(1)、电机运行控制器(2)、电源(9)、电机A( 7 )和电机B(8)，电机A和电机B分别通过电机A驱动模块(5 )和电机B驱动模块(6)驱使其运行，电机A、电机B中分别设置有电机A霍尔传感器(12)和电机B霍尔传感器(13)；核心控制器连接有输入接口(21);其特征在于:所述核心控制器连接有分别对电机A、电机B的转动速度进行测量的电机A编码器(14)和电机B编码器(15)，电机运行控制器通过检测的电机A霍尔传感器、电机B霍尔传感器检测的输出信号，来保证电机A和电机B的连续正转或反转； 核心控制器根据输入接口输入的速度信号SP和差速信号SD，以及通过编码器所检测的电机A、电机B的速度信号，产生控制信号至电机运行控制器，由电机运行控制器控制电机A、电机B的运行。2.根据权利要求1所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统，其特征在于:所述电机运行控制器(2)输出的控制电机A、电机B运行的控制信号，分别经电机推动模块A(3)、电机B推动模块(4)的转化后，再分别输入至电机A驱动模块(5)和电机B驱动模块(6);所述内部电源模块(10 )通过推动电源模块(11)对电机A推动模块(3 )和电机B推动模块(4 )供电。3.根据权利要求1或2所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统，其特征在于:所述核心控制器(1)通过RS232模块(24)设置有RS232接口(25)，以实现与上位机的通信;核心控制器通过CAN总线模块(22 )设置有CAN接口，以实现多台双无刷低压直流电机驱动控制系统的协同工作;核心控制器连接有输出报警信号的输出接口，核心控制器连接有电机A电流传感器(17)和电机B电流传感器(18)。4.一种基于权利要求1所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现: a).参数初始化，开机后系统自动调取用户的配置信息，配置信息包括软启动时间、软停止时间、最大转速、最大电流、CAN总线参数； b).电机的启动，电机运行控制器根据配置的软启动时间，通过实时监测电机A编码器、电机B编码器的输出来启动电机A、电机B; c).获取控制信号并转化，核心控制器通过输入接口获取电机运行的速度信号SP和差速信号SD，并将其转化为本控制系统中电机的速度信号SSP和差速信号SSD; d).运行模式的判断，判断当前控制模式是闭环混合模式、开环混合模式和独立运行模式中的哪一种，如果为闭环混合模式，则执行步骤e)，如果为开环混合模式，则执行步骤f)，如果为独立运行模式，则执行步骤g); e).闭环混合模式的运行，设电机A编码器、电机B编码器的输出信号分别为EncodeA、EncodeB，其转化之后的电机A、电机B的速度信号分别为SpeedA、SpeedB; 核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，并利用电机A、电机B的实际转速信号SpeedA、SpeedB作为反馈信号，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求； f).开环混合模式的运行，核心控制器根据输入的速度信号SSP、差速信号SSD，实现对电机A、电机B的运行控制，以满足电机的稳定运行要求； g).独立运行模式的运行，在核心控制器的控制作用下，使电机A的运转状态SpeedA跟随电机A的输入控制信号，使电机B的运转状态SpeedB跟随电机B的输入控制信号； h).过流检测，在电机运行的过程中，核心控制器通过电机A电流传感器和电机B电流传感器分别检测流过电机A和电机B的电流，并判断是否超过设定的最大电流，如果超过，则进行过流保护或过流停止； i).停车控制，在电机A和电机B的停止控制时，通过设定的软停止时间以达到缓慢停止或急停的目的； j).静止控制，核心控制器实时监测电机A编码器和电机B编码器的输出信号，保持电机A和电机B处在电动锁死状态，防止电机出现惯性转动。5.根据权利要求4所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特征在于，步骤e)所述的闭环混合模式下: 若差速信号SD大于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，增大SpeedA、减小SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedA_SpeedB=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD小于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，减小SpeedA、增大SpeedB，使其满足关系式(SpeedA+SpeedB)/2=SSP 和 SpeedB_SpeedA=SSD，实现闭环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD等于零点值，则通过调节电机A和电机B的输出，SpeedA=SpeedB=SSP，实现闭环混合模式的稳定控制。6.根据权利要求4所述的双无刷低压直流电机驱动控制系统的控制方法，其特征在于，步骤f)所述的开环混合模式下: 若差速信号SD大于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PWmB，增大PwmA、减小PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmA_PwmB=SSD，实现开环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD小于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，减小PwmA、增大PwmB，使其满足关系式(PwmA+PwmB)/2=SSP和PwmB-PwmA=SSD，实现开环混合模式的稳定控制； 若差速信号SD等于零点值，通过调节电机A、电机B的控制信号PwmA、PwmB，使其满足关系式PwmA=PwmB=SSP，实现开环混合模式的稳定控制。
【专利摘要】本发明的双无刷低压直流电机驱动控制系统，核心控制器连接有分别对电机A、电机B的转动速度进行测量的电机A编码器和电机B编码器，根据输入的速度信号SP和差速信号SD，及检测的电机A、电机B的速度信号，控制电机A、电机B的运行。控制方法包括：a).参数初始化；b).电机启动；c).获取控制信号并转化；d).运行模式的判断；e).闭环混合模式；f).开环混合模式；g).独立模式；h).过流检测；i).停车控制；j).静止控制。本发明的控制系统和方法，形成了电机A和电机B的电子差速器系统，避免了车辆的拐弯采用机械结构的复杂性，使得所形成的电机驱动控制系统结构紧凑、体积小，更加符合实际应用，有益效果显著。
【IPC分类】H02P6/04
【公开号】CN105490594
【申请号】CN201511010826
【发明人】王其辉, 赵新伟, 潘孝威
【申请人】济南科亚电子科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月30日
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