專利名稱：直流電機速度控制系統及速度控制方法
技術領域：
本發明涉及電機技術領域，特別涉及一種直流電機速度控制系統及速度控制方法。
背景技術：
近年來，無刷直流電機已在航空航天、機器人、雷達等領域得到廣泛應用。為了使其在更多領域得到應用，人們不斷提高著對電機控制性能的要求。在提高無刷電機控制系統性能方面，現有技術中通過分析無刷直流電機控制系統的開環模型，設計變結構控制器，從而實現對無刷直流電機的定位控制。但現有技術通過采·用的開環控制方法會在系統中弓I入較大誤差，所能達到的定位精度也較低。
發明內容
本發明的目的在于提供一種直流電機速度控制系統及速度控制方法，通過閉環的方式提高電機的穩定性。本發明實施例提供一種直流電機速度控制系統，包括三個霍爾傳感器，用于分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號；數字信號處理模塊，用于根據所述三個霍爾信號計算所述直流電機的實際轉速；在對所述三相直流電機的轉速控制中，將所述三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正所述實際轉速，使得所述三相直流電機穩定在所述預設轉速上。本發明實施例還提供一種直流電機速度控制方法，包括通過三個霍爾傳感器分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號；數字信號處理模塊根據所述三個霍爾信號計算所述直流電機的實際轉速；在對所述三相直流電機的轉速控制中，將所述三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正所述實際轉速，使得所述三相直流電機穩定在所述預設轉速上。本發明提供的直流電機速度控制系統及速度控制方法，通過三個霍爾傳感器獲取到三相直流電機反饋的三個霍爾信號，數字信號處理模塊根據三個霍爾信號計算直流電機的實際轉速；并通過調整實際轉速，使得三相直流電機穩定在預設轉速上，實現對三相直流電機的閉環控制，從而通過閉環控制的方式提高了三相直流電機的穩定性。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明直流電機速度控制系統一個實施例的結構示意圖2為本發明直流電機速度控制系統又一個實施例的結構示意圖；圖3為圖2所示實施例中三個霍爾傳感器輸出的波形示意圖；圖4為圖2所示實施例中電流檢測模塊的電路結構圖；圖5為圖2所示實施例中直流電機的轉速響應曲線；圖6為本發明直流電機速度控制方法一個實施例的流程示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。圖I為本發明直流電機速度控制系統一個實施例的結構示意圖；如圖I所示，本發明實施例中的直流電機速度控制系統100具體包括數字信號處理模塊10、三個霍爾傳感器(本發明實施例以第一霍爾傳感器11、第二霍爾傳感器12、第三霍爾傳感器13為例進行示例性說明)。其中，第一霍爾傳感器11、第二霍爾傳感器12、第三霍爾傳感器13分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號(例如第一霍爾信號、第二霍爾信號、第三霍爾信號)；數字信號處理模塊10根據第一霍爾信號、第二霍爾信號、第三霍爾信號計算直流電機的實際轉速；在對三相直流電機的轉速控制中，將三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正所述實際轉速，使得所述三相直流電機穩定在所述預設轉速上。本發明實施例提供的液位檢測電路，通過三個霍爾傳感器獲取到三相直流電機反饋的三個霍爾信號，數字信號處理模塊10根據三個霍爾信號計算直流電機的實際轉速，并通過調整實際轉速，使得三相直流電機穩定在預設轉速上，實現對三相直流電機的閉環控制，從而通過閉環控制的方式提高了三相直流電機的穩定性。圖2為本發明直流電機速度控制系統又一個實施例的結構示意圖；如圖2所示，本發明實施例中的直流電機速度控制系統200包括數字信號處理模塊20、三個霍爾傳感器(本發明實施例以第一霍爾傳感器21、第二霍爾傳感器22、第三霍爾傳感器23為例進行示例性說明)、三相電機驅動模塊24、電流檢測模塊25。第一霍爾傳感器21、第二霍爾傳感器22、第三霍爾傳感器23分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號(例如第一霍爾信號、第二霍爾信號、第三霍爾信號)；數字信號處理模塊20根據第一霍爾信號、第二霍爾信號、第三霍爾信號計算直流電機的實際轉速；在對三相直流電機的轉速控制中，將三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正所述實際轉速，使得所述三相直流電機穩定在所述預設轉速上。進一步地，直流電機速度控制系統200在轉速控制時，可以在實際轉速與指定轉速相比較后，數字信號處理模塊20用PI控制算法修正給出的預設轉速，最終讓電機穩定在指定的預設轉速上，實現系統對電機的閉環控制。三相電機驅動模塊24根據來自所述數字信號處理模塊的輸入控制信號和使能信號生成三路輸出信號，以通過三路輸出信號驅動三相直流電機。電流檢測模塊25將來自三相電機驅動模塊的電流檢測信號進行濾波，將濾波后得到的電壓信號與預設電壓值進行比較，若電壓信號大于預設閾值電壓，則電流檢測模塊25通知數字信號處理模塊20內部的計數器停止計數，并產生中斷信號使數字信號處理模塊20做出相應的過流保護。進一步地，數字信號處理模塊20還可以包括調制信號生成單元201、中斷觸發模塊202、確定模塊203，調制信號生成單元201與三相電機驅動模塊24相連接，中斷觸發模塊202通過輸入/輸出端口與三個霍爾傳感器相連接，確定模塊203與中斷觸發模塊202相連接；其中，調制信號生成單元201產生脈寬調制信號，通過改變脈寬調制信號的占空比，改變三相電機驅動模塊24加載到三相直流電機兩端的電壓值；中斷觸發模塊202通過雙沿觸發中斷，捕捉數字信號處理模塊20的輸入/輸出端口的電平狀態；確定模塊203根據輸入/輸出端口的電平狀態確定三個霍爾傳感器中的哪一個霍爾傳感器觸發捕獲中斷。本發明實施例提供的直流電機速度控制系統，通過三個霍爾傳感器獲取到三相直流電機反饋的三個霍爾信號，數字信號處理模塊20根據三個霍爾信號計算直流電機的實際轉速；并通過調整實際轉速，使得三相直流電機穩定在預設轉速上，實現對三相直流電機的閉環控制，從而通過閉環控制的方式提高了三相直流電機的穩定性。 為了更清楚地理解本發明實施例所述的技術方案，下面通過圖3 圖5對圖2所示實施例進行詳細描述。圖3為圖2所示實施例中三個霍爾傳感器輸出的波形示意圖，圖4為圖2所示實施例中電流檢測模塊25的電路結構圖，圖5為圖2所示實施例中直流電機的轉速響應曲線；如圖3所示，三個霍爾傳感器(例如，第一霍爾傳感器21、第二霍爾傳感器22、第三霍爾傳感器23)獲取三相直流電機的位置信號,每個霍爾傳感器輸出180°脈寬的霍爾信號(分別對應圖3中的A、B、C)，霍爾信號的相位差為120° ;三相直流電機每轉一圈就會有6個相互交替的上升沿和下降沿，對應6個換相時刻。數字信號處理模塊20中的中斷觸發模塊202通過雙沿觸發中斷，捕捉數字信號處理模塊20的輸入/輸出端口的電平狀態，確定模塊203根據輸入/輸出端口的電平狀態即可知道是三個霍爾傳感器中的哪一個霍爾傳感器觸發捕獲中斷。此外，數字信號處理模塊20還可以根據輸入/輸出端口的電平狀態控制三相電機驅動模塊24的三路輸出信號，從而使得三相電機驅動模塊24輸出的三路輸出信號驅動三相直流電機轉動。如圖4所示，直流電機速度控制系統中的電流檢測模塊25主要是實現電流閉環控制和過流保護，并且電流檢測模塊25包括電壓比較器251 ;三相電機驅動模塊24輸出的電流檢測信號X_SEN，一路信號經過濾波模塊26濾波后送往數字信號處理模塊20作為電流反饋值，一路信號經RC濾波后送入電流檢測模塊25的電壓比較器251進行過流比較(例如，電壓比較器251將電流檢測信號X_SEN與過流閾值電壓5V (本發明實施例以5V的電壓值作為預設閾值電壓)進行比較)，電流檢測模塊25的輸出信號X_SEN_0UT (電壓比較器251得到的比較結果)經過電平轉換模塊27進行電平轉換后送入數字信號處理模塊20，若電壓比較器251的比較結果表示電壓信號大于過流閾值電壓5V時，則出現過流現象。電流檢測模塊25的輸出信號X_SEN_0UT變為低電平，該低電平使得數字信號處理模塊20內部的計數器停止計數，同時數字信號處理模塊20產生中斷信號使數字信號處理模塊20做出相應的過流保護。
數字信號處理模塊20將電流檢測信號X_SEN作為電流反饋值，即采集了三相電機驅動模塊24的反饋信號，因此實現了對三相直流電機進行速度閉環控制和電流調節；數字信號處理模塊20內部的計數器根據電流檢測模塊25的輸出信號X_SEN_0UT確定是否中斷計數器，從而實現了過流過壓等故障的保護功能。此外，為了驗證本發明實施例的動態性能，待直流電機速度控制系統起動進入穩定狀態后，在t=0. Is時加入負載T=3N.m，得到直流電機速度控制系統的轉速響應信號，其中，N. m為力矩或扭矩的單位牛頓米。如圖5示，由曲線圖可以看出，直流電機速度控制系統的參考轉速w=2500rpm(revolutions per minute,每分鐘轉數),直流電機速度控制系統響應快速并且很快進入穩態。加入負載后，轉速有一定的突變，但在O. 02秒后又能重新達到平衡，從而表明了本發明實施例中的直流電機速度控制系統具有很好的穩定性。圖6為本發明直流電機速度控制方法一個實施例的流程示意圖，本發明實施例可以由圖I和圖2所示實施例執行；如圖6所示,本發明實施例包括如下步驟
步驟601、通過三個霍爾傳感器分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號；步驟602、數字信號處理模塊根據三個霍爾信號計算直流電機的實際轉速；步驟603、在對三相直流電機的轉速控制中，將三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正實際轉速，使得三相直流電機穩定在預設轉速上。本發明實施例提供的直流電機速度控制方法，通過三個霍爾傳感器獲取到三相直流電機反饋的三個霍爾信號，數字信號處理模塊根據三個霍爾信號計算直流電機的實際轉速；并通過調整實際轉速，使得三相直流電機穩定在預設轉速上，實現對三相直流電機的閉環控制，從而通過閉環控制的方式提高了三相直流電機的穩定性。進一步地,在上述圖6所示實施例的基礎上,所述方法還可以包括三相電機驅動模塊根據來自所述數字信號處理模塊的輸入控制信號和使能信號生成三路輸出信號，以驅動所述三相直流電機。進一步地,在上述圖6所示實施例的基礎上,所述方法還可以包括電流檢測模塊將來自所述三相電機驅動模塊的電流檢測信號進行濾波后，將濾波后得到的電壓信號與預設電壓值進行比較；若所述電壓信號大于預設閾值電壓，則通知所述數字信號處理模塊內部的計數器停止計數，并產生中斷信號使所述數字信號處理模塊做出相應的過流保護。數字信號處理模塊將電流檢測信號作為電流反饋值，即采集了三相電機驅動模塊的反饋信號，因此實現了對三相直流電機進行速度閉環控制和電流調節；數字信號處理模塊內部的計數器根據電流檢測模塊的輸出信號確定是否中斷計數器，從而實現了過流過壓等故障的保護功能。進一步地,在上述圖6所示實施例的基礎上,所述方法還包括調制信號生成模塊產生脈寬調制信號，通過改變所述脈寬調制信號的占空比，改變加載到所述三相直流電機兩端的電壓值。進一步地,在上述圖6所示實施例的基礎上,所述方法還包括中斷觸發模塊通過雙沿觸發中斷，捕捉所述數字信號處理模塊的輸入/輸出端接口的電平狀態；所述數字信號處理模塊中的確定模塊根據所述電平狀態確定所述三個霍爾傳感器中的哪一個霍爾傳感器觸發捕獲中斷。綜上，本發明實施例提供的直流電機速度控制系統及控制方法，通過三個霍爾傳感器獲取到三相直流電機反饋的三個霍爾信號，數字信號處理模塊根據三個霍爾信號計算直流電機的實際轉速；并通過調整實際轉速，使得三相直流電機穩定在預設轉速上，實現對三相直流電機的閉環控制，從而通過閉環控制的方式提高了三相直流電機的穩定性。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，執行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。 最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種直流電機速度控制系統，其特征在于，所述直流電機速度控制系統包括 三個霍爾傳感器，用于分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號； 數字信號處理模塊，用于根據所述三個霍爾信號計算所述直流電機的實際轉速；在對所述三相直流電機的轉速控制中，將所述三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正所述實際轉速，使得所述三相直流電機穩定在所述預設轉速上。
2.根據權利要求I所述的直流電機速度控制系統，其特征在于，所述直流電機速度控制系統還包括 三相電機驅動模塊，用于根據來自所述數字信號處理模塊的輸入控制信號和使能信號生成三路輸出信號，以通過所述三路輸出信號驅動所述三相直流電機。
3.根據權利要求2所述的直流電機速度控制系統，其特征在于，所述直流電機速度控制系統還包括 電流檢測模塊，用于將來自所述三相電機驅動模塊的電流檢測信號進行濾波，將濾波后得到的電壓信號與預設電壓值進行比較，若所述電壓信號大于預設閾值電壓，則所述電流檢測模塊通知所述數字信號處理模塊內部的計數器停止計數，所述數字信號處理模塊產生中斷信號從而做出相應的過流保護。
4.根據權利要求I 3任一所述的直流電機速度控制系統，其特征在于，所述數字信號處理模塊包括 調制信號生成單元，用于產生脈寬調制信號，通過改變所述脈寬調制信號的占空比，改變加載到所述三相直流電機兩端的電壓值。
5.根據權利要求4所述的直流電機速度控制系統，其特征在于，所述數字信號處理模塊還包括 中斷觸發模塊，用于通過雙沿觸發中斷，捕捉所述數字信號處理模塊的輸入/輸出端口的電平狀態； 確定模塊，用于根據所述電平狀態確定所述三個霍爾傳感器中的哪一個霍爾傳感器觸發捕獲中斷。
6.一種直流電機速度控制方法，其特征在于，所述直流電機速度控制方法包括 通過三個霍爾傳感器分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號； 數字信號處理模塊根據所述三個霍爾信號計算所述直流電機的實際轉速； 在對所述三相直流電機的轉速控制中，將所述三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正所述實際轉速，使得所述三相直流電機穩定在所述預設轉速上。
7.根據權利要求6所述的直流電機速度控制方法，其特征在于，所述方法還包括 三相電機驅動模塊根據來自所述數字信號處理模塊的輸入控制信號和使能信號生成三路輸出信號，以驅動所述三相直流電機。
8.根據權利要求7所述的直流電機速度控制方法，其特征在于，所述方法還包括 電流檢測模塊將來自所述三相電機驅動模塊的電流檢測信號進行濾波后，將濾波后得到的電壓信號與預設電壓值進行比較； 若所述電壓信號大于預設閾值電壓，則通知所述數字信號處理模塊內部的計數器停止計數，并產生中斷信號使所述數字信號處理模塊做出相應的過流保護。
9.根據權利要求6 8任一所述的直流電機速度控制方法，其特征在于，所述方法還包括 調制信號生成模塊產生脈寬調制信號，通過改變所述脈寬調制信號的占空比，改變加載到所述三相直流電機兩端的電壓值。
10.根據權利要求9所述的直流電機速度控制方法，其特征在于，所述方法還包括中斷觸發模塊通過雙沿觸發中斷，捕捉所述數字信號處理模塊的輸入/輸出端接口的電平狀態； 所述數字信號處理模塊中的確定模塊根據所述電平狀態確定所述三個霍爾傳感器中的哪一個霍爾傳感器觸發捕獲中斷。
全文摘要
本發明涉及一種直流電機速度控制系統及速度控制方法，其中直流電機速度控制系統包括三個霍爾傳感器，用于分別獲取三相直流電機反饋的三個霍爾信號；數字信號處理模塊，用于根據所述三個霍爾信號計算所述直流電機的實際轉速；在對所述三相直流電機的轉速控制中，將所述三相直流電機的實際轉速與預設轉速相比較，根據比較結果修正所述實際轉速，使得所述三相直流電機穩定在所述預設轉速上。本發明實施例可以通過閉環控制的方式提高了三相直流電機的穩定性。
文檔編號H02P6/08GK102946220SQ20121047743
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者郭陽寬, 祝連慶, 那云虓, 王君, 董明利, 婁小平, 孟曉辰 申請人:北京信息科技大學