CN105703674A - 一种电机同步采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机同步采样装置，包括上位机、信息处理单元、电机驱动单元、电流采样单元及电机；所述上位机，用于将控制参数发送给信息处理单元；所述信息处理单元，用于将控制参数转换为控制信号；所述电机驱动单元，用于接收控制信号控制电机运动；所述电流采样单元，用于将流经电机的电流处理成适于AD采样的电压信号，并将该电压输出信号反馈给信息处理单元。该电机同步采样装置，信息处理模块采用了TMS320F2812作为主控芯片，同时实现了电机的同步采样。与现有技术相比，该装置结构简单、响应速度快、控制稳定，降低了生产成本。

Description

一种电机同步采样装置

技术领域

本发明属于机器人控制领域，尤其涉及一种电机同步采样装置。

背景技术

在当今的工业生产、加工领域中，电机是最主要的执行部件，是大型机械及大多数工厂装置的主要动力来源，其性能好坏、稳定性的高低很大程度上决定了设备的成本。传统的基于单片机的直流电机驱动装置存在算法单一，传输速度慢等问题，无法实现直流电机的高精度、快速稳定控制的需求。为此，研制开发出一种控制简便、调试容易的电机驱动控制装置具有重大的实用和经济意义。

发明内容

本发明的主要目在于提供一种适用于直流有刷电机的脉冲调制装置。实现对直流有刷电机电流的精准控制，在电机输出轴连接执行装置时能够输出稳定扭矩，达到安全驱动的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该装置包括上位机、信息处理单元、电机驱动单元、电流采样单元及电机；

所述上位机，用于将控制参数发送给信息处理单元；

所述信息处理单元，用于将控制参数转换为控制信号；

所述电机驱动单元，用于接收控制信号控制电机运动；

所述电流采样单元，用于将流经电机的电流处理成适于AD采样的电压信号，并将该电压输出信号反馈给信息处理单元。

优选的，控制参数为一数字信号。

优选的，信息处理单元包括信号转换模块、定时器、信号输出模块、校正模块和信号处理模块，所述信号转换模块将上位机发送的控制参数转换为能够代表PWM占空比的控制信号，所述定时器根据所述控制信号得到设定占空比的调制解调波。信号输出模块将调制解调波发送给电机驱动单元。

优选的，电流采样单元包括一采集模块及处理模块；所述信号发送模块每隔100us向采集模块发送一个触发信号，采集模块进行一次采样，处理模块将采样的电流转化为符合AD采集的电压信号，并将电压信号作为反馈信号反馈给所述信号处理模块。

优选的，所述信号处理模块每接到10次反馈信号值后，将10次信号进行处理，并将处理后的信号值作为当前时刻的反馈值，校正模块将当前时刻反馈值进行校正，获取校正后的控制信号再发给定时器来实现电流的闭环控制。

优选的，触发信号的频率为10KHZ。

优选的，所述电机驱动单元由一组H桥电路组成，通过4个特定的晶闸管导通实现电机的正传与反转。

优选的，该装置还包括一电源模块，为整个装置供电。

优选的，处理模块为一运算放大器LM358。

优选的，电流采样模块为一DSP处理器，该DSP处理器采用了TI公司的TMS320F2812处理芯片。

该电机同步采样装置，信息处理模块采用了TMS320F2812作为主控芯片，通过电机的同步采样，实现了对电机的闭环控制。

与现有技术相比，该装置结构简单、响应速度快、控制稳定，降低了生产成本。矫正后(电流闭环)得到的PWM信号与上位机给定的控制信号误差要明显小于未经矫正(未经闭环处理)的信号，将此信号经信号输出模块再一次加到驱动模块来驱动电机，能达到更稳定的控制。

附图说明

图1为本发明实施例电机同步采样装置结构图；

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。

本发明提供一种电机同步采样装置，该电机同步采样装置与机器人相连接并进行数据交互，所述电机同步采样装置包括上位机、信息处理单元、电机驱动单元、电流采样单元及电机。其中，上位机将控制参数发送给信息处理单元，信息处理单元将控制参数转换为调制解调波发送给电机驱动单元，由电机驱动单元控制电机运动；电流采样单元将流经电机的电流处理成适于AD采样的电压信号，并将该电压输出信号反馈给信息处理单元。

如图1所示，本发明一实施例的电机同步采样装置10包括上位机20、信息处理单元30、电机驱动单元40、电流采样单元50及电机60。

上位机20为信息处理单元提供控制参数，上位机输出的控制参数一般为数字信号。

信息处理单元30接收上位机20发送的控制参数，将控制参数转换为控制信号。信息处理单元为DSP处理器，该DSP处理器采用TI公司的TMS320F2812处理芯片，完成控制信号的输入输出任务。

具体的，该信息处理单元30包括信号转换模块31、定时器32、信号输出模块33、信号处理模块34及校正模块35。信号转换模块31将上位机发送的控制参数转换为能够代表PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)占空比的控制信号，该控制信号触发定时器32得到设定占空比的调制解调波。信号发送模块将调制解调波发送给电机驱动模块40。

上述能够代表PWM占空比的控制信号触发定时器模块得到设定占空比的调制解调波，具体方式为：定时器32中需配置：TxCON、TxPR、CMPRx等寄存器。其中TxCON包含定时器的工作方式配置；TxPR为周期寄存器，即定时器的满计数值，如定时器的时钟为75M(150M/2)，要产生载波频率为50us的PWM信号，那么TxPR应设置为3750(50*75)；CMPRx为比较寄存器，定时器启动后计数器自动从零开始累加，当计数器值第一次等于CMPRx数值时，产生一次电平翻转，此时如设置定时器工作在连续增减模式下，那么在计数器值等于TxPR时，开始减一递减，直到计数器值第二次等于CMPRx值时产生第二次电平反转，设置合理的CMPRx值就可产生特定脉宽的PWM波形，通过实时更改CMPRx的数值，达到脉宽调制的计数，得到设定占空比的PWM调制解调波信号，所述PWM的载波频率为10KHZ。

电机驱动单元40接收到PWM调制解调波信号后，实现对电机60的驱动。所述电机驱动单元40由一组H桥电路组成，通过4个特定的晶闸管导通实现电机的正传与反转。

优选的，所述电机驱动单元40与电机60之间还串联一个电流采样单元50。该电流采样单元50包括一采集模块51及处理模块52。所述采集模块51采用ACS711芯片，将流经电机的电流发送给处理模块52，处理模块52将电流转化为符合AD采集的电压信号，并将电压信号作为反馈信号发给信号处理模块34。所述处理模块52为一运算放大器LM358。

优选的，所述信号输出模块33还用于每隔100us向采集模块51发送一个触发信号，该触发信号的频率为10KHZ，即每隔100us采集模块51进行一次采样，处理模块52将电流转化为符合AD采集的电压信号，并将电压信号作为反馈信号反馈给信号处理模块34，信号处理模块34每接到10次反馈信号值后，将10次数据进行处理，并将处理后的信号值作为当前时刻的反馈值。校正模块35将当前时刻反馈值与信号转换模块31发送的PWM占空比的控制信号利用PI算法进行校正，校正后的控制信号再发给定时器来实现电流的闭环控制。矫正后(电流闭环)得到的PWM信号与上位机给定的控制信号误差要明显小于未经矫正(未经闭环处理)的信号，将此信号经信号输出模块再一次加到驱动模块来驱动电机，能达到更稳定的控制。

需要指出的是，校正模块35串联于信号转换模块31与定时器32中间，但是，当信号处理模块34没工作时，校正模块35不工作，信号转换模块31的控制信号直接发送给定时器32。

优选的，本实施例还包括电源模块70，用于为整个装置供电。其中，信息处理模块30的需求电压为3.3V，电流采样模块50和处理模块52的需求为5V，电机驱动模块40的电压根据电机60参数确定，本实施例中电机60的额定电压为24V。

本实施例电机驱动单元原理包括T1、T2、T3、T4为控制电流流向的四个晶闸管。如将T1、T4分为组A，T2、T3分为组B，同一时刻只有一组是导通的，分别代表电机的两个不同转动方向。晶闸管的另一个作用是隔离，由于***提供给DSP的电压为3.3v，输出功率远无法驱动直流电机转动，所以经过晶闸管可以实现小电流控制大电流，达到驱动电机的目的。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机同步采样装置，其特征在于，包括上位机、信息处理单元、电机驱动单元、电流采样单元及电机；

所述上位机，用于将控制参数发送给信息处理单元；

所述信息处理单元，用于将控制参数转换为控制信号；

所述电机驱动单元，用于接收控制信号控制电机运动；

所述电流采样单元，用于将流经电机的电流处理成适于AD采样的电压信号，并将该电压输出信号反馈给信息处理单元。

2.如权利要求1所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述控制参数为一数字信号。

3.如权利要求1所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述信息处理单元包括信号转换模块、定时器、信号输出模块、校正模块和信号处理模块，所述信号转换模块将上位机发送的控制参数转换为能够代表PWM占空比的控制信号，所述定时器根据所述控制信号得到设定占空比的调制解调波。信号输出模块将调制解调波发送给电机驱动单元。

4.如权利要求3所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述电流采样单元包括一采集模块及处理模块；所述信号发送模块每隔100us向采集模块发送一个触发信号，采集模块进行一次采样，处理模块将采样的电流转化为符合AD采集的电压信号，并将电压信号作为反馈信号反馈给所述信号处理模块。

5.如权利要求4所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述信号处理模块每接到10次反馈信号值后，将10次信号进行处理，并将处理后的信号值作为当前时刻的反馈值，校正模块将当前时刻反馈值进行校正，获取校正后的控制信号再发给定时器来实现电流的闭环控制。

6.如权利要求4所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述触发信号的频率为10KHZ。

7.如权利要求1所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述电机驱动单元由一组H桥电路组成，通过4个特定的晶闸管导通实现电机的正传与反转。

8.如权利要求1所述的电机同步采样装置，其特征在于，还包括一电源模块，为整个装置供电。

9.如权利要求4所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述处理模块为一运算放大器LM358。

10.如权利要求1或权利要求4所述的电机同步采样装置，其特征在于，所述电流采样单元为一DSP处理器，该DSP处理器采用了TI公司的TMS320F2812处理芯片。