一种飞轮数字控制电路制造技术

一种飞轮数字控制电路，包括控制器最小系统(1)、三路结构功能相同的霍尔信号处理电路(2)、转速脉冲信号处理电路(3)、电流采样电路(4)、PWM控制信号电路(5)、换相管控制信号电路(6)，霍尔信号处理电路(2)整形得到霍尔信号，转速脉冲信号处理电路(3)生成转速脉冲信号，电流采样电路(4)采集生成电机电流遥测信号，控制器最小系统(1)根据霍尔信号、转速脉冲信号、电机电流遥测信号生成第一PWM信号、换相管控制信号、换相逻辑信号，PWM控制信号电路(5)根据第一PWM信号得到第二PWM信号驱动外部驱动电路制动，换相管控制信号电路(6)根据换相管控制信号、换相逻辑信号完成外部驱动电路控制。

【技术实现步骤摘要】
一种飞轮数字控制电路
本专利技术涉及电路设计领域，特别是一种飞轮数字控制电路。
技术介绍
传统的飞轮控制电路大部分为模拟电路，采用大量分离器件，控制回路环节多且功能单一，电路生产进度慢，安装调试困难，电路体积大、重量重、功耗大，控制方案灵活性差，生产完成后一般不可更改，对外接口多，易用性差。传统的飞轮数字控制电路均采用进口芯片，由于高等级芯片因为禁运极难获得，一般会采用低等级芯片替代，因此现有的飞轮数字控制电路可靠性差，产品质量无法保证。另外，低等级器件也有禁运风险，芯片禁运会造成产品设计更改，进而造成产品生产周期延长，产品试验验证不充分，可靠性下降等一系列问题，而且工业用飞轮控制电路具有体积大、功耗大的特点，进一步降低了飞轮控制电路的可靠性。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种采用飞轮数字控制电路，实现了电机的数字控制，可作为电机、机床等机械设备中旋转部件的驱动电路，相比于以往的控制电路，具有精度高、可靠性高、功能全、使用方便等优点，同时大大缩小了控制电路的体积和重量。本专利技术的技术解决方案是：一种飞轮数字控制电路，包括控制器最小系统、第一霍尔信号处理电路、第二霍尔信号处理电路、第三霍尔信号处理电路、转速脉冲信号处理电路、电流采样电路、PWM控制信号电路、换相管控制信号电路，其中第一霍尔信号处理电路，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第一霍尔信号，将第一霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路、控制器最小系统；所述的电机霍尔信号为无刷直流电机的转子位置信号；第二霍尔信号处理电路，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第二霍尔信号，将第二霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路、控制器最小系统；第三霍尔信号处理电路，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第三霍尔信号，将第三霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路、控制器最小系统；转速脉冲信号处理电路，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号后进行两两异或得到转速脉冲信号，将转速脉冲信号送至控制器最小系统；电流采样电路，采集外部无刷电机电流产生电机电流遥测信号并送至控制器最小系统；控制器最小系统，接收电机电流遥测信号后，对电机电流遥测信号进行PID计算得到PID控制输出信号，当捕获得到转速脉冲信号处理电路发送的转速脉冲信号时，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号并判断变化规律，进而得到外部无刷电机的转动方向、加速状态或者制动状态，产生并输出第一PWM信号至PWM控制信号电路，产生并输出换相逻辑信号至换相管控制信号电路，如果外部无刷电机为加速状态，则产生并输出高电平的换相管控制信号至PWM控制信号电路，如果外部无刷电机为制动状态，则产生并输出处于高电平与低电平之间的换相管控制信号至换相管控制信号电路，其中，换相逻辑信号为高电平或者低电平的信号；当变化规律为状态1’〉状态2’〉状态3’〉状态4’〉状态5’〉状态6’〉状态1’时，外部无刷电机正向转动，当变化规律为状态1’〉状态6’〉状态5’〉状态4’〉状态3’〉状态2’〉状态1’时，外部无刷电机反向转动，所述的状态1’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为高电平；所述的状态2’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态3’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态4’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态5’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为高电平；所述的状态6’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为高电平；当PID控制输出信号为正且转动方向为正向转动时，外部无刷电机的为正向加速状态，当PID控制输出信号为正且转动方向为反向转动时，外部无刷电机的为反向制动状态，当PID控制输出信号为负且转动方向为正向转动时，外部无刷电机的为正向制动状态，当PID控制输出信号为负且转动方向为反向转动时，外部无刷电机的为反向加速状态；PWM控制信号电路，接收第一PWM信号后进行放大，得到第二PWM信号，将第二PWM信号送至外部半桥驱动电路或全桥驱动电路；换相管控制信号电路，接收换相管控制信号、换相逻辑信号，当换相逻辑信号为高电平时，产生电平跟换相管控制信号一致的换相管驱动信号，当换相逻辑信号为低电平时，产生低电平的换相管驱动信号，将换相管驱动信号送至外部半桥驱动电路或全桥驱动电路。所述的控制器最小系统包括AD采样、软件模块、PID控制器、控制量输出处理单元、PWM模块、DA模块，其中AD采样，接收外部发送的电机电流遥测信号后进行AD采样，得到电机电流当前值并送至软件模块；软件模块，从外部获取电机电流设定值，接收电机电流当前值后进行减法运算得到电机电流误差，将电机电流误差送至PID控制器；PID控制器，接收电机电流误差后进行PID运算得到控制器输出值并作为PID控制输出信号，将PID控制输出信号送至控制量输出处理单元；控制量输出处理单元，当捕获到转速脉冲信号处理电路发送的转速脉冲信号时，控制PWM模块产生并输出第一PWM信号至PWM控制信号电路，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号后判断变化规律，如果变化规律为状态1’〉状态2’〉状态3’〉状态4’〉状态5’〉状态6’〉状态1’时，外部无刷电机正向转动，如果变化规律为状态1’〉状态6’〉状态5’〉状态4’〉状态3’〉状态2’〉状态1’时，外部无刷电机反向转动，然后接收PID控制输出信号并判断，如果PID控制输出信号为正且转动方向为正向转动，则外部无刷电机的为正向加速状态，如果PID控制输出信号为正且转动方向为反向转动，则外部无刷电机的为反向制动状态，如果PID控制输出信号为负且转动方向为正向转动，则外部无刷电机的为正向制动状态，如果PID控制输出信号为负且转动方向为反向转动，则外部无刷电机的为反向加速状态，当外部无刷电机为加速状态时，产生高电平的控制管控制信号并送至DA模块，当外部无刷电机为制动状态时，产生处于高电平与低电平之间的控制管控制信号并送至DA模块，如果第二霍尔信号取反后与第一霍尔信号相与为高电平，则产生高电平的第一换相逻辑信号至换相管控制信号电路，若第二霍尔信号取反后与第一霍尔信号相与为低电平，则产生低电平的第一换相逻辑信号至换相管控制信号电路，如果第三霍尔信号取反后与第二霍尔信号相与为高电平，则产生高电平的第二换相逻辑信号至换相管控制信号电路，如果第三霍尔信号取反后与第二霍尔信号相与为低电平，则产生低电平的第二换相逻辑信号至换相管控制信号电路，如果第一霍尔信号取反后与第三霍尔信号相与为高电平，则产生高电平的第三换相逻辑信号至换相管控制信号电路，如果第一霍尔信号取反后与第三霍尔信号相与为低电平，则产生低电平的第三换相逻辑信号至换相管控制信号电路，其中，第一换相逻辑信号、第二换相逻辑信号、第三换相逻辑信号的叠加为换相逻辑信号；所述的状态1’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为高电平；所述的状态2’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态3’为：第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞轮数字控制电路，其特征在于包括控制器最小系统(1)、第一霍尔信号处理电路(2)、第二霍尔信号处理电路(2)、第三霍尔信号处理电路(2)、转速脉冲信号处理电路(3)、电流采样电路(4)、PWM控制信号电路(5)、换相管控制信号电路(6)，其中第一霍尔信号处理电路(2)，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第一霍尔信号，将第一霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路(3)、控制器最小系统(1)；所述的电机霍尔信号为无刷直流电机的转子位置信号；第二霍尔信号处理电路(2)，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第二霍尔信号，将第二霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路(3)、控制器最小系统(1)；第三霍尔信号处理电路(2)，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第三霍尔信号，将第三霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路(3)、控制器最小系统(1)；转速脉冲信号处理电路(3)，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号后进行两两异或得到转速脉冲信号，将转速脉冲信号送至控制器最小系统(1)；电流采样电路(4)，采集外部无刷电机电流产生电机电流遥测信号并送至控制器最小系统(1)；控制器最小系统(1)，接收电机电流遥测信号后，对电机电流遥测信号进行PID计算得到PID控制输出信号，当捕获得到转速脉冲信号处理电路(3)发送的转速脉冲信号时，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号并判断变化规律，进而得到外部无刷电机的转动方向、加速状态或者制动状态，产生并输出第一PWM信号至PWM控制信号电路(5)，产生并输出换相逻辑信号至换相管控制信号电路(6)，如果外部无刷电机为加速状态，则产生并输出高电平的换相管控制信号至PWM控制信号电路(5)，如果外部无刷电机为制动状态，则产生并输出处于高电平与低电平之间的换相管控制信号至换相管控制信号电路(6)，其中，换相逻辑信号为高电平或者低电平的信号；当变化规律为状态1’〉状态2’〉状态3’〉状态4’〉状态5’〉状态6’〉状态1’时，外部无刷电机正向转动，当变化规律为状态1’〉状态6’〉状态5’〉状态4’〉状态3’〉状态2’〉状态1’时，外部无刷电机反向转动，所述的状态1’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为高电平；所述的状态2’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态3’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态4’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态5’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为高电平；所述的状态6’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为高电平；当PID控制输出信号为正且转动方向为正向转动时，外部无刷电机的为正向加速状态，当PID控制输出信号为正且转动方向为反向转动时，外部无刷电机的为反向制动状态，当PID控制输出信号为负且转动方向为正向转动时，外部无刷电机的为正向制动状态，当PID控制输出信号为负且转动方向为反向转动时，外部无刷电机的为反向加速状态；PWM控制信号电路(5)，接收第一PWM信号后进行放大，得到第二PWM信号，将第二PWM信号送至外部半桥驱动电路或全桥驱动电路；换相管控制信号电路(6)，接收换相管控制信号、换相逻辑信号，当换相逻辑信号为高电平时，产生电平跟换相管控制信号一致的换相管驱动信号，当换相逻辑信号为低电平时，产生低电平的换相管驱动信号，将换相管驱动信号送至外部半桥驱动电路或全桥驱动电路。...

【技术特征摘要】
1.一种飞轮数字控制电路，其特征在于包括控制器最小系统(1)、第一霍尔信号处理电路、第二霍尔信号处理电路、第三霍尔信号处理电路、转速脉冲信号处理电路(3)、电流采样电路(4)、PWM控制信号电路(5)、换相管控制信号电路(6)，其中第一霍尔信号处理电路(2)，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第一霍尔信号，将第一霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路(3)、控制器最小系统(1)；所述的电机霍尔信号为无刷直流电机的转子位置信号；第二霍尔信号处理电路(2)，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第二霍尔信号，将第二霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路(3)、控制器最小系统(1)；第三霍尔信号处理电路(2)，从外部无刷直流电机获取电机霍尔信号后进行整形得到第三霍尔信号，将第三霍尔信号送至转速脉冲信号处理电路(3)、控制器最小系统(1)；转速脉冲信号处理电路(3)，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号后进行两两异或得到转速脉冲信号，将转速脉冲信号送至控制器最小系统(1)；电流采样电路(4)，采集外部无刷电机电流产生电机电流遥测信号并送至控制器最小系统(1)；控制器最小系统(1)，接收电机电流遥测信号后，对电机电流遥测信号进行PID计算得到PID控制输出信号，当捕获得到转速脉冲信号处理电路(3)发送的转速脉冲信号时，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号并判断变化规律，进而得到外部无刷电机的转动方向、加速状态或者制动状态，产生并输出第一PWM信号至PWM控制信号电路(5)，产生并输出换相逻辑信号至换相管控制信号电路(6)，如果外部无刷电机为加速状态，则产生并输出高电平的换相管控制信号至PWM控制信号电路(5)，如果外部无刷电机为制动状态，则产生并输出处于高电平与低电平之间的换相管控制信号至换相管控制信号电路(6)，其中，换相逻辑信号为高电平或者低电平的信号；当变化规律为状态1’〉状态2’〉状态3’〉状态4’〉状态5’〉状态6’〉状态1’时，外部无刷电机正向转动，当变化规律为状态1’〉状态6’〉状态5’〉状态4’〉状态3’〉状态2’〉状态1’时，外部无刷电机反向转动，所述的状态1’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为高电平；所述的状态2’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态3’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为高电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态4’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为低电平；所述的状态5’为：第一霍尔信号为高电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为高电平；所述的状态6’为：第一霍尔信号为低电平、第二霍尔信号为低电平、第三霍尔信号为高电平；当PID控制输出信号为正且转动方向为正向转动时，外部无刷电机的为正向加速状态，当PID控制输出信号为正且转动方向为反向转动时，外部无刷电机的为反向制动状态，当PID控制输出信号为负且转动方向为正向转动时，外部无刷电机的为正向制动状态，当PID控制输出信号为负且转动方向为反向转动时，外部无刷电机的为反向加速状态；PWM控制信号电路(5)，接收第一PWM信号后进行放大，得到第二PWM信号，将第二PWM信号送至外部半桥驱动电路或全桥驱动电路；换相管控制信号电路(6)，接收换相管控制信号、换相逻辑信号，当换相逻辑信号为高电平时，产生电平跟换相管控制信号一致的换相管驱动信号，当换相逻辑信号为低电平时，产生低电平的换相管驱动信号，将换相管驱动信号送至外部半桥驱动电路或全桥驱动电路。2.根据权利要求1所述的一种飞轮数字控制电路，其特征在于：所述的控制器最小系统(1)包括AD采样(111)、软件模块(121)、PID控制器(123)、控制量输出处理单元(124)、PWM模块(116)、DA模块(117)，其中AD采样(111)，接收外部发送的电机电流遥测信号后进行AD采样，得到电机电流当前值并送至软件模块(121)；软件模块(121)，从外部获取电机电流设定值，接收电机电流当前值后进行减法运算得到电机电流误差，将电机电流误差送至PID控制器(123)；PID控制器(123)，接收电机电流误差后进行PID运算得到控制器输出值并作为PID控制输出信号，将PID控制输出信号送至控制量输出处理单元(124)；控制量输出处理单元(124)，当捕获到转速脉冲信号处理电路(3)发送的转速脉冲信号时，控制PWM模块(116)产生并输出第一PWM信号至PWM控制信号电路(5)，接收第一霍尔信号、第二霍尔信号、第三霍尔信号后判断变化规律，如果变化规律为状态1’〉状态2’〉状态3’〉状态4’〉状态5’〉状态6’〉状态1’时，外部无刷电机正向转动，如果变化规律为状态1’〉状态6’〉状态5’〉状态4’〉状态3’〉状态2’〉状态1’时，外部无刷电机反向转动，然后接收PID控制输出信号并判断，如果PID控制输出信号为正且转动方向为正向转动，则外部无刷电机的为正向加速状态，如果PID控制输出信号为正且转动方向为反向转动，则外部无刷电机的为反向制动状态，如果PID控制输出信号为负且转动方向为正向转动，则外部无刷电机的为正向制动状态，如果PID控制输出信号为负且转动方向为反向转动，则外部无刷电机的为反向加速状态，当外部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏波，张激扬，武登云，杨屹，杨继刚，胡跃伟，郭兴，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11