一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统及方法技术方案

一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统，其特征是，包括主控模块(1)、伺服驱动器模块(2)；所述主控模块(1)，包括左极限传感器输入接口电路(3)、原点传感器输入接口电路(4)、右极限传感器输入接口电路(5)、带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)、脉冲输出接口电路(6)、方向输出接口电路(7)；所述伺服驱动器模块(2)，包括三相整流桥(8)、三相桥逆变电路(9)、伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)、光耦隔离电路(U8)、脉冲/方向输入接口电路(U13)、IGBT驱动电路(U7)、电机本体(U1)、霍尔传感器(U2)、(U3)。本发明专利技术具有成本低廉、使用方便、稳定性好、可靠性高、工作灵活的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种伺服电机的控制系统及方法，更具体地说，它涉及一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统及方法，属于伺服电机的控制

技术介绍
在工业控制领域，PLC在中低端自动化设备中占有很大的市场份额，世界上主流的PLC品牌(比如西门子、欧姆龙)都有着雄厚的技术积累，PLC具有开发周期短、可靠性高、编程语言(比如梯形图)易于工程技术人员接受等优势。因此，PLC在中低端的非标、非批量的工业自动化产品中有着难以超越的优势。虽然当今主要的中低端工业自动化产品中PLC占有很大的市场份额，在大批量的控制任务中，PLC成本高昂。此外，当前PLC的伺服驱动器的控制方案主要采用DSP+FPGA，其成本非常高。因此，从成本与应用角度考虑，急需一种价格更低廉、使用更方便的伺服电机集成化控制系统及方法来满足大批量的控制任务的使用需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种价格低廉、使用方便的基于STM32的伺服电机集成化控制系统及方法，它基于STM32核心，可以方便实现对伺服电机运动状态的控制，从而在不减性能的情况下大大降低成本、更便于用户使用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统及方法，包括主控模块1、伺服驱动器模块2；所述主控模块1，包括左极限传感器Uc1、原点传感器Uc4、右极限传感器Uc7，与左极限传感器Uc1共同构成左极限传感器输入接口电路3的电阻Rc1、整流器Uc2、电阻Rc2、电容Cc1、光电耦合器Uc3、电阻Rc3，与原点传感器Uc4共同构成原点传感器输入接口电路4的电阻Rc4、整流器Uc5、电阻Rc5、电容Cc2、光电耦合器Uc6、电阻Rc6，与右极限传感器Uc7共同构成右极限传感器输入接口电路5的电阻Rc7、整流器Uc8、电阻Rc8、电容Cc3、光电耦合器Uc9、电阻Rc9；带DSP功能的STM32主控处理器Uc12，接带DSP功能的STM32主控处理器Uc12输出端的光电耦合器Uc19、Uc22，与光电耦合器Uc19共同构成脉冲输出接口电路6的电阻Rc10、三极管Q1、电阻Rc11，与光电耦合器Uc22共同构成方向输出接口电路7的电阻Rc12、三极管Q2、电阻Rc13，与带DSP功能的STM32主控处理器Uc12相连接的触摸屏模块Uc10、按键或者按钮模块Uc11；所述伺服驱动器模块2，包括由6个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成的三相整流桥8，由绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6组成的三相桥逆变电路9，伺服驱动主控处理器STM32芯片U15，与伺服驱动主控处理器U15相连接的光耦隔离电路U8、操作键盘U9、脉冲/方向输入接口电路U13，与光耦隔离电路U8相连接的继电器U4、母线电压检测电路U5、IGBT驱动电路U7，电机本体U1，与电机本体U1和三相桥逆变电路9连接的两个霍尔传感器U2、U3，与母线电压检测电路U5、输入电路连接的分压电阻R4。用户通过按键或者按钮模块Uc11向带DSP功能的STM32主控处理器Uc12设定电机本体U1的运行参数：电机本体U1转动的圈数、电机本体U1的转动速度、电机本体U1的方向信号，触摸屏模块Uc10显示上述参数。所述左极限传感器输入接口电路3中，当电机本体U1旋转到左极限位置时，左极限传感器输入接口电路3输出左极限信号，输送给带DSP功能的STM32主控处理器Uc12。所述原点传感器输入接口电路4中，当电机本体U1旋转到原点位置时，原点传感器输入接口电路4输出原点信号，输送给带DSP功能的STM32主控处理器Uc12。所述右极限传感器输入接口电路5中，当电机本体U1旋转到右极限位置时，右极限传感器输入接口电路5输出右极限信号，输送给带DSP功能的STM32主控处理器Uc12。然后带DSP功能的STM32主控处理器Uc12结合用户设定的电机本体U1运行参数及左极限信号、原点信号、右极限信号，向外输出“电机脉冲信号”与“电机方向信号”。脉冲输出接口电路6通过光电耦合器Uc19把带DSP功能的STM32主控处理器Uc12输出的“电机脉冲信号”进行隔离，得到更稳定纯净的“电机脉冲信号”，该信号再经过三极管Q1进行放大之后，直接送给伺服驱动器模块2。方向输出接口电路7通过光电耦合器Uc22把带DSP功能的STM32主控处理器Uc12输出的“电机方向信号”进行隔离，得到更稳定纯净的“电机方向信号”，该信号再经过三极管Q2进行放大之后，直接送给伺服驱动器模块2。“电机脉冲信号”与“电机方向信号”输入伺服驱动器模块2，具体的说，是输入伺服驱动器模块2中的脉冲/方向输入接口电路U13。所述脉冲/方向输入接口电路U13接入伺服驱动主控处理器STM32芯片U15，“电机脉冲信号”与“电机方向信号”通过脉冲/方向输入接口电路U13，最终到达伺服驱动主控处理器STM32芯片U15。所述三相整流桥8由二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6组成，二极管D1、D3、D5的负极相连接，输出脉动直流电的正极DC+，二极管D2、D4、D6的正极相连接，输出脉动直流电的负极DC-。由绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6组成三相桥逆变电路9，绝缘栅双极型晶体管T1和T2组成U相桥壁，其中T1为上桥臂，T2为下桥臂，T1与T2的连结点称为连结点U；绝缘栅双极型晶体管T3和T4组成V相桥壁，其中T3为上桥臂，T4为下桥臂，T3与T4的连结点称为连结点V；绝缘栅双极型晶体管T5和T6组成W相桥壁，其中T5为上桥臂，T6为下桥臂，T5与T6的连结点称为连结点W；三个桥壁共同构成三相桥逆变电路9。三相或者单相交流电由伺服驱动器模块2的电源输入端口输入，经过三相整流桥8输出脉动直流电，直流电的正极为DC+、负极为DC-，然后该脉动直流电经三相桥逆变电路9进行逆变，逆变成三相交流电给电机本体U1供电。伺服驱动主控处理器STM32芯片U15采用空间矢量脉冲宽度调制技术(SVPWM)，输出3组PWM波，这3组PWM波对应三相桥逆变电路9的三个桥壁，作为控制绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6的“IGBT控制信号”，通过光耦隔离电路U8输送至IGBT驱动电路U7，从而控制绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6的导通或关断，进而对U相、V相、W相这三相的电压和电流进行控制，从而调整三相交流电，进而实现对电机本体U1的转动的控制。3组PWM波分别控制绝缘栅双极型晶体管T1、T2、T3、T4、T5、T6进行开关，通过控制导通时间、开关时间、开关顺序输出三相交流正弦波电压给电机本体U1的定子供电，从而形成旋转磁场，带动电机本体U1的转子旋转，其三相交流正弦波的合成矢量的有效电流大小决定电机本体U1的实际输出转矩的大小；三相交流正弦波的合成矢量的旋转速度决定电机本体U1的运转速度；三相交流正弦波的合成矢量的总旋转角度决定电机本体U1的运转距离；三相交流正弦波的合成矢量的旋转方向决定为电机本体U1的运转方向。三相交流电的电流大小控制电机本体U1的转动力量的大小，即三相交流电的电流大小与电机的输出转矩成正比关系，所以伺服驱动主控处理器STM32芯片U15可以通过三相交流电的大小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统，其特征是，包括主控模块(1)、伺服驱动器模块(2)；所述主控模块(1)，包括左极限传感器(Uc1)、原点传感器(Uc4)、右极限传感器(Uc7)，与左极限传感器(Uc1)共同构成左极限传感器输入接口电路(3)的电阻(Rc1)、整流器(Uc2)、电阻(Rc2)、电容(Cc1)、光电耦合器(Uc3)、电阻(Rc3)，与原点传感器(Uc4)共同构成原点传感器输入接口电路(4)的电阻(Rc4)、整流器(Uc5)、电阻(Rc5)、电容(Cc2)、光电耦合器(Uc6)、电阻(Rc6)，与右极限传感器(Uc7)共同构成右极限传感器输入接口电路(5)的电阻(Rc7)、整流器(Uc8)、电阻(Rc8)、电容(Cc3)、光电耦合器(Uc9)、电阻(Rc9)；带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)，接带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出端的光电耦合器(Uc19)、光电耦合器(Uc22)，与光电耦合器(Uc19)共同构成脉冲输出接口电路(6)的电阻(Rc10)、三极管(Q1)、电阻(Rc11)，与光电耦合器(Uc22)共同构成方向输出接口电路(7)的电阻(Rc12)、三极管(Q2)、电阻(Rc13)，与带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)相连接的触摸屏模块(Uc10)、按键或者按钮模块(Uc11)；所述伺服驱动器模块(2)，包括由6个二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)、(D5)、(D6)组成的三相整流桥(8)，由绝缘栅双极型晶体管(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)、(T6)组成的三相桥逆变电路(9)，伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)，与伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)相连接的光耦隔离电路(U8)、操作键盘(U9)、脉冲/方向输入接口电路(U13)，与光耦隔离电路(U8)相连接的继电器(U4)、母线电压检测电路(U5)、IGBT驱动电路(U7)，电机本体(U1)，与电机本体(U1)和三相桥逆变电路(9)连接的两个霍尔传感器(U2)、(U3)，与母线电压检测电路(U5)、输入电路连接的分压电阻(R4)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于STM32的伺服电机集成化控制系统，其特征是，包括主控模块(1)、伺服驱动器模块(2)；所述主控模块(1)，包括左极限传感器(Uc1)、原点传感器(Uc4)、右极限传感器(Uc7)，与左极限传感器(Uc1)共同构成左极限传感器输入接口电路(3)的电阻(Rc1)、整流器(Uc2)、电阻(Rc2)、电容(Cc1)、光电耦合器(Uc3)、电阻(Rc3)，与原点传感器(Uc4)共同构成原点传感器输入接口电路(4)的电阻(Rc4)、整流器(Uc5)、电阻(Rc5)、电容(Cc2)、光电耦合器(Uc6)、电阻(Rc6)，与右极限传感器(Uc7)共同构成右极限传感器输入接口电路(5)的电阻(Rc7)、整流器(Uc8)、电阻(Rc8)、电容(Cc3)、光电耦合器(Uc9)、电阻(Rc9)；带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)，接带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出端的光电耦合器(Uc19)、光电耦合器(Uc22)，与光电耦合器(Uc19)共同构成脉冲输出接口电路(6)的电阻(Rc10)、三极管(Q1)、电阻(Rc11)，与光电耦合器(Uc22)共同构成方向输出接口电路(7)的电阻(Rc12)、三极管(Q2)、电阻(Rc13)，与带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)相连接的触摸屏模块(Uc10)、按键或者按钮模块(Uc11)；所述伺服驱动器模块(2)，包括由6个二极管(D1)、(D2)、(D3)、(D4)、(D5)、(D6)组成的三相整流桥(8)，由绝缘栅双极型晶体管(T1)、(T2)、(T3)、(T4)、(T5)、(T6)组成的三相桥逆变电路(9)，伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)，与伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)相连接的光耦隔离电路(U8)、操作键盘(U9)、脉冲/方向输入接口电路(U13)，与光耦隔离电路(U8)相连接的继电器(U4)、母线电压检测电路(U5)、IGBT驱动电路(U7)，电机本体(U1)，与电机本体(U1)和三相桥逆变电路(9)连接的两个霍尔传感器(U2)、(U3)，与母线电压检测电路(U5)、输入电路连接的分压电阻(R4)。2.根据权利要求1所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统，其特征是，所述左极限传感器输入接口电路(3)中，当电机本体(U1)旋转到左极限位置时，左极限传感器(Uc1)响应，左极限传感器输入接口电路(3)输出左极限信号，该左极限信号通过光电耦合器(Uc3)进行隔离之后，输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)；所述原点传感器输入接口电路(4)中，当电机本体(U1)旋转到原点位置时，原点传感器(Uc4)响应，原点传感器输入接口电路(4)输出原点信号，该原点信号通过光电耦合器(Uc6)进行隔离之后，输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)；所述右极限传感器输入接口电路(5)中，当电机本体(U1)旋转到右极限位置时，右极限传感器(Uc7)响应，右极限传感器输入接口电路(5)输出右极限信号，该右极限信号通过光电耦合器(Uc9)把该右极限信号进行隔离之后，输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)。3.根据权利要求1所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统，其特征是，所述母线电压检测电路(U5)的输入端接分压电阻(R4)；经分压电阻(R4)分压后的直流电压经过母线电压检测电路(U5)，得到具有更高驱动能力的直流电压信号，然后该信号通过光耦隔离电路(U8)输出至伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)，伺服驱动主控处理器STM32芯片(U15)进行A/D采集，得到直流母线电压的电压值，从而确定伺服驱动器模块(2)的直流供电电压。4.一种适用于权利要求1所述的基于STM32的伺服电机集成化控制系统的控制方法，其特征是，包括如下步骤：用户通过按键或者按钮模块(Uc11)向带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)设定电机本体(U1)的运行参数：电机本体(U1)转动的圈数、电机本体(U1)的转动速度、电机本体(U1)的方向信号；当电机本体(U1)旋转到左极限位置时，左极限传感器(Uc1)响应，左极限传感器输入接口电路(3)输出左极限信号，该左极限信号通过光电耦合器(Uc3)进行隔离之后，输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)；当电机本体(U1)旋转到原点位置时，原点传感器(Uc4)响应，原点传感器输入接口电路(4)输出原点信号，该原点信号通过光电耦合器(Uc6)进行隔离之后，输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)；当电机本体(U1)旋转到右极限位置时，右极限传感器(Uc7)响应，右极限传感器输入接口电路(5)输出右极限信号，该右极限信号通过光电耦合器(Uc9)把该右极限信号进行隔离之后，输送给带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)；然后带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)结合上述的电机本体(U1)的运行参数、左极限信号、原点信号以及右极限信号，分别通过脉冲输出接口电路(6)向外输出“电机脉冲信号”、通过方向输出接口电路(7)向外输出“电机方向信号”；脉冲输出接口电路(6)通过光电耦合器(Uc19)把带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机脉冲信号”进行隔离，得到更稳定纯净的“电机脉冲信号”，该信号再经过三极管(Q1)进行放大之后，直接送给伺服驱动器模块(2)；带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机脉冲信号”中的脉冲数量可以控制电机本体(U1)转动的圈数，“电机脉冲信号”中的脉冲频率可以控制电机本体(U1)的转动速度；方向输出接口电路(7)通过光电耦合器(Uc22)把带DSP功能的STM32主控处理器(Uc12)输出的“电机方向信号”进行隔离，得到更稳定纯净的“电机方向信号”，该信号再经过三极管(Q2)进...

【专利技术属性】
技术研发人员：周乃义，杨超，谢志聪，姜金为，潘峰，倪旭辉，吴鹏，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所北仑科学艺术实验中心，
类型：发明
国别省市：浙江;33