基于上位机的直流电机控制优化系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于上位机的直流电机控制优化系统，包括上位机，上位机通过电机控制器控制直流电机，上位机通过串行数据接口与电机控制器建立数据通信，其特征在于：在上位机上运行有电机监控系统，用于监视和控制直流电机，通过电机监控系统至少实现数据通讯、数据采集、数据存储、数据可视化以及数据导出，在电机监控系统中建立电机控制模型；电机控制器采用数字控制器，该数字控制器集成捕获/比较单元及位置接口单元，捕获/比较单元支持多对互补PWM生成和非对称PWM生成，位置接口单元支持精确的直流电机位置检测。本发明专利技术提供的一种基于上位机的直流电机控制优化系统具有高精度、高性能、网络化、信息化、模糊化等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一些小型电机器械人机交互的电机控制技术。
技术介绍
基于上位机的电机控制系统是通过上位机界面实现人机交互，对电机进行一定的控制，而该系统要用到一些控制芯片建立通信，软硬结合，从而实现电机的控制。随着微型计算机、超大规模集成电路、新型电子电力开关器件和新型传感器的出现，以及自动控制理论、电力电子技术、计算机控制技术的深入发展，电动机控制装置也不断向前发展。在那些对电动机控制系统的性能要求较高的场合，传统的控制算法已难以满足系统要求。为了适应时代的发展，现有的电动机控制系统也在朝着高精度、高性能、网络化、信息化、模糊化的方向不断前进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电机的控制优化系统，以提高电机控制的高效化、信息化。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种基于上位机的直流电机控制优化系统，包括上位机，上位机通过电机控制器控制直流电机，上位机通过串行数据接口与电机控制器建立数据通信，其特征在于：在上位机上运行有电机监控系统，用于监视和控制直流电机，通过电机监控系统至少实现数据通讯、数据采集、数据存储、数据可视化以及数据导出，在电机监控系统中建立电机控制模型；电机控制器采用数字控制器，该数字控制器集成捕获/比较单元及位置接口单元，捕获/比较单元支持多对互补PWM生成和非对称PWM生成，位置接口单元支持精确的直流电机位置检测，同时，该数字控制器还具有可编程串行通信接口模块。优选地，所述上位机与所述电机控制器之间连接有逻辑电平转换单元。优选地，所述电机控制器采用电机控制芯片XMC1300。优选地，所述逻辑电平转换单元采用MAX232转化芯片。本专利技术提供的一种基于上位机的直流电机控制优化系统具有高精度、高性能、网络化、信息化、模糊化等优点。附图说明图1为本专利技术所涉及系统的框图；图2为上位机监控示意图。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。如图1所示，本专利技术提供的一种基于上位机的直流电机控制优化系统由以下3个部分组成：第一部分：运行有电机监控系统的上位机，电机监控系统提供电机监控界面用于监视和控制整个电机系统，主要采用Labview构建上位机监控系统，它主要功能包括硬件系统与PC间的数据通讯、数据采集、数据存储、数据可视化以及数据导出成Excel文件等功能。上位机监控界面设计主要实现电机工作状态的监控，电量及报警信息的监测。当上位机接收到下位机传输来的数据后，分别通过校验和检验与软件过滤，最终将采集数据显示在示波器上，并可以对采集数据、报警信息和时间数据进行数据备份。LabVIEW的函数库包括数据采集、数据显示、GPIB、串口控制、数据分析及数据存储等。由于本系统上位机界面与控制器通过RS232建立通信，即主要用到VISA配置函数。其中VISA配置函数主要用于配置串口的初始化，需分配串口、设置波特率、设置输入数据的位数、设置要传输或接收的每一帧所使用的奇偶校验等。在监控系统中建立电机控制模型是编程的关键，它负责采集电机转矩及电机功率信息，以及一些转矩指令值的传输，以上实现了监控软件的控制部分，基于该基础进行扩展就实现了监控软件的监控系统。监控平台主要分为三大模块：开关按钮模块、输入/输出显示模块以及I/O参数设定模块。该监控平台是上下位机连接的纽带，通过此VI前面板，可以设置相关参数，即可实现控制功能；其“参数显示模块”能及时反应系统运行状况，达到监测目的。第二部分：串口通信。串口通信在系统控制中有着重要地位，在利用计算机实现对电机控制过程中，这种通信能够实时传递计算机的测控指令和设备的信息状况，通过合理准确地使用通信功能使得监控系统具备了人机交互的功能。现在，已经对串行通信建立了几个一致的概念和标准，这些概念和标准属于三个方面：传输率，电特性，信号名称和接口标准。通用计算机在测控中经常使用的接口是串行口(RS232接口、RS485等)，对于通信功能的实现，编写测控应用程序也比较多。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发公布的通信协议。它适合于数据传输速率在0～20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。上位机的RS-232规定的电平和一般微处理器的逻辑电平不一致，与控制器的信号处理器并不兼容，必须进行电平转换，实现逻辑电平转换可以采用MAX232转化芯片。MAX232是MAXIM公司生产的，包含两路驱动器和接收器的RS232转换芯片。该芯片具有一个专有的，将输入的+5V电压转换为RS232接口所需的±10V电压，尤其适用于没有±12V的单电源系统。与此原理相同的芯片还有MAX202、AD公司的ADM101以及INTERSIL公司的ICL232芯片，ICL232与MAX232可直接替换。RS232串行接口除了有上述的USB数据采集卡与主机之间的交互过程外，在USB连接建立之前，我们还要实现与控制器XMC1300的通信，本系统通信过程中，通过界面上的数据输入，上位机将把给定的转速大小和相关的控制器参数发给XMC1300，同时，要通过DAVE软件编写程序配置XMC1300控制器的端口以及寄存器，对UART进行串口调试，我们可以用串口来对xmc1300_uart程序进行调试，把输入的模拟信号通过串口在DAVE的监控界面显示出来，实现PC机通过通信串口与控制器建立通信。固件程序调试这一块，我们使用RS232接口来检测PC机与USB数据采集卡之间得交互过程，我们可以通过DAVE软件来观察PC与控制器交互执行的操作，并分析它们的合法性。通过LabVIEW结合单片机控制芯片XMC1300实现对电机的控制，能直接在LabVIEW上实现对电机转速及转角的控制。该系统与传统的单片机控制或labVIEW加运动采集卡控制相比，具有成本低、编程简单、方便控制等优点，并且人机交互性强，界面友好。第三部分：建立完善的电机控制系统还需要电机控制器。下位机是以XMC1300为核心的数字控制器的控制系统在这里，XMC1300系列可满足电机控制或数字电源转换应用的实时控制需求，它集成一个功能强大的捕获/比较单元CCU8(支持8对互补P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于上位机的直流电机控制优化系统，包括上位机，上位机通过电机控制器控制直流电机，上位机通过串行数据接口与电机控制器建立数据通信，其特征在于：在上位机上运行有电机监控系统，用于监视和控制直流电机，通过电机监控系统至少实现数据通讯、数据采集、数据存储、数据可视化以及数据导出，在电机监控系统中建立电机控制模型；电机控制器采用数字控制器，该数字控制器集成捕获/比较单元及位置接口单元，捕获/比较单元支持多对互补PWM生成和非对称PWM生成，位置接口单元支持精确的直流电机位置检测，同时，该数字控制器还具有可编程串行通信接口模块。

【技术特征摘要】
1.一种基于上位机的直流电机控制优化系统，包括上位机，上位机通过电机控
制器控制直流电机，上位机通过串行数据接口与电机控制器建立数据通信，其特
征在于：
在上位机上运行有电机监控系统，用于监视和控制直流电机，通过电机监控
系统至少实现数据通讯、数据采集、数据存储、数据可视化以及数据导出，在电
机监控系统中建立电机控制模型；
电机控制器采用数字控制器，该数字控制器集成捕获/比较单元及位置接口
单元，捕获/比较单元支持多对互补PWM生成和非对称PWM生成，位置接口单...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林鸽，齐金鹏，卞凤杰，刘树娟，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31