一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，包括上位机通信电路、控制电路、信号隔离电路、三相桥驱动电路及电流检测电路，所述上位机通信电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与信号隔离电路的输入端连接，所述信号隔离电路的输出端与三相桥驱动电路的输入端连接，所述三相桥驱动电路的输出端与无刷直流电机、电流检测电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，无刷直流电机的输出端与控制电路的输入端连接。本发明专利技术电路结构简单，时序强，具有极高的可扩展性。

A Brushless DC Motor Controller Based on EP1C3 and Its Control Method

The invention relates to a brushless DC motor controller based on EP1C3 and its control method, including communication circuit, control circuit, signal isolation circuit, three-phase bridge driving circuit and current detection circuit of the upper computer. The output end of the communication circuit of the upper computer is connected with the input end of the control circuit, and the output end of the control circuit is connected with the input end of the signal isolation circuit. The output end of the signal isolation circuit is connected with the input end of the three-phase bridge driving circuit. The output end of the three-phase bridge driving circuit is connected with the input end of the brushless DC motor and the current detection circuit. The output end of the current detection circuit is connected with the input end of the control circuit, and the output end of the brushless DC motor is connected with the input end of the control circuit. The circuit of the invention has simple structure, strong timing and high expansibility.

【技术实现步骤摘要】
一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法
本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法。
技术介绍
无刷直流电机在工业控制，电动车，机器手等多领域应用广泛，其以无换相损耗，体积小，效率高，可靠性高等诸多优点而受到多方面青睐。一直以来，无刷电机控制器是伺服系统关键的执行单元，其性能的优劣，决定着系统能否稳定运行。目前无刷直流电机控制器采用电机专用控制DSP(如TI公司TMS320C28XX系列)，但由于DSP价格较高，外设电路复杂，不适合于微小电机控制场合，且时序控制上精度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，该控制器结构简单，时序强，可实现精准的电机控制。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器，包括上位机通信电路、控制电路、信号隔离电路、三相桥驱动电路及电流检测电路，所述上位机通信电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与信号隔离电路的输入端连接，所述信号隔离电路的输出端与三相桥驱动电路的输入端连接，所述三相桥驱动电路的输出端与无刷直流电机、电流检测电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，无刷直流电机的输出端与控制电路的输入端连接。作为上述技术方案的进一步改进：所述上位机通信电路包括起始位高电平检测模块，波特率定时模块，以及接收控制和串行接收模块，所述起始位高电平检测模块及波特率定时模块与接收控制和串行接收模块交互连接，所述接收控制和串行接收模块的输出控制电路连接。所述控制电路包括电平转换模块，霍尔滤波模块，霍尔测速模块，PID控制模块，PWM生成模块，所述电平转换模块的输入端与与无刷直流电机的反馈端连接，所述电平转换模块的输出端经霍尔滤波模块与霍尔测速模块的输入端连接，霍尔测速模块的输出端经PID控制模块与PWM生成模块的输入端连接，PID控制模块的输入端与上位机通信电路的输出端连接。所述信号隔离电路采用光电耦合器，所述三相桥驱动电路由驱动芯片及六个开关管构成，所述开关管包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管，所述第一开关管、第开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管及第六开关管的栅极均与驱动芯片连接，第一开关管、第三开关管及第五开关管的漏极相互连接，并与功率电源连接，第二开关管、第四开关管及第六开关管的源极相互连接，并与电流检测电路的输入端连接，所述光电耦合器的输入端与控制电路连接，光电耦合器的输出端与驱动芯片的输入端连接，所述第一开关管、第三开关管、第五开关管的漏极与无刷直流电机连接。一种基于EP1C3的无刷直流电机的控制方法，包括以下步骤：(1)上位机给定速度传输，控制电路将给定的信号进行电平转换，将串行信号转换成并行信号，由控制器接收；(2)无刷直流电机反馈的三相霍尔信号在经过电平转换后送入到控制器；(3)控制器根据接收的信号解算出前一时刻的电机速度值，根据电机速度值给定速度，利用数字式PID控制算法输出下一时刻的PWM波；(4)将所述PWM波进行信号隔离后经三相桥驱动电路控制电机的速度，使电机速度达到上位机给定的速度；(5)通过电流检测电路的电流采集和电流比较输出高低电平到控制器，通过控制器实现电流检测。由上述技术方案可知，本专利技术中本专利技术采用基于EP1C3型FPGA做控制电路主控芯片，采集电机的霍尔信号，解算当前电机速度，并根据上位机设定的速度，产生速度差值，根据这个差值，运用数字PID控制算法，产生一个占空比可以调整的PWM信号，来调制MOS管输入信号，实现MOS管开通关断时间变化，最终控制电机的快慢。该系统电路结构简单，时序强，具有极高的可扩展性。附图说明图1是本专利技术的EP1C3的无刷直流电机控制器的电路框图；图2是本专利技术中上位机的结构示意图；图3是本专利技术中控制电路的电路图；图4是本专利技术中数字PID控制实现的结构示意图；图5是本专利技术中信号隔离电路和三相桥驱动电路的电路图；图6是本专利技术中电流检测电路的电路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：如图1所示，本实施例的基于EP1C3的无刷直流电机控制器，包括上位机通信电路1、控制电路2、信号隔离电路3、三相桥驱动电路4及电流检测电路6，上位机通信电路1的输出端与控制电路2的输入端连接，控制电路2的输出端与信号隔离电路3的输入端连接，信号隔离电路3的输出端与三相桥驱动电路4的输入端连接，三相桥驱动电路4的输出端与无刷直流电机5、电流检测电路6的输入端连接，电流检测电路6的输出端与控制电路2的输入端连接，无刷直流电机5的输出端与控制电路2的输入端连接。上位机给定速度传输，控制电路2将给定的信号进行电平转换，将串行信号转换成并行信号，由控制器接收；无刷直流电机5反馈的三相霍尔信号在经过电平转换后送入到控制器；控制器根据接收的信号解算出前一时刻的电机速度值，根据电机速度值给定速度，利用数字式PID控制算法输出下一时刻的PWM波；将PWM波进行信号隔离后经三相桥驱动电路4控制电机的速度，使电机速度达到上位机给定的速度；通过电流采集和电流比较输出高低电平到控制器，通过控制器实现电流检测。如图2所示，上位机通信电路1包括起始位高电平检测模块11，波特率定时模块12，以及接收控制和串行接收模块13，起始位高电平检测模块11及波特率定时模块12与接收控制和串行接收模块13交互连接，接收控制和串行接收模块13的输出控制电路2连接。当上位机没有传输数据时，串口总线为空闲状态即高电平；而当上位机给定一个速度值时，起始位第0位是低电平，当检测到电平跳变时，接着数据开始传输。数据位通常是8位，由主控芯片FPGA接收数据。波特率定时模块12是控制串行数据传送一位所用的时间，根据此时间设置时钟脉冲值，产生时钟信号。接收控制和串行接收模块完成的是在接收使能信号后，根据采样脉冲，对速度信号进行检测和计数。同时当速度计数完成后，将8位串行数据转成并行数据送到缓冲器中，在进行校验判断和停止位判断后，接收状态结束，输出计数完成信号，计数器清零。如图3所示，控制电路2包括电平转换模块21，霍尔滤波模块22，霍尔测速模块23，PID控制模块24，PWM生成模块25，电平转换模块21的输入端与与无刷直流电机5的反馈端连接，电平转换模块21的输出端经霍尔滤波模块22与霍尔测速模块23的输入端连接，霍尔测速模块23的输出端经PID控制模块24与PWM生成模块25的输入端连接，PID控制模块24的输入端与上位机通信电路的输出端连接。本申请的控制电路采用型号为EP1C3的FPGA主控芯片，其I/O口电压是3.3V，内部触发器工作电压是1.5V，主控芯片供电时需要两次电源转换，一次可以将5V转成3.3V，再次将将3.3V转成1.5V。另外本方案中用NPN三极管做霍尔信号电平转换将5V转换为3.3V，通过开通/关断三极管，实现了电平的转换。在电机转动过程中，可以得到周期性霍尔信号，采用在一定时间内对霍尔周期进行计数的方法，进行测速。由于一个霍尔周期内有6个不同状态，分别为110,100,101,001,011,010，以110作为计数1，当达到计数010本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器，其特征在于：包括上位机通信电路、控制电路、信号隔离电路、三相桥驱动电路及电流检测电路，所述上位机通信电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与信号隔离电路的输入端连接，所述信号隔离电路的输出端与三相桥驱动电路的输入端连接，所述三相桥驱动电路的输出端与无刷直流电机、电流检测电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，无刷直流电机的输出端与控制电路的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于EP1C3的无刷直流电机控制器，其特征在于：包括上位机通信电路、控制电路、信号隔离电路、三相桥驱动电路及电流检测电路，所述上位机通信电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与信号隔离电路的输入端连接，所述信号隔离电路的输出端与三相桥驱动电路的输入端连接，所述三相桥驱动电路的输出端与无刷直流电机、电流检测电路的输入端连接，所述电流检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，无刷直流电机的输出端与控制电路的输入端连接。2.根据权利要求1所述的基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，其特征在于：所述上位机通信电路包括起始位高电平检测模块，波特率定时模块，以及接收控制和串行接收模块，所述起始位高电平检测模块及波特率定时模块与接收控制和串行接收模块交互连接，所述接收控制和串行接收模块的输出控制电路连接。3.根据权利要求1所述的基于EP1C3的无刷直流电机控制器及其控制方法，其特征在于：所述控制电路包括电平转换模块，霍尔滤波模块，霍尔测速模块，PID控制模块，PWM生成模块，所述电平转换模块的输入端与无刷直流电机的反馈端连接，所述电平转换模块的输出端经霍尔滤波模块与霍尔测速模块的输入端连接，霍尔测速模块的输出端经PID控制模块与PWM生成模块的输入端连接，PID控制模块的输入端与上位机通信电路的输出端连接。4.根据权利要求1所述的基于EP1C3的无刷直流电机控制器及...

【专利技术属性】
技术研发人员：李屹坤，李彩侠，石冬，李艳哲，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十三研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34