一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器制造技术

本发明专利技术提供一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器,所述智能控制器包括，微处理器、电流比较模块、电流采集模块、电机驱动模块和电源转换模块；所述微处理器根据光耦隔离输入信号采用自适应控制算法控制驱动直流电动机进行正反转；所述微处理器在工作过程中采集并检测直流电动机电流数据，分析电机运行情况，当电流过载时停止电机运行。本发明专利技术的有益效果是，集成高功率的电机驱动模块可承受20A以内的瞬间电流；集成智能自适应控制算法于控制器中，便于操作；集成电流检测模块，实时检测直流电动机工作过程中的电流，当电流过载时，控制电机停止运行，保护电机堵转时不被损坏。

A micro DC motor intelligent controller with current protection

【技术实现步骤摘要】
一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器
本专利技术属于电器工程领域，具体涉及一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器。
技术介绍
现有的直流电动机在工作过程中，经常发生电机由于受到卡阻、堵转等因素造成电流过大，从而使电机损坏的现象；而且直流电动机直接启动时，瞬间电流过大，会造成直流电动机控制器烧坏现象。现有直流电动机控制器中，微型电机控制器与软件控制算法分离，造成用户使用不便。现有直流电动机控制器中没有电流检测模块，容易发生堵转等现象时，损坏电机。现有直流电动机控制器承受电流能力差，由于直流电动机启动瞬间电流过大，极易造成控制器烧坏。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器，所述智能控制器包括，微处理器、电流比较模块、电流采集模块、电机驱动模块和电源转换模块；所述微处理器根据光耦隔离输入信号采用自适应控制算法控制驱动直流电动机进行正反转；所述微处理器在工作过程中采集并检测直流电动机电流数据，分析电机运行情况，当电流过载时停止电机运行。进一步的，所述微处理器根据光耦隔离输入信号采用自适应控制算法控制驱动直流电动机进行正反转包括，所述微处理器采用卡尔曼滤波状态估计算法结合最优反馈算法实现电机速度的控制；所述微处理器采用卡尔曼滤波状态估计直流电动机在随机干扰及噪声的扰动之下的状态估计值；所述微处理器针对电机输出值的偏离，采用补偿扰动量算法对自适应控制进行补偿。进一步的，所述卡尔曼滤波状态估计算法包括：根据系统的状态向量x(k)反馈调节直流电动机的输出参数；采用以下公式构建随机干扰及噪声的直流电动机的状态空间方程：其中，ξ(k)为动态干扰；e(k)为噪声；x(k)为k时刻的系统状态；x(k+1)为(k+1)时刻的系统状态；u(k)为k时刻的输入电压；n(k)为k时刻的电机转速；G为已知的状态矩阵；H为已知的输入矩阵；C为已知输出定常矩阵；采用以下公式作为卡尔曼滤波器的状态估计方程：其中：为状态估计值；为状态预报值；K(k)为校正矩阵；G为已知的状态矩阵；H为已知的输入矩阵；C为已知输出定常矩阵；所述最优反馈控制算法包括：u*(N-k)＝-Λ(N-k＝1)Gx(N-k)，Λ(N-k+1)＝[HTV0(N-k+1)H+W(N-k)]-1HTV0(N-k+1)，其中，N为N时刻；k为k时刻，属于1-N时刻中间；-Λ(N-k+1)G为最优反馈增益矩阵；为损失矩阵；V0(N-k+1)为矩阵；G为定常矩阵；H为定常矩阵；V为权矩阵；W为权矩阵；u*为最优控制作用；所述补偿扰动量算法包括：对输入u(k)，在k时刻使输入值产生Δu(k)的偏离，转速输出量表示为n(k)＝-Fn(k-1)-Dn(k-2)+A[u(k-1)+Δu(k)]+B[u(k-2_+Δu(k)]输出偏差值为：Δn(k)＝AΔu(k)+BΔu(k)其中：为k时刻的转速，为k时刻的输入电压；F、D、A、B见公式(1-4)定义参数。进一步的，所述微处理器采用以下公式构建直流电动机的状态方程：其中：N(s)为电动机转速；U(s)为电动机输入电压；Ke为电动势系数；J为电动机转动惯量；M为电动机每两相绕组间互感；L为每相绕组的自感；r为定子相绕组的自感；s为时间。进一步的，所述微处理器执行以下步骤：为将上述方程转换为较简单的代数方程，取即：设d1、d2为s2+bs+c＝0的2个不相等的根，对上式进行Z变换得：式中：T为采样周期。(4)取状态x1(k)＝n(k)、x2(k)＝x1(k+1)-Au(k)；其中，G为常数矩阵、H为常数矩阵、C为常数矩阵，C＝[10](6)本专利技术的有益效果是，集成高功率的电机驱动模块可承受20A以内的瞬间电流；集成智能自适应控制算法于控制器中，便于操作；集成电流检测模块，实时检测直流电动机工作过程中的电流，当电流过载时，控制电机停止运行，保护电机堵转时不被损坏；采用电气硬件保护，当电流超过限定值时，即使控制程序不作用，也能保护电机堵转时不被损坏。附图说明图1控制器系统结构图。图2控制器系统原理图。图3电流比较模块电气原理图。图4电流采集模块电气原理图。图5电机驱动模块电气原理图。图6电源转换模块电气原理图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围如图1所示，本专利技术智能控制器由微处理器、电流比较模块、电流采集模块、正、反转驱动模块、电源转换模块、稳压电路、隔离CAN模块、光耦隔离信号输入模块、光耦隔离信号输出模块组成。智能控制器允许通过20A以内的瞬间电流，集成基于卡尔曼滤波状态估计结合最优反馈的自适应控制算法实现电机速度的精确控制。如图2所示，上电启动后，该智能控制器通过微处理器进行分析处理，根据光耦隔离输入信号智能控制驱动直流电动机在自适应控制算法的控制下进行正反转；在工作过程中不断采集、检测直流电动机电流数据，分析电机运行情况，当电流过载时停止电机运行；工作过程中，实时检测直流电动机运行情况，并隔离状态输出，显示；整个工作过程安全性能好，智能化程度高。解决了传统直流电动机由于微型电机控制器与软件控制算法分离使用不便的现象；解决了因直流电动机堵转造成电流过大损坏直流电动机现象；解决了由于直流电动机启动瞬间电流过大，极易造成控制器烧坏现象。下面对本专利技术智能控制器硬件进行说明电流比较模块如图3所示，本专利技术采用电气硬件比较的方式实现对电流的监控，即便控制程序出现问题，也能保证电机及控制器不会被电流过大而损坏。电流采集模块如图4所示，本专利技术通过设计电流数据采集电路实现对电流的实时采集。电机驱动模块如图5所示，本专利技术设计电机驱动模块电路，完成对电机的控制，并考虑到电流过大，采用三级滤波电路设计。电源转换模块如图6所示，本专利技术考虑到电流过大对电源造成干扰，影响微处理器的电压较小，易受干扰，故需进行多级滤波，电路设计了7级滤波，实现电源的稳压左右。下面对本专利技术所采用的智能控制器自适应控制算法进行说明。本专利技术实施过程中，智能控制器采用基于卡尔曼滤波状态估计结合最优反馈的自适应控制算法实现电机速度的精确控制，采用卡尔曼滤波状态估计直流电动机在各种随机干扰及噪声的扰动之下的状态估计值；其次采用最优反馈控制，实现目标函数最小值；最后针对电机输出值的偏离，采用补偿扰动量对自适应控制进行一定的补偿，有效减小干扰对系统性能的影响。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器,其特征在于，所述智能控制器包括，微处理器、电流比较模块、电流采集模块、电机驱动模块和电源转换模块；/n所述微处理器根据光耦隔离输入信号采用自适应控制算法控制驱动直流电动机进行正反转；/n所述微处理器在工作过程中采集并检测直流电动机电流数据，分析电机运行情况，当电流过载时停止电机运行。/n

【技术特征摘要】
1.一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器,其特征在于，所述智能控制器包括，微处理器、电流比较模块、电流采集模块、电机驱动模块和电源转换模块；
所述微处理器根据光耦隔离输入信号采用自适应控制算法控制驱动直流电动机进行正反转；
所述微处理器在工作过程中采集并检测直流电动机电流数据，分析电机运行情况，当电流过载时停止电机运行。


2.如权利要求1所述的一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器,其特征在于，所述微处理器根据光耦隔离输入信号采用自适应控制算法控制驱动直流电动机进行正反转包括，
所述微处理器采用卡尔曼滤波状态估计算法结合最优反馈算法实现电机速度的控制；
所述微处理器采用卡尔曼滤波状态估计直流电动机在随机干扰及噪声的扰动之下的状态估计值；
所述微处理器针对电机输出值的偏离，采用补偿扰动量算法对自适应控制进行补偿。


3.如权利要求2所述的一种带电流保护的微型直流电动机智能控制器,其特征在于，
所述卡尔曼滤波状态估计算法包括：
根据系统第k时刻的状态向量x(k)反馈调节直流电动机的输出参数；
采用以下公式构建具有动态干扰及噪声直流电动机的状态方程：



其中，ξ(k)为动态干扰；e(k)为噪声；x(k)为k时刻的系统状态；x(k+1)为(k+1)时刻的系统状态；u(k)为k时刻的输入电压；n(k)为k时刻的电机转速；G为已知的状态矩阵；H为已知的输入矩阵；C为已知输出定常矩阵；
采用以下公式作为卡尔曼滤波器的状态估计方程：



其中：为状态估计值；为状态预报值；K(k)为校正矩阵；G为已知的状态矩阵；H为已知的输入矩阵；C为已知输出定常矩阵；
所述最优反馈控制算法包括：
u*(N-...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟明辉，周传德，高晓飞，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50