基于无线数据传输的直线电机控制系统技术方案

本公开涉及一种基于无线数据传输的直线电机控制系统，可用于多动子、多转子直线电机控制，能够利用无线数据传输方式实现多个动子与控制系统进行实时通信。该控制系统包括：DSP模块、无线通信模块、位置检测模块、驱动模块及电流检测反馈模块；位置检测模块对动子位置进行检测，得到包含位置信息的脉冲信号，无线通信模块对该脉冲信号进行计数，并通过无线传输方式将数据发送给DSP模块，DSP模块利用位置、速度解算算法将该脉冲信号中的位置和速度信息解算出来，作为速度及位置的反馈值；电流检测反馈模块获得的电流值作为电流的反馈值，从而实现位置、速度及电流的反馈，并通过驱动模块实现直线电机的高精度控制。

【技术实现步骤摘要】
基于无线数据传输的直线电机控制系统
本公开涉及数字控制系统
，尤其涉及一种基于无线数据传输的直线电机控制系统。
技术介绍
直线电动机能够直接产生直线运动，能将电能直接转换为直线运动所需的机械能。相较于旋转电动机而言，直线电机没有机械接触，其传动力是在气隙中产生的，除直线电机导轨以外没有任何其它的摩擦；运行的行程在理论上不受任何限制，性能不会因行程大小的改变而受到影响；可提供更宽范围的运行速度，尤其在高速状态下其优势更为突出；此外，直线电机还具有加速度大、运行平稳、精度和重复精度高等特点，能够很好地解决传动效率和可靠性等问题，同时成本较低且易于维护。直线电机具有较高的效率和功率因数，并且随着永磁材料的高速发展，特别是在高性能永磁材料钕铁硼(NdFeB)出现后，永磁直线同步电机因其损耗小、力能指标高以及响应速度快等特点，使得其与其它高速精密系统相比，具有较大的优越性。现阶段，直线电机主要通过位置传感器来检测动子和定子间的相对位置信息，而传统的利用线缆的方式来传输直线电机多动子、多定子间的位置信息则需要使用大量的线缆。由于直线电机大加速度、高速的运行特点，在动子运行过程中，上述连接的用于传输位置信号的线缆可能会出现撕裂或缠绕等问题，而且在长行程的运行中，线缆的长度要根据需要加长，这在实际应用中极不方便，因此，使用线缆进行动定子间数据传输的方式已经不能满足直线电机控制系统的要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种基于无线数据传输的直线电机控制系统。本公开提供的基于无线数据传输的直线电机控制系统，包括：数字信号处理模块、上位机接口电路、位置检测模块、无线通信模块、电流检测反馈模块以及驱动模块；所述位置检测模块对电机的动子位置进行检测，得到包含位置信息的脉冲信号；所述无线通信模块对所述脉冲信号进行计数后，通过无线传输方式将数据发送至数字信号处理模块；所述电流检测反馈模块获得的电流值作为电机的电流反馈值，并发送至数字信号处理模块；所述数字信号处理模块通过所述上位机接口电路从上位机获得期望速度和期望位置，并将该所述期望速度和期望位置作为电机速度和位置闭环控制的参考值；还用于基于所述数据获取位置反馈值、速度反馈值；以及用于实现对电机的位置、速度和电流的三环控制，产生电机驱动信号；所述驱动模块用于基于所述电机驱动信号实现对电机的控制。可选的，所述数字信号处理模块包括数字信号处理芯片和电源配置芯片；所述电源配置芯片用于为所述数字信号处理芯片供电。可选的，所述数字信号处理芯片内置计算机程序，用于执行位置、速度解算算法，执行位置、速度闭环控制算法，执行电流闭环控制算法以及执行PWM脉冲产生算法。可选的，所述电机驱动信号包括PWM脉冲信号。可选的，所述数字信号处理芯片采用TI公司C2000系列芯片。可选的，所述位置检测模块包括光栅脉冲检测电路以及磁栅脉冲检测电路；所述光栅脉冲检测电路用于在多定子的电机中，确定动子位于哪个定子的作用范围内；所述磁栅脉冲检测电路用于确定动子与与其作用的定子的相对位置信息。可选的，所述无线通信模块包括无线数据接收模块、无线数据发送模块以及脉冲计数模块；所述脉冲计数模块对所述位置检测模块输出的脉冲信号进行计数，并将得到的数据通过所述无线数据发送模块无线发送至无线数据接收模块。可选的，所述无线通信模块采用TI公司CC3220系列芯片。可选的，所述电流检测反馈模块还用于产生过流保护信号，以实现过流保护。可选的，所述电流检测反馈模块包括电流传感器、过流保护信号产生电路以及电流传感器接口电路；所述驱动模块包括高速光耦隔离电路、驱动电路以及三相逆变桥电路。本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：本公开实施例提供的基于无线数据传输的直线电机控制系统中，采用动子、定子间的无线数据传输方式与传统的使用线缆传输数据的方式相比，首先，动子在运动过程中不受线缆数量或线缆长度的限制，可以更方便的按照期望的方式运行，且成本更低；其次，有线通讯的局限性较大，在一些比较特殊复杂的应用场合下，对线缆的布线工程具有很高的要求，而无线数据传输方式则不受这些条件的限制，具有更广泛的适应性；再次，当直线电机的动子数增加时，只需将其接入无线数据通信网络即可，相比之下有更好的扩展性；最后，设备维护更容易实现，只需维护数据发送端和接收端模块，出现故障时能快速找出原因，恢复正常工作。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本公开实施例提供的一种基于无线数据传输的直线电机控制系统的结构示意图；图2为本公开实施例提供的另一种基于无线数据传输的直线电机控制系统的结构示意图；图3为本公开实施例提供的基于无线数据传输的直线电机控制系统的工作原理示意图；图4为本公开实施例提供的基于无线数据传输的直线电机控制系统的无线通信模块的通信流程示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开实施例提供的基于无线数据传输的直线电机控制系统，通过无线数据传输方式获取直线电机多个动子速度、位置反馈信号进行闭环控制，实现对多动子、多定子直线电机的高精度控制，适用于低功耗、高集成度、高可靠性的自动控制运输系统。其可满足当前控制系统中对动定子间数据传输的需求，该数据传输方式可推广应用到其它对数据传输有一定要求的电机控制系统。本公开的实现原理是：由位置检测模块检测到的含有位置信息的脉冲信号输入至脉冲计数模块进行计数，通过无线发送至数字信号处理(DigitalSignalProcessing，DSP)模块，DSP模块对该计数值进行位置、速度解算得到当前动子相对定子的位置值及此时的速度值，将其作为DSP模块内速度和位置的反馈信号，DSP模块获取上位机设定的期望速度和期望位置，电流检测反馈模块一方面产生过流保护信号实现电路的过流保护，一方面将检测的电动机电流值反馈输入至DSP模块；DSP模块进行位置、速度以及电流三环控制，经PWM脉冲产生算法产生PWM脉冲信号，该脉冲信号经驱动模块后产生电动机驱动控制所需的驱动电流脉冲，从而实现直线电机的低功耗及高精度控制。下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无线数据传输的直线电机控制系统，其特征在于，包括：数字信号处理模块、上位机接口电路、位置检测模块、无线通信模块、电流检测反馈模块以及驱动模块；/n所述位置检测模块对电机的动子位置进行检测，得到包含位置信息的脉冲信号；/n所述无线通信模块对所述脉冲信号进行计数后，通过无线传输方式将数据发送至数字信号处理模块；/n所述电流检测反馈模块获得的电流值作为电机的电流反馈值，并发送至数字信号处理模块；/n所述数字信号处理模块通过所述上位机接口电路从上位机获得期望速度和期望位置，并将该所述期望速度和期望位置作为电机速度和位置闭环控制的参考值；还用于基于所述数据获取位置反馈值、速度反馈值；以及用于实现对电机的位置、速度和电流的三环控制，产生电机驱动信号；/n所述驱动模块用于基于所述电机驱动信号实现对电机的控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无线数据传输的直线电机控制系统，其特征在于，包括：数字信号处理模块、上位机接口电路、位置检测模块、无线通信模块、电流检测反馈模块以及驱动模块；
所述位置检测模块对电机的动子位置进行检测，得到包含位置信息的脉冲信号；
所述无线通信模块对所述脉冲信号进行计数后，通过无线传输方式将数据发送至数字信号处理模块；
所述电流检测反馈模块获得的电流值作为电机的电流反馈值，并发送至数字信号处理模块；
所述数字信号处理模块通过所述上位机接口电路从上位机获得期望速度和期望位置，并将该所述期望速度和期望位置作为电机速度和位置闭环控制的参考值；还用于基于所述数据获取位置反馈值、速度反馈值；以及用于实现对电机的位置、速度和电流的三环控制，产生电机驱动信号；
所述驱动模块用于基于所述电机驱动信号实现对电机的控制。


2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述数字信号处理模块包括数字信号处理芯片和电源配置芯片；
所述电源配置芯片用于为所述数字信号处理芯片供电。


3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述数字信号处理芯片内置计算机程序，用于执行位置、速度解算算法，执行位置、速度闭环控制算法，执行电流闭环控制算法以及执行PWM脉冲产生算法。


4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：文通，胡文彤，韩邦成，郑世强，李海涛，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，北京航空航天大学宁波创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11