[实用新型]用于有刷直流电机的控制器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，具体涉及一种用于有刷直流电机的控制器。

背景技术

在机器人系统或者工业控制系统中，有刷直流电机作为驱动机构得到了广泛的应用。对于电机的控制而言，现有技术都是中央处理器通过电机控制器与电机相连，中央处理器通过电机控制器将输出的控制信号进行放大后驱动电机运转。为了实现对电机的精确控制，现有技术中的电机控制器开始引入速度反馈，采集电机的转速并输出给中央处理器，通过中央处理器实现速度闭环控制电机的转动，使得控制更加精确可靠。但是，对于机器人系统或者工业控制系统而言，电机的工作环境往往非常恶劣，容易发生电机堵转事故，堵转电流容易烧坏电机；而且现有的电机控制器功能单一，对于应用大量电机的机器人系统或者工业控制系统而言，不能实现控制器组网，使用非常不便，限制了有刷直流电机在机器人系统或者工业控制系统的应用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够防止电机堵转烧坏电机、延长电机使用寿命、安全可靠性好的用于有刷直流电机的控制器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于有刷直流电机的控制器，包括用于实时采集有刷直流电机工作速度的电机速度采集单元、用于实时采集有刷直流电机工作电流的电机电流采集单元、双闭环控制单元以及电机驱动单元，所述双闭环控制单元根据采集到的电机速度和工作电流发出控制指令并经电机驱动单元后输出至有刷直流电机。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述双闭环控制单元包括速度控制环和电流控制环，所述速度控制环的输入端与电机速度采集单元相连，所述电流控制环的输入端分别与速度控制环、电机电流采集单元相连，所述电流控制环的输出端与电机驱动单元相连。

所述速度控制环包括限幅模块和用于实现速度闭环控制的速度调节器，所述速度调节器的输入端与所述电机速度采集单元相连，所述速度调节器的输出端通过限幅模块与电流控制环相连。

所述电流控制环包括PWM波发生器和用于实现电流闭环控制的电流调节器，所述电流调节器的输入端分别与所述电机电流采集单元、限幅模块相连，所述电流调节器的输出端通过PWM波发生器与所述电机驱动单元相连。

所述电机驱动单元包括相互连接的栅极驱动模块和H桥驱动电路，所述栅极驱动模块的输入端与所述双闭环控制单元的输出端相连，所述H桥驱动电路的输出端与有刷直流电机相连。

所述H桥驱动电路的桥臂为4个N沟道的MOSFET功率管。

所述电机电流采集单元为霍尔传感器电路。

它还包括通信接口单元，所述通信接口单元与所述双闭环控制单元相连。

所述通信接口单元为串行通信接口、或者CAN总线接口、或者串行通信接口和CAN总线接口的组合。

本实用新型具有下述优点：

1、本实用新型在传统速度闭环控制的基础上增加了电流闭环控制，形成了双闭环控制，集电机控制器的保护和测控于一体，能够实现电机力矩控制、有效地保护电机，防止电机因为发生堵转而烧毁电机，具有安全可靠性好、电路连接简单，使用方便的优点。

2、本实用新型的双闭环控制单元进一步包括速度控制环和电流控制环，速度控制环的输入端与电机速度采集单元相连，电流控制环的输入端分别速度控制环、电机电流采集单元相连，电流控制环的输出端与电机驱动单元相连，而且通过上述结构的双闭环控制，能够获得接近理想的启动过程和制动过程，从而能够延长电机使用寿命。

3、本实用新型的电机驱动单元进一步包括相互连接的栅极驱动模块和H桥驱动电路，通过增加栅极驱动模块不仅能够获得较大的充放电电流，而且还能够为H桥驱动电路提供浮动电压形式的桥臂驱动信号。本实用新型的H桥驱动电路桥臂的进一步为4个N沟道的MOSFET功率管，形成4N-MOSFET结构，功率放大性能好，具有电路保护功能，能够提高电路的可靠性。

4、本实用新型进一步包括通信接口单元，集测控、计量、运行记录和通讯功能为一体，实现了电机控制器的数字化、智能化、网络化，便于实现控制器组网，为控制管理带来了很大的便利。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基本框架结构示意图。

图2为本实用新型实施例双闭环控制单元的详细框架结构示意图。

图3为本实用新型实施例的双闭环控制原理示意图。

图4为本实用新型实施例启动过程的电流环调节曲线、速度调节曲线示意图。