一种应用于人行通道闸伺服电机控制系统

技术领域

本发明涉及通道闸控制的技术领域，具体为一种应用于人行通道闸伺服电机控制系统。

背景技术

随着无刷电机控制方法和控制系统的不断发展，无刷电机在人行通道闸的应用越来越广泛，但是当前无刷电机位置在精度、速度、转矩存在局限性，而伺服电机控制系统具有更好的控制效果与较高的控制精度，故此，我们提出了一种应用于人行通道闸伺服电机控制系统。

发明内容

本发明的发明目的在于提供了一种应用于人行通道闸伺服电机控制系统，该应用于人行通道闸伺服电机控制系统解决了背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种应用于人行通道闸伺服电机控制系统，本控制系统包括PMSM电机SVPWM控制，FOC控制、霍尔传感器和增量式编码器位置计算和补偿，Ia、Ib、Ic三相电流精准采样，位置环、速度环、电流环三闭环PID控制，软件母线电压泄放保护及工业RS485通讯协议控制方法。

所述控制系统还包括人行通道闸专用伺服驱动板，其包括主控制电路、STM32F103RC单片机和电机驱动电路，所述电机驱动电路包括IR2106S、预驱电路、电容自举电路、MOS半桥电路、采样运算放大电路、软件泄放电路、采集霍尔、编码器信号I/O电路、离合器刹车电路、LCD液晶显示和三路串口通讯接口。

优选的，所述STM32F103RC单片机输出6路SVPWM驱动IR2106S，IR2136S输出分别控制6个IRF3607MOS开通关断，MOS管栅极限流电阻上都并接一个二极管，起到快速开启和关断MOS管，防止MOS上下直通短路保护，每相上放置采样R020电阻，通过运放芯片采集相电流。

优选的，所述采样运算放大电路在每半桥下臂处都加了一个0.02欧2W(理论上最大电流10A)的采样电阻，使用低功耗轨到轨运放MCP6024把采样电阻两端电压进行1.65V偏移并且放大4.02倍，4.02倍是直接由：5.1K/(68+1.2K)计算得到；运放输出端增加二极管BAS70-04起到单片机过压保护作用。

优选的，所述电流环三闭环PID控制算法为：

通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：

该应用于人行通道闸伺服电机控制系统，实现了伺服电机的高精度、更准确的控制，大大的提升了系统的可靠性和准确性。

附图说明

图1为本发明单片机IO管脚分配图；

图2为本发明IR2106S、预驱电路、电容自举电路、MOS半桥电路图；

图3为本发明电流采样电路图；

图4为本发明采集霍尔、编码器信号I/O电路图；

图5为本发明软件母线电压泄防电路图；

图6为本发明离合器刹车电路图；

图7为本发明FOC电机控制单元简图。

具体实施方式

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种应用于人行通道闸伺服电机控制系统，本控制系统包括PMSM电机SVPWM控制，FOC控制、霍尔传感器和增量式编码器位置计算和补偿，Ia、Ib、Ic三相电流精准采样，位置环、速度环、电流环三闭环PID控制，软件母线电压泄放保护及工业RS485通讯协议控制方法。

控制系统还包括人行通道闸专用伺服驱动板，其包括主控制电路、STM32F103RC单片机和电机驱动电路，电机驱动电路包括IR2106S、预驱电路、电容自举电路、MOS半桥电路、采样运算放大电路、软件泄放电路、采集霍尔、编码器信号I/O电路、离合器刹车电路、LCD液晶显示和三路串口通讯接口。

请参阅图4，采集霍尔、编码器信号I/O电路中霍尔传感器接口主要就是做了滤波和增加上拉电阻。编码器接口加了几个限流电阻和下拉电阻。

请参阅图2，STM32F103RC单片机输出6路SVPWM驱动IR2106S，IR2136S输出分别控制6个IRF3607MOS开通关断，MOS管栅极限流电阻上都并接一个二极管，起到快速开启和关断MOS管，防止MOS上下直通短路保护，每相上放置采样R020电阻，通过运放芯片采集相电流。

请参阅图3，采样运算放大电路在每半桥下臂处都加了一个0.02欧2W(理论上最大电流10A)的采样电阻，使用低功耗轨到轨运放MCP6024把采样电阻两端电压进行1.65V偏移并且放大4.02倍，4.02倍是直接由：5.1K/(68+1.2K)计算得到；运放输出端增加二极管BAS70-04起到单片机过压保护作用。

电流环三闭环PID控制算法为：

其中：k——采样序号，k＝0,1,2，……；

u k——第k次采样时刻的计算机输出值；

e k——第k次采样时刻输入的偏差值；

e k-1——第k-1次采样时刻输入的偏差值；

Ki——积分系数，Ki＝Kp*T/Ti；

Kd——微分系数，Kd＝Kp*Td/T。

闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈(NegativeFeedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。

请参考图7，由三相逆变桥为PMSM Motor供能，霍尔信号、编码器信号进行转子速度/位置反馈，形成转速信号和位置信号分别发送给速度环和位置环，且三相逆变桥由电流采样，经由Clarke变换模块和Park变换模块完成坐标转换，产生信号传递给电流环，后经过Park逆变换完成矢量合成，再分解后传递给SVPWM模块。

对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。