一种单MUC独立控制4路无传感直流无刷电机的系统

技术领域

本发明属于MUC独立控制技术领域，具体为一种单MUC独立控制4路无传感直流无刷电机的系统。

背景技术

无刷电机是由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，由于是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。

目前，无刷电机由于其易维护性和高效率逐渐在替换有刷电机，无刷电机没有换向火花，不需要更换碳刷，在生命周期内基本实现了免维护。

由于无刷电机没有电刷，不能自动换向，需要依靠电子装置通常为MCU加周边器件来驱动运行，成本会比有刷电机贵，实用性较为局限。同时无刷电机由于要检测电机转子的位置，一般需要在电机内部安装霍尔器件或者编码器来确定转子位置，进一步限制了其应用，因为部分工作恶劣环境需要高可靠性，如汽车，深水泵，物流用电机矩阵等；这些应用场合要么环境恶劣，要么检修复。

发明内容

有鉴于此，为克服现有技术的缺陷，本发明新型提供一种单MUC独立控制4路无传感直流无刷电机的系统，可以通过PWM同步技术，将4个电机的驱动用的PWM信号工作于同步主从状态，相互级联，从而使得4路PWM信号对齐，有效的解决了4路无传感无刷电机实用性局限的问题。

本发明通过以下技术方案实现:

一种单MUC独立控制4路无传感直流无刷电机的系统，有效的解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单MUC独立控制4路无传感直流无刷电机的系统，包括MCU主控模块、第一接收模块、第二接收模块、第三接收模块和第四接收模块，所述MCU主控模块与第一接收模块、第二接收模块、第三接收模块、第四接收模块均电性连接，所述MCU主控模块包括电机一控制模块、电机二控制模块、电机三控制模块和电机四控制模块，所述MCU主控模块用于控制4路PWM发生器生成4路电机控制信号电机一控制模块、电机二控制模块、电机三控制模块、电机四控制模块，同时接收第一接收模块、第二接收模块、第三接收模块、第四接收模块传递过来的反电势采样、电流采样等信号，进行信号调理并处理。

优选的，所述电机一控制模块接收MCU主控模块的控制信号生成PWM1控制信号发送给第一接收模块，同时接收第一接收模块传送过来的电机一的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理。

优选的，所述电机二控制模块用于接收MCU主控模块的控制信号生成PWM2控制信号发送给第二接收模块，同时接收第二接收模块传送过来的电机二的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理。

优选的，所述电机三控制模块接收MCU主控模块的控制信号生成PWM3控制信号发送给第三接收模块，同时接收第三接收模块传送过来的电机三的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理。

优选的，所述电机四控制模块用于接收MCU主控模块的控制信号生成PWM4控制信号发送给第四接收模块，同时接收第四接收模块传送过来的电机四的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理。

优选的，所述第二接收模块用于接收电机二控制模块发出的PWM2信号，生成电机二驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机二控制模块。

优选的，所述第一接收模块用于接收电机一控制模块发出的PWM1信号，生成电机一驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机一控制模块。

优选的，所述第三接收模块用于接收电机三控制模块发出的PWM3信号，生成电机三驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机三控制模块。

优选的，所述第四接收模块用于接收电机四控制模块发出的PWM4信号，生成电机四驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机四控制模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、在工作中，通过PWM同步技术，将4个电机的驱动用的PWM信号工作于同步主从状态，相互级联，从而使得4路PWM信号对齐；在PWM信号对齐之后，在PWM_ON区间进行4路电机的关键AD信号采样，实现了4路无传感无刷电机单独控制，对于高转速区间，即占空比较高场合，可以在一个PWM_ON区间同时采集4路电机的反电势，电流，母线电压信号，进行处理控制。

2、在工作中，对于低转速区间，即占空比较低场合，可以在4个PWM_ON区间分时采集4路电机的反电势，电流，母线电压信号，进行处理控制，此系统既降低了系统成本，有提高了系统的适用性范围，使得无刷电机的大规模应用得到了保证，进一步的，如果主控MCU资源允许，还可以扩展成单MCU带更多电机的可能性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的系统框图；

图2为单MCU控制单电机PWM方式；

图3为本发明系统框图实际应用示意图。

图中：S102、电机一控制模块；S103、电机二控制模块；S104、电机三控制模块；S105、电机四控制模块；S106、第一接收模块；S107、第二接收模块；S108、第三接收模块；S109、第四接收模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

实施例一，由图1-3给出，本发明包括一种单MUC独立控制4路无传感直流无刷电机的系统，包括MCU主控模块、第一接收模块S106、第二接收模块S107、第三接收模块S108和第四接收模块S109，MCU主控模块与第一接收模块S106、第二接收模块S107、第三接收模块S108、第四接收模块S109均电性连接，MCU主控模块包括电机一控制模块S102、电机二控制模块S103、电机三控制模块S104和电机四控制模块S105，MCU主控模块用于控制4路PWM发生器生成4路电机控制信号电机一控制模块S102、电机二控制模块S103、电机三控制模块S104、电机四控制模块S105，同时接收第一接收模块S106、第二接收模块S107、第三接收模块S108、第四接收模块S109传递过来的反电势采样、电流采样等信号，进行信号调理并处理，电机一控制模块S102接收MCU主控模块的控制信号生成PWM1控制信号发送给第一接收模块S106，同时接收第一接收模块S106传送过来的电机一的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理，电机二控制模块S103用于接收MCU主控模块的控制信号生成PWM2控制信号发送给第二接收模块S107，同时接收第二接收模块S107传送过来的电机二的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理，电机三控制模块S104接收MCU主控模块的控制信号生成PWM3控制信号发送给第三接收模块S108，同时接收第三接收模块S108传送过来的电机三的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理，电机四控制模块S105用于接收MCU主控模块的控制信号生成PWM4控制信号发送给第四接收模块S109，同时接收第四接收模块S109传送过来的电机四的反电势，电流等信息，发送给MCU主控模块进行处理，第一接收模块S106用于接收电机一控制模块S102发出的PWM1信号，生成电机一驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机一控制模块S102，AD采样一般用PWM_ON的信号进行触发采样，因为PWM_OFF区间反电势信号不开通，同时电流也采集不到。可见，每个Ts时刻可以顺序采样ADC_BEMF，反电势，ADC_I，电流，ADC_VDC，母线电压；在下一个PWM_ON周期Ts2继续采样ADC信号，如此循环，可以以无传感方式运行电机。

实施例二，由图1-3给出，第二接收模块S107用于接收电机二控制模块S103发出的PWM2信号，生成电机二驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机二控制模块S103，第三接收模块S108用于接收电机三控制模块S104发出的PWM3信号，生成电机三驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机三控制模块S104，第四接收模块S109用于接收电机四控制模块S105发出的PWM4信号，生成电机四驱动信号驱动无刷电机运行，同时采集电机反电势，电流，母线电压等AD值反馈给电机四控制模块S105。

实施例三，由图1-3给出，MCU主控模块用于控制4路PWM发生器生成4路电机控制信号电机一控制模块S202、电机二控制模块S203、电机三控制模块S204、电机四控制模块S205；同时接收第一接收模块S206、第二接收模块S207、第三接收模块S208、第四接收模块S209传递过来的反电势采样、电流采样等信号，进行信号调理并处理。本实施例使用ST公司生产的STM32G070芯片进行系统设计，由于此芯片只有3路定时器可以同步，即TIM1，TIM3，TIM15，即TIM1有4路通道，TIM3有4路PWM通道，TIM15有1路PWM通道，对功能如下分布TIM1的CH1,CH2,CH3工作于PWM状态，控制电机一，CH4用于触发系统的AD采样；TIM3工作于TIM1的从机状态，CH1,CH2,CH3控制电机二；同时TIM3的CH4通过74HC125扩展成3路PWM信号控制电机三；TIM15工作于TIM3的从机状态，同时TIM15的CH1通过74HC125扩展成3路PWM信号控制电机四，至此，MCU配置好了可以控制4路电机的底层。

本发明通过PWM同步技术，将4个电机的驱动用的PWM信号工作于同步主从状态，相互级联，从而使得4路PWM信号对齐；在PWM信号对齐之后，在PWM_ON区间进行4路电机的关键AD信号采样，实现了4路无传感无刷电机单独控制，对于高转速区间，即占空比较高场合，可以在一个PWM_ON区间同时采集4路电机的反电势，电流，母线电压信号，进行处理控制。

对于低转速区间，即占空比较低场合，可以在4个PWM_ON区间分时采集4路电机的反电势，电流，母线电压信号，进行处理控制。此系统既降低了系统成本，有提高了系统的适用性范围，使得无刷电机的大规模应用得到了保证，进一步的，如果主控MCU资源运行，还可以扩展成单MCU带更多电机的可能性。

需要说明的是，单MCU独立控制4路无传感无刷电机运行，且不局限于4路；

MCU用于驱动电机运行的PWM信号由工作于同步主从方式的定时器TIM分别给出；

电机PWM的采样方式可以是单PWM_ON周期全部采样4路ADC信息，也可以是在4个PWM_ON周期分时复用采集4路电机的ADC信号，根据系统要求的转速调整。

MCU主控模块的主控可以换为FPGA，MCU，DSP，MPU等具有多路PWM输出功能的芯片；

电机一控制模块S102、电机二控制模块S103、电机三控制模块S104、电机四控制模块S105的TIM定时器的主从方式可以根据系统设计重新进行灵活安排；

第一接收模块S106、第二接收模块S107、第三接收模块S108、第四接收模块S109的AD采样根据算法的不同也可以更换为比较器换相；

系统设计不局限于4台电机，也可以大于4台，只要主控系统资源允许，定时器及AD资源允许；

PWM对齐方式可以是边沿对齐也可以是中央对齐方式工作，只要PWM可以工作于同步主从方式即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。