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一种基于闭环控制的电机自动控制系统
申请号	CN201610209789.0	申请日	2016-04-06	公开(公告)号	CN105763134A	公开(公告)日	2016-07-13
申请人	成都卡诺源科技有限公司;			发明人	汤福琼;
摘要	本发明公开了一种基于闭环控制的电机自动控制系统，主要由电源，与电源相连接的电源处理电路，与电源处理电路相连接的保护电路，与保护电路相连接的逆变电路，分别与逆变电路相连接的电机和驱动电路，与驱动电路相连接的单片机等组成。本发明采用电源处理电路对电机的工作电压进行处理，经过处理后的电机工作电压变得很稳定，如此则可以避免电压波动而影响电机的正常运行。本发明通过信号采样电路采集电机力矩输出功率控制信号并反馈给单片机，单片机则计算出电机的实时输出功率，并比对电机的实时功率是否与设定的功率相同，如不同则发送信号对电机运行进行调整，如此则构成一个闭环系统，其能够更好的对电机进行控制。
权利要求	1.一种基于闭环控制的电机自动控制系统，主要由电源，与电源相连接的电源处理电路，与电源处理电路相连接的保护电路，与保护电路相连接的逆变电路，分别与逆变电路相连接的电机和驱动电路，与驱动电路相连接的单片机，以及通过CAN总线与单片机相连接的电脑组成；其特征在于，在电机与单片机之间还串接有信号采样电路。 2.根据权利要求1所述的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，其特征在于：所述信号采样电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT7，串接在放大器P1的正极和输出端之间的电阻R12，正极经电阻R11后与放大器P1的负极相连接、负极接地的电容C10，正极与放大器P1的输出端相连接、负极则与放大器P2的正极相连接的电容C12，正极与放大器P2的负极相连接、负极接地的电容C11，与电容C11相并联的电阻R13，串接在三极管VT7的发射极和放大器P2的输出端之间的电阻R16，P极与放大器P2的输出端相连接、N极则形成该信号采样电路的输出端的二极管D8，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则经电阻R15后与二极管D8的N极相连接的电阻R14，以及正极与放大器P2的正极相连接、负极则与二极管D8的N极相连接的电容C13组成；所述放大器P1的负极形成该信号采样电路的输入端并与电机相连接；所述三极管VT7的基极与电容C11的负极相连接，其集电极接地；所述信号采样电路的输出端与单片机相连接。 3.根据权利要求2所述的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，其特征在于：所述保护电路由三极管VT4，三极管VT5，三极管VT6，单向晶闸管D6，串接在单向晶闸管D6的N极和三极管VT5的集电极之间的电阻R6，串接在单向晶闸管D6的控制端和三极管VT6的集电极之间的电阻R7，N极与三极管VT4的集电极相连接、P极则经电阻R8后与三极管VT4的发射极相连接的二极管D7，正极与三极管VT6的集电极相连接、负极则与三极管VT5的集电极相连接的电容C7，正极与三极管VT4的发射极相连接、负极则与三极管VT5的发射极相连接的电容C8，串接在三极管VT5的基极和三极管VT6的基极之间的电阻R9，以及负极与三极管VT5的集电极相连接、正极则经电位器R10后与三极管VT6的发射极相连接的电容C9组成；所述三极管VT4的集电极与单向晶闸管D6的P极相连接，其基极则与二极管D7的P极相连接，其发射极则与三极管VT6的发射极相连接；所述电位器R10的控制端与三极管VT6的基极相连接；所述三极管VT4的集电极与三极管VT5的集电极共同形成该保护电路的输入端并与电源处理电路的输出端相连接；所述三极管VT6的发射极与电容C9的负极共同形成该保护电路的输出端并与逆变电路的电源输入端相连接。 4.根据权利要求3所述的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，其特征在于：所述电源处理电路由变压器T，前端整流滤波电路，串接在前端整流滤波电路和变压器T的原边之间的触发电路，以及与变压器T的副边相连接的输出电路组成；所述电源处理电路的输入端与电源相连接，其输出端则与保护电路的输入端相连接。 5.根据权利要求4所述的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，其特征在于：所述前端整流滤波电路由二极管整流器U，三极管VT1，正极与二极管整流器U的正极输出端相连接、负极则经电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接的电容C1，N极与电容C1的负极相连接、P极则与三极管VT1的发射极相连接的二极管D1，以及N极与电容C1的正极相连接、P极则经电容C2后与三极管VT1的发射极相连接的二极管D2组成；所述三极管VT1的发射极与二极管整流器U的负极输出端相连接，其集电极和基极则均与触发电路相连接；所述二极管D2的N极还与触发电路相连接；所述二极管整流器U的输入端接电源。 6.根据权利要求5所述的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，其特征在于：所述触发电路由三极管VT2，三极管VT3，触发芯片U1，N极与变压器T的原边电感线圈L1的非名端相连接、P极则经电阻R2后与二极管D2的N极相连接的二极管D3，正极与二极管D2的N极相连接、负极则与三极管VT2的集电极相连接的电容C5，负极与三极管VT1的集电极相连接、正极则经电阻R3后与三极管VT2的集电极相连接的电容C4，正极与三极管VT1的基极相连接、负极则与触发芯片U1的VDD管脚相连接的电容C3，以及N极与三极管VT3的集电极相连接、P极则经电阻R4后与三极管VT1的集电极相连接的二极管D4组成；所述触发芯片U1的BD管脚同时与二极管D3的P极和三极管VT2的基极相连接，其SW管脚则与三极管VT2的发射极相连接，其FB管脚则与三极管VT3的发射极相连接，其CS管脚与三极管VT3的基极相连接，其GND管脚则与二极管D4的P极相连接的同时接地；所述变压器T的原边电感线圈L1的同名端与二极管D2的N极相连接；所述变压器T的原边电感线圈L2的同名端同时与三极管VT2的集电极和三极管VT3的发射极相连接，其非同名端接地。 7.根据权利要求6所述的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，其特征在于：所述输出电路由P极与变压器T的副边电感线圈L3的非同名端相连接、N极则与三极管VT4的集电极相连接的稳压二极管D5，以及正极与稳压二极管D5的N极相连接、负极经电阻R5后与变压器T的副边电感线圈L3的同名端相连接的同时接地的电容C6组成；所述变压器T的副边电感线圈L3的同名端与三极管VT5的集电极相连接。 8.根据权利要求7所述的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，其特征在于：所述触发芯片U1为ACT365集成芯片。
说明书全文	一种基于闭环控制的电机自动控制系统技术领域 [0001] 本发明涉及一种自动控制系统，具体是指一种基于闭环控制的电机自动控制系统。背景技术 [0002] 电机自动控制系统广泛用于机械、钢铁、矿山、冶金、化工等领域，这些行业中绝大部分生产机械都采用电机作原动机。因此，有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义。然而现有的电机控制系统容易受到电压波动的影响，使电机无法正常运行。发明内容 [0003] 本发明的目的在于克服现有的电机控制系统容易受到电压波动影响的缺陷，提供一种基于闭环控制的电机自动控制系统。 [0004] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于闭环控制的电机自动控制系统，主要由电源，与电源相连接的电源处理电路，与电源处理电路相连接的保护电路，与保护电路相连接的逆变电路，分别与逆变电路相连接的电机和驱动电路，与驱动电路相连接的单片机，以及通过CAN总线与单片机相连接的电脑组成；为了更好的实施本发明，本发明在电机与单片机之间还串接有信号采样电路。 [0005] 进一步的，所述信号采样电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT7，串接在放大器P1的正极和输出端之间的电阻R12，正极经电阻R11后与放大器P1的负极相连接、负极接地的电容C10，正极与放大器P1的输出端相连接、负极则与放大器P2的正极相连接的电容C12，正极与放大器P2的负极相连接、负极接地的电容C11，与电容C11相并联的电阻R13，串接在三极管VT7的发射极和放大器P2的输出端之间的电阻R16，P极与放大器P2的输出端相连接、N极则形成该信号采样电路的输出端的二极管D8，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则经电阻R15后与二极管D8的N极相连接的电阻R14，以及正极与放大器P2的正极相连接、负极则与二极管D8的N极相连接的电容C13组成；所述放大器P1的负极形成该信号采样电路的输入端并与电机相连接；所述三极管VT7的基极与电容C11的负极相连接，其集电极接地；所述信号采样电路的输出端与单片机相连接。 [0006] 所述保护电路由三极管VT4，三极管VT5，三极管VT6，单向晶闸管D6，串接在单向晶闸管D6的N极和三极管VT5的集电极之间的电阻R6，串接在单向晶闸管D6的控制端和三极管VT6的集电极之间的电阻R7，N极与三极管VT4的集电极相连接、P极则经电阻R8后与三极管VT4的发射极相连接的二极管D7，正极与三极管VT6的集电极相连接、负极则与三极管VT5的集电极相连接的电容C7，正极与三极管VT4的发射极相连接、负极则与三极管VT5的发射极相连接的电容C8，串接在三极管VT5的基极和三极管VT6的基极之间的电阻R9，以及负极与三极管VT5的集电极相连接、正极则经电位器R10后与三极管VT6的发射极相连接的电容C9组成；所述三极管VT4的集电极与单向晶闸管D6的P极相连接，其基极则与二极管D7的P极相连接，其发射极则与三极管VT6的发射极相连接；所述电位器R10的控制端与三极管VT6的基极相连接；所述三极管VT4的集电极与三极管VT5的集电极共同形成该保护电路的输入端并与电源处理电路的输出端相连接；所述三极管VT6的发射极与电容C9的负极共同形成该保护电路的输出端并与逆变电路的电源输入端相连接。 [0007] 所述电源处理电路由变压器T，前端整流滤波电路，串接在前端整流滤波电路和变压器T的原边之间的触发电路，以及与变压器T的副边相连接的输出电路组成；所述电源处理电路的输入端与电源相连接，其输出端则与保护电路的输入端相连接。 [0008] 所述前端整流滤波电路由二极管整流器U，三极管VT1，正极与二极管整流器U的正极输出端相连接、负极则经电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接的电容C1，N极与电容C1的负极相连接、P极则与三极管VT1的发射极相连接的二极管D1，以及N极与电容C1的正极相连接、P极则经电容C2后与三极管VT1的发射极相连接的二极管D2组成；所述三极管VT1的发射极与二极管整流器U的负极输出端相连接，其集电极和基极则均与触发电路相连接；所述二极管D2的N极还与触发电路相连接；所述二极管整流器U的输入端接电源。 [0009] 所述触发电路由三极管VT2，三极管VT3，触发芯片U1，N极与变压器T的原边电感线圈L1的非名端相连接、P极则经电阻R2后与二极管D2的N极相连接的二极管D3，正极与二极管D2的N极相连接、负极则与三极管VT2的集电极相连接的电容C5，负极与三极管VT1的集电极相连接、正极则经电阻R3后与三极管VT2的集电极相连接的电容C4，正极与三极管VT1的基极相连接、负极则与触发芯片U1的VDD管脚相连接的电容C3，以及N极与三极管VT3的集电极相连接、P极则经电阻R4后与三极管VT1的集电极相连接的二极管D4组成；所述触发芯片U1的BD管脚同时与二极管D3的P极和三极管VT2的基极相连接，其SW管脚则与三极管VT2的发射极相连接，其FB管脚则与三极管VT3的发射极相连接，其CS管脚与三极管VT3的基极相连接，其GND管脚则与二极管D4的P极相连接的同时接地；所述变压器T的原边电感线圈L1的同名端与二极管D2的N极相连接；所述变压器T的原边电感线圈L2的同名端同时与三极管VT2的集电极和三极管VT3的发射极相连接，其非同名端接地。 [0010] 所述输出电路由P极与变压器T的副边电感线圈L3的非同名端相连接、N极则与三极管VT4的集电极相连接的稳压二极管D5，以及正极与稳压二极管D5的N极相连接、负极经电阻R5后与变压器T的副边电感线圈L3的同名端相连接的同时接地的电容C6组成；所述变压器T的副边电感线圈L3的同名端与三极管VT5的集电极相连接。 [0011] 所述触发芯片U1为ACT365集成芯片。 [0012] 本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果： [0013] (1)本发明采用电源处理电路对电机的工作电压进行处理，经过处理后的电机工作电压变得很稳定，如此则可以避免电压波动而影响电机的正常运行。 [0014] (2)本发明通过CAN总线对数据进行传输，提高了数据传输的稳定性和可靠性。 [0015] (3)本发明设置有保护电路，其可以对电机进行过流、过压保护，避免电机被过电流和过电压所损坏。 [0016] (4)本发明通过信号采样电路采集电机力矩输出功率控制信号并反馈给单片机，单片机则计算出电机的实时输出功率，并比对电机的实时功率是否与设定的功率相同，如不同则发送信号对电机运行进行调整，如此则构成一个闭环系统，其能够更好的对电机进行控制。附图说明 [0017] 图1为本发明的整体结构框图。 [0018] 图2为本发明的电源处理电路的结构图。 [0019] 图3为本发明的保护电路的结构图。 [0020] 图4为本发明的信号采样电路的结构图。具体实施方式 [0021] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。 [0022] 实施例 [0023] 如图1所示，本发明的一种基于闭环控制的电机自动控制系统，主要由电源，电源处理电路，保护电路，逆变电路，电机，驱动电路，信号采样电路，单片机以及电脑组成。 [0024] 其中，电源即为220V市电，其用于给电机提供工作电源。电源处理电路用于对220V市电进行处理，并输出平顺稳定的直流电，其输入端与电源相连接。保护电路用于对电机进行过流、过压保护，其输入端与电源处理电路的输出端相连接。逆变电路则用于把平顺稳定的直流电转换为交流电并驱动电机工作，其电源输入端与保护电路的输出端相连接，而其信号输出端则与电机相连接。单片机为本发明的的信号控制中心，其优选为ZXLD1320型单片机，该ZXLD1320型单片机的CFB管脚通过CAN总线与电脑相连接，其M-LOAD管脚则与驱动电路的输入端相连接，其ISE管脚则与信号采样电路的输出端相连接。电脑则为本发明的人机交换窗口，用于输入控制信号。信号采样电路用于采集电机力矩输出功率控制信号并输送给单片机，其输入端与电机相连接。驱动电路则用于把单片机发出的信号输送给逆变电路，其输出端则与逆变电路的信号输入端相连接。所述逆变电路和驱动电路采用现有的技术均可实现本发明。 [0025] 如图2所示，该电源处理电路由变压器T，前端整流滤波电路，串接在前端整流滤波电路和变压器T的原边之间的触发电路，以及与变压器T的副边相连接的输出电路组成；所述电源处理电路的输入端与电源相连接，其输出端则与保护电路的输入端相连接。 [0026] 其中，所述前端整流滤波电路由二极管整流器U，三极管VT1，电阻R1，电容C1，电容C2，二极管D1以及二极管D2组成。 [0027] 连接时，电容C1的正极与二极管整流器U的正极输出端相连接、其负极则经电阻R1后与三极管VT1的发射极相连接。二极管D1的N极与电容C1的负极相连接、其P极则与三极管VT1的发射极相连接。二极管D2的N极与电容C1的正极相连接、P极则与电容C2的正极相连接。所述电容C2的负极则与三极管VT1的发射极相连接。所述三极管VT1的发射极与二极管整流器U的负极输出端相连接，其集电极和基极则均与触发电路相连接。所述二极管D2的N极还与触发电路相连接。所述二极管整流器U的输入端接电源。该前端整流滤波电路把220V市电转换为平顺的直流电输出给触发电路。 [0028] 所述触发电路由三极管VT2，三极管VT3，触发芯片U1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电容C3，电容C4，电容C5，二极管D3以及二极管D4组成。 [0029] 其中，二极管D3的N极与变压器T的原边电感线圈L1的非名端相连接、其P极则经电阻R2后与二极管D2的N极相连接。电容C5的正极与二极管D2的N极相连接、其负极则与三极管VT2的集电极相连接。电容C4的负极与三极管VT1的集电极相连接、其正极则经电阻R3后与三极管VT2的集电极相连接。电容C3的正极与三极管VT1的基极相连接、其负极则与触发芯片U1的VDD管脚相连接。二极管D4的N极与三极管VT3的集电极相连接、其P极则经电阻R4后与三极管VT1的集电极相连接。 [0030] 同时，所述触发芯片U1的BD管脚同时与二极管D3的P极和三极管VT2的基极相连接，其SW管脚则与三极管VT2的发射极相连接，其FB管脚则与三极管VT3的发射极相连接，其CS管脚与三极管VT3的基极相连接，其GND管脚则与二极管D4的P极相连接的同时接地。所述变压器T的原边电感线圈L1的同名端与二极管D2的N极相连接。所述变压器T的原边电感线圈L2的同名端同时与三极管VT2的集电极和三极管VT3的发射极相连接，其非同名端接地。该直流电经触发电路后由变压器变压为适合电机使的电压大小，经变压后的电压大小由电机的额定电压决定，通过改变变压器的线圈轧数比即可改变变压器的输出电压大小。为了更好实施本发明，所述触发芯片U1优选为ACT365集成芯片来实现。 [0031] 所述输出电路由P极与变压器T的副边电感线圈L3的非同名端相连接、N极则与变压器T的副边电感线圈L3的同名端共同形成该电源处理电路的输出端的稳压二极管D5，以及正极与稳压二极管D5的N极相连接、负极经电阻R5后与变压器T的副边电感线圈L3的同名端相连接的同时接地的电容C6组成。所述电源处理电路的输出端与保护电路的入端相连接。经变压后的直流电经输出电路处理后输送给逆变电路，经过输出电路处理的直流电变得很稳定。 [0032] 如图3所示，所述保护电路由三极管VT4，三极管VT5，三极管VT6，单向晶闸管D6，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电容C7，电容C8，电容C9以及二极管D7组成。 [0033] 其中，电阻R6串接在单向晶闸管D6的N极和三极管VT5的集电极之间。电阻R7串接在单向晶闸管D6的控制端和三极管VT6的集电极之间。二极管D7的N极与三极管VT4的集电极相连接、其P极则经电阻R8后与三极管VT4的发射极相连接。电容C7的正极与三极管VT6的集电极相连接、其负极则与三极管VT5的集电极相连接。电容C8的正极与三极管VT4的发射极相连接、其负极则与三极管VT5的发射极相连接。电阻R9串接在三极管VT5的基极和三极管VT6的基极之间。电容C9的负极与三极管VT5的集电极相连接、其正极则经电位器R10后与三极管VT6的发射极相连接。 [0034] 同时，所述三极管VT4的集电极与单向晶闸管D6的P极相连接，其基极则与二极管D7的P极相连接，其发射极则与三极管VT6的发射极相连接。所述电位器R10的控制端与三极管VT6的基极相连接。所述三极管VT4的集电极与稳压二极管D5的N极相连接。所述三极管VT5的集电极则与变压器T的副边电感线圈L3的同名端相连接。所述三极管VT6的发射极与电容C9的负极共同形成该保护电路的输出端并与逆变电路的电源输入端相连接。当出现过电流或过电压时，二极管D7的N极被施一个反向电压而截止，电路不导通，从而保护电机不被过电压或过电流损坏。 [0035] 如图4所示，所述信号采样电路由放大器P1，放大器P2，三极管VT7，串接在放大器P1的正极和输出端之间的电阻R12，正极经电阻R11后与放大器P1的负极相连接、负极接地的电容C10，正极与放大器P1的输出端相连接、负极则与放大器P2的正极相连接的电容C12，正极与放大器P2的负极相连接、负极接地的电容C11，与电容C11相并联的电阻R13，串接在三极管VT7的发射极和放大器P2的输出端之间的电阻R16，P极与放大器P2的输出端相连接、N极则形成该信号采样电路的输出端的二极管D8，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则经电阻R15后与二极管D8的N极相连接的电阻R14，以及正极与放大器P2的正极相连接、负极则与二极管D8的N极相连接的电容C13组成。 [0036] 同时，所述放大器P1的负极形成该信号采样电路的输入端并与电机相连接。所述三极管VT7的基极与电容C11的负极相连接，其集电极接地。所述信号采样电路的输出端与单片机相连接。该信号采样电路对电机的力矩输出功率控制信号进行采集，并发送给单片机。 [0037] 工作时，操作人员从电脑上输入控制指令信号，该控制指令信号通过CAN总线传输给单片机，单处理机接收到控制指令信号后发出相应的信号给驱动电路，驱动电路把信号传输给逆变电路。同时电源经电源处理电路处理后经保护电路和逆变电路给电机提供工作电源，而逆变电路则根据操作员输入的控制指令信号控制电机运转。这时信号采样电路采集电机力矩输出功率控制信号，并传输给单片机。单片机根据反馈的力矩输出功率控制信号计算出电机的实时输出功率，并比对实时输出功率与设定的功率是否一致，如不一致则发送相应的信号给驱动电路，驱动电路再把信号传输给逆变电路，逆变电路则重新对电机进行控制，直到电机的实时输出功率与设定的功率一致。 [0038] 如上所述，便可很好的实施本发明。

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