CN111884545A - 一种电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电机控制系统，所述电机控制系统包括：控制模块，用于连接所述电机，以及控制所述电机的工作状态；制动模块，用于连接所述电机和所述控制模块，以及发送开机信号或关机信号至所述控制模块；以及供电模块，连接所述控制模块，其中，所述开机信号用于使所述控制模块开启所述电机，所述关机信号用于使所述控制模块关闭所述电机，并且，在发送所述关机信号时所述制动模块对所述电机进行制动，在发送所述开机信号时所述制动模块对所述电机解除制动。本申请实现了通过硬件刹车避免刹车失灵，提高刹车的安全性和可靠性。

Description

一种电机控制系统

技术领域

本申请涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种电机控制系统。

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电机的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。在现代工业生产和日常生活中，常常需要对电机进行刹车，以达到保障安全等目的。在现有技术中，电机的刹车主要是通过软件控制，一旦出现程序跑偏、mos管或电子开关失效等情况，就会引起刹车失灵。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种电机控制系统，用以实现通过硬件刹车避免刹车失灵，提高刹车的安全性和可靠性。

本申请实施例第一方面提供了一种电机控制系统，用于控制电机，包括：控制模块，用于连接所述电机，以及控制所述电机的工作状态；制动模块，用于连接所述电机和所述控制模块，以及发送开机信号或关机信号至所述控制模块；以及供电模块，连接所述控制模块，其中，所述开机信号用于使所述控制模块开启所述电机，所述关机信号用于使所述控制模块关闭所述电机，并且，在发送所述关机信号时所述制动模块对所述电机进行制动，在发送所述开机信号时所述制动模块对所述电机解除制动。

于一实施例中，所述控制模块包括：电机控制单元，用于连接所述电机，并对所述电机进行驱动；微控制单元，连接所述电机控制单元，所述微控制单元用于根据接收到的信号生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述电机控制单元。

于一实施例中，所述制动模块包括：控制开关，用于分别连接所述电机和所述控制模块；第一电阻，所述第一电阻的第一端用于连接所述电机的第一接线端，所述第一电阻的第二端连接所述控制开关。

于一实施例中，所述控制开关为双刀双掷开关，所述控制开关的第一动触刀的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第一动触刀的第二端在与其对应的第一静触点和第二静触点之间切换，所述第一静触点用于连接所述电机的第二接线端，所述控制开关的第二动触刀的第一端连接所述供电模块，所述第二动触刀的第二端在与其对应的第三静触点和第四静触点之间切换，所述第三静触点连接所述控制模块的关机信号输入端，所述第四静触点连接所述控制模块的开机信号输入端。

于一实施例中，所述第一动触刀和所述第二动触刀同步动作，当所述第一动触刀的第二端与所述第一静触点连通时，所述第二动触刀的第二端与所述第三静触点连通，当所述第一动触刀的第二端与所述第二静触点连通时，所述第二动触刀的第二端与所述第四静触点连通。

于一实施例中，所述供电模块包括：电源，所述电源为所述电机控制系统供电；降压单元，所述降压单元的输入端连接所述电源，所述降压单元的输出端连接所述控制模块。

于一实施例中，所述电机控制系统还包括：检测模块，连接所述控制模块，所述检测模块用于检测系统工作状态，并将检测结果发送至所述控制模块。

于一实施例中，所述检测模块包括：电压检测单元，所述电压检测单元包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容，所述第二电阻的第一端连接所述供电模块，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接所述第一电容和所述控制模块。

于一实施例中，所述检测模块包括：温度检测单元，所述温度检测单元包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第二电容，所述第六电阻为热敏电阻，所述第五电阻的第一端连接所述供电模块，所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第一端和所述第七电阻的第一端，所述第六电阻的第二端接地，所述第七电阻的第二端连接所述第二电容的第一端和所述控制模块，所述第二电容的第二端连接所述第六电阻的第二端。

于一实施例中，所述检测模块包括：电流检测单元，连接所述控制模块，所述电流检测单元用于检测所述电机的工作电流；反电动势检测单元，连接所述控制模块，所述反电动势检测单元用于检测所述电机的转速。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例的电机控制系统的结构示意图；

图2为本申请另一实施例的电机控制系统的结构示意图；

图3为本申请一实施例的制动模块的电路示意图；

图4为本申请一实施例的供电模块的电路示意图；

图5为本申请一实施例的微控制单元的电路示意图；

图6为本申请一实施例的电机控制单元和电流检测单元的电路示意图；

图7为本申请一实施例的电压检测单元的电路示意图；

图8为本申请一实施例的温度检测单元的电路示意图；

图9为本申请一实施例的反电动势检测单元的电路示意图；

图10为本申请一实施例的电机控制方法的流程示意图。

附图标记：

100-电机控制系统，110-电机，120-控制模块，121-电机控制单元，122-微控制单元，130-制动模块，140-供电模块，141-电源，142-降压单元，150-检测模块，151-电压检测单元，152-温度检测单元，153-电流检测单元，154-反电动势检测单元，11-第一动触刀，12-第二动触刀，13-第一静触点，14-第二静触点，15-第三静触点，16-第四静触点。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“配置为”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参看图1，其为本申请一实施例的电机控制系统100的结构示意图，电机控制系统100用于控制电机110，包括：控制模块120、制动模块130和供电模块140，其中，控制模块120连接电机110，控制模块120用于控制电机110的工作状态。制动模块130连接电机110和控制模块120，制动模块130用于发送开机信号或关机信号至控制模块120，开机信号用于使控制模块120开启电机110，关机信号用于使控制模块120关闭电机110，并且，在发送关机信号时制动模块130对电机110进行制动，在发送开机信号时制动模块130对电机110解除制动。供电模块140连接控制模块120。电机110可以是有刷电机也可以是无刷电机。

如图2所示，其为本申请一实施例的电机控制系统100的结构示意图，电机控制系统100用于控制电机110，包括：控制模块120、制动模块130、供电模块140和检测模块150。其中，控制模块120包括：电机控制单元121和微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)122，电机控制单元121连接电机110，用于对电机110进行驱动，微控制单元122连接电机控制单元121，微控制单元122用于根据接收到的信号生成驱动信号，并将驱动信号发送至电机控制单元121。

制动模块130包括：控制开关S1和第一电阻R19，控制开关S1分别连接电机110和控制模块120，第一电阻R19的第一端连接电机110的第一接线端，第一电阻R19的第二端连接控制开关S1。

供电模块140包括：电源141和降压单元142，电源141为电机控制系统100供电，降压单元142的输入端连接电源141，降压单元142的输出端连接控制模块120。

检测模块150连接控制模块120，检测模块150用于检测系统工作状态，并将检测结果发送至控制模块120。

于一实施例中，检测模块150包括：电压检测单元151、温度检测单元152、电流检测单元153和反电动势检测单元154，电压检测单元151连接控制模块120，用于检测系统电压，温度检测单元152控制模块120，用于检测系统温度，电流检测单元153连接控制模块120，电流检测单元153用于检测电机110的工作电流，发送信号至微控制单元122，以使微控制单元122在判断出工作电流异常时，生成相应的驱动信号，通过电机控制单元121控制电机110。反电动势检测单元154连接控制模块120，反电动势检测单元154用于检测电机110的转速。

如图3所示，其为本申请一实施例的制动模块130的电路示意图，控制开关S1为双刀双掷开关，属于机械开关，控制开关S1的第一动触刀11的第一端连接第一电阻R19的第二端，第一动触刀11的第二端在与其对应的第一静触点13和第二静触点14之间切换，第一静触点13连接电机110的第二接线端，控制开关S1的第二动触刀12的第一端通过电阻R22连接供电模块140的端口VDD5，给开关通电，第二动触刀12的第二端在与其对应的第三静触点15和第四静触点16之间切换，第三静触点15通过电阻R43连接控制模块120的关机信号输入端S2，第四静触点16通过电阻R42连接控制模块120的开机信号输入端S3。

第一动触刀11和第二动触刀12同步动作，当第一动触刀11的第二端与第一静触点13连通时，第二动触刀12的第二端与第三静触点15连通，此时电机110两端通过第一电阻R19连通，处于硬件刹车状态，微控制单元122收到关机信号，停止运转电机110。当第一动触刀11的第二端与第二静触点14连通时，第二动触刀12的第二端与第四静触点16连通，此时电机110两端无外部连接，不干扰电机110正常运行，微控制单元122收到开机信号，生成驱动信号发送至电机控制单元121，从而控制电机110的运行状态。

于一实施例中，可以通过改变第一电阻R19的电阻值大小调整硬件刹车时间。

如图4所示，其为本申请一实施例的供电模块140的电路示意图，供电模块140的输入端连接直流电源，接口J2为直流电源输入的正极，接口J3为直流电源输入的负极，电容C7为滤波储能电容，直流电源经过电容C7滤波储能后给降压芯片U2供电。脚5脚6脚7脚8为电源正极输入口，脚4为电源输出，脚3为电源检测脚，降压芯片U2通过检测脚3电压来判断开启或关闭脚4，脚1脚2为电源负极端口。脚4输出电压后在电容C3滤波，经过二极管D1到稳压二极管D4，当电压经过稳压二极管D4稳压后，仍然有电压经过电阻R1给降压芯片U2的脚3，脚3检测后判断脚4是否输出。滤波电容C4连接电感L1的一端，经过电感L1储能，电感L1的另外一端接入电容C11电容C12进行储能和滤波，再经过二极管D3输出电压，此时电压为12V，主要用于驱动MOS管供电，一般是通过IC控制MOS管。电容C5电容C8为储能滤波电容，经过稳压芯片U1输出电压为5V的电源，此电源主要是用于微控制单元122供电。

如图5所示，其为本申请一实施例的微控制单元122的电路示意图，电容C1电容C2电容C15电容C16电容C19电容C21电容C13电容C14主要用于滤波，防止电压干扰，其中电容C1电容C2电容C15电容C16连接12V电源，电容C19电容C13连接5V电源。5V电源VDD5通过电阻R5电阻R6分压给微控制单元122，主要是用于微控制单元122电源选择。

如图6所示，其为本申请一实施例的电机控制单元121和电流检测单元153的电路示意图，微控制单元122通过端口HOU端口HOV端口HOW端口LOU端口LOV端口LOW控制电阻R2电阻R3电阻R4电阻R11电阻R10电阻R12从而控制MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6。此处中电阻R7电阻R8电阻R9电阻R15电阻R16电阻R17主要用于保护MOS管，起到静电释放功能。MOS管属于桥式连接，MOS管Q1和MOS管Q4属于一对，在正常工作中只允许开启其中一个MOS管，同理MOS管Q2和MOS管Q5属于一对，MOS管Q3和MOS管Q6属于一对。

电阻RS1为采样电阻，主要采集此处电压从而判断电机工作电流。此处检测到电压后，经过电阻R18通过微控制单元122内部的放大器对电压进行放大。电容C22为滤波作用。电阻R13电阻R14此处主要调节放大系数。微控制单元122内部放大后读取数值，对设定值进行比较，从而判断电流是否过大或短路。

如图7所示，其为本申请一实施例的电压检测单元151的电路示意图，电压检测单元151，电压检测单元151包括第二电阻R24、第三电阻R32、第四电阻R29和第一电容C28，第二电阻R24的第一端连接供电模块140的端口VCC，第二电阻的R24第二端连接第三电阻R32的第一端和第四电阻R29的第一端，第四电阻R29的第二端连接第一电容C28和控制模块120的端口OVP。

输入电压VCC通过第二电阻R24第三电阻R32分压，得出分压电压，通过第四电阻R29第一电容经过C28的滤波后给端口OVP，微控制单元122通过内部AD检测OVP电压，判断系统电压是过高或过低。

如图8所示，其为本申请一实施例的温度检测单元152的电路示意图，温度检测单元152，温度检测单元152包括第五电阻R23、第六电阻R33、第七电阻R28和第二电容C27，第六电阻R33为热敏电阻，第六电阻R33的电阻值随温度的变化而变化，第五电阻R23的第一端连接供电模块140的端口VDD5，第五电阻R23的第二端连接第六电阻R33的第一端和第七电阻R28的第一端，第六电阻R33的第二端接地，第七电阻R28的第二端连接第二电容C27的第一端和控制模块120的端口TMOS，第二电容C27的第二端连接第六电阻R33的第二端。微控制单元122可以通过检测分压电压判断MOS管温度是否过高。

如图9所示，其为本申请一实施例的反电动势检测单元154的电路示意图，12V电源通过二极管D6二极管D10二极管D11给微控制单元122驱动MOS管使用，电容C24电容C26电容C32主要用于为MOS管的电源产生负压。端口U端口V端口W为检测到的信号，通过电阻R25电阻R27电阻R31再通过电阻R20电阻R26电阻R40发送至微控制单元122，此时线路中稳压二极管D7稳压二极管D8稳压二极管D9主要为了是防止高压损坏微控制单元122，电阻R37电阻R38电阻R39接地，电容C29电容C30电容C31主要是滤波作用，防止信号串扰。电阻R34电阻R35电阻R36并联后接入端口ZCP，通过电阻R21电阻R30电阻R41给微控制单元122比较。此处的CMP1、CMP1、CMP2为比较器。电容C23电容C25电容C33为滤波电容，防止两端电压突变。反电动势检测单元154可以检测电机110的转速，以及电机110是否有断路或短路现象。

如图10所示，其为本申请一实施例的电机控制方法的流程示意图，该方法可由图2所示的微控制单元122来执行，并可应用于上述实施例所示的电机控制系统100场景中。该方法包括如下步骤：

步骤210：当接收到开机信号时，获取第一状态信息。

在上述步骤中，当控制开关S1的第一动触刀11的第二端与第二静触点14连通时，第二动触刀12的第二端与第四静触点16连通，此时电机110两端无外部连接，不干扰电机110正常运行，微控制单元122收到开机信号，第一状态信息包括系统电流、系统电压、电机状态等。

步骤220：判断第一状态信息是否满足第一预设条件。

在上述步骤中，判断第一状态信息是否满足第一预设条件，该第一预设条件可以根据实际需求设定，包括电流范围、电压范围、电机状态无异常等，若第一状态信息不满足第一预设条件，则执行步骤230，若第一状态信息满足第一预设条件，则执行步骤240。

步骤230：发出报错提示。

步骤240：生成控制电机启动的第一信号。

在上述步骤中，微控制单元122生成第一信号发送至电机控制单元121，通过电机控制单元121控制电机启动。

步骤250：持续获取第二状态信息。

在上述步骤中，第二状态信息包括当前电机转速、当前工作电流、当前系统电压、当前系统温度等。

步骤260：判断第二状态信息是否满足第二预设条件。

在上述步骤中，第二预设条件可以是根据实际需求设定的目标电机转速，以及正常工作电流范围、电压范围、温度范围等。若第二状态信息不满足第二预设条件，则执行步骤270，若第一状态信息满足第二预设条件，则执行步骤250。

步骤270：根据第二状态信息，生成相应的第二信号。

在上述步骤中，微控制单元122根据第二状态信息，生成相应的第二信号，并发送至电机控制单元121，以使电机控制单元121调整电机110到满足第二预设条件的工作状态。若当前电机转速大于目标电机转速，则生成使电机控制单元121控制电机110降低转速的第二信号，若当前电机转速小于目标电机转速，则生成使电机控制单元121控制电机110提高转速的第二信号。下一步执行步骤250。

步骤280：判断是否接收到关机信号。

在上述步骤中，判断是否接收到关机信号，当未接收到关机信号时，返回步骤250，当接收到关机信号时，执行步骤290。

步骤290：生成控制电机关机的第三信号。

在上述步骤中，当控制开关S1的第一动触刀11的第二端与第一静触点13连通时，第二动触刀12的第二端与第三静触点15连通，此时电机110两端通过第一电阻R19连通，处于硬件刹车状态，微控制单元122收到关机信号，生成第三信号发送至电机控制单元121，以使电机控制单元121停止运转电机110。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机控制系统，用于控制电机，其特征在于，包括：

控制模块，用于连接所述电机，以及控制所述电机的工作状态；

制动模块，用于连接所述电机和所述控制模块，以及发送开机信号或关机信号至所述控制模块；

供电模块，连接所述控制模块，

其中，所述开机信号用于使所述控制模块开启所述电机，所述关机信号用于使所述控制模块关闭所述电机，并且，在发送所述关机信号时所述制动模块对所述电机进行制动，在发送所述开机信号时所述制动模块对所述电机解除制动。

2.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：

电机控制单元，用于连接所述电机，并对所述电机进行驱动；

微控制单元，连接所述电机控制单元，所述微控制单元用于根据接收到的信号生成驱动信号，并将所述驱动信号发送至所述电机控制单元。

3.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述制动模块包括：

控制开关，用于分别连接所述电机和所述控制模块；

第一电阻，所述第一电阻的第一端用于连接所述电机的第一接线端，所述第一电阻的第二端连接所述控制开关。

4.根据权利要求3所述的电机控制系统，其特征在于，所述控制开关为双刀双掷开关，所述控制开关的第一动触刀的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第一动触刀的第二端在与其对应的第一静触点和第二静触点之间切换，所述第一静触点用于连接所述电机的第二接线端，所述控制开关的第二动触刀的第一端连接所述供电模块，所述第二动触刀的第二端在与其对应的第三静触点和第四静触点之间切换，所述第三静触点连接所述控制模块的关机信号输入端，所述第四静触点连接所述控制模块的开机信号输入端。

5.根据权利要求4所述的电机控制系统，其特征在于，所述第一动触刀和所述第二动触刀同步动作，当所述第一动触刀的第二端与所述第一静触点连通时，所述第二动触刀的第二端与所述第三静触点连通，当所述第一动触刀的第二端与所述第二静触点连通时，所述第二动触刀的第二端与所述第四静触点连通。

6.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，所述供电模块包括：

电源，所述电源为所述电机控制系统供电；

降压单元，所述降压单元的输入端连接所述电源，所述降压单元的输出端连接所述控制模块。

7.根据权利要求1所述的电机控制系统，其特征在于，还包括：

检测模块，连接所述控制模块，所述检测模块用于检测系统工作状态，并将检测结果发送至所述控制模块。

8.根据权利要求7所述的电机控制系统，其特征在于，所述检测模块包括：

电压检测单元，所述电压检测单元包括第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容，所述第二电阻的第一端连接所述供电模块，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接所述第一电容和所述控制模块。

9.根据权利要求7所述的电机控制系统，其特征在于，所述检测模块包括：

温度检测单元，所述温度检测单元包括第五电阻、第六电阻、第七电阻和第二电容，所述第六电阻为热敏电阻，所述第五电阻的第一端连接所述供电模块，所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第一端和所述第七电阻的第一端，所述第六电阻的第二端接地，所述第七电阻的第二端连接所述第二电容的第一端和所述控制模块，所述第二电容的第二端连接所述第六电阻的第二端。

10.根据权利要求7所述的电机控制系统，其特征在于，所述检测模块包括：

电流检测单元，连接所述控制模块，所述电流检测单元用于检测所述电机的工作电流；

反电动势检测单元，连接所述控制模块，所述反电动势检测单元用于检测所述电机的转速。

Images