基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種焊接擺動器，更具體的說，本發(fā)明主要涉及一種基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上采用的焊接擺動器按其擺動角度控制方法主要分為:機械式擺角調(diào)控方式及基于角度傳感器的電氣角度調(diào)控方式，在實際運用中主要存在以下不足:一是現(xiàn)有機械式擺角調(diào)控方式要采用擺桿等機械結(jié)構(gòu)將電機的圓周運動變化為周期往復(fù)擺動，其主要缺點是擺動角度控制精度不高、擺角調(diào)節(jié)不直觀且存在角度調(diào)節(jié)死點，另外無法實現(xiàn)對擺動左、中、右極限位置停頓時間的精確控制；二是現(xiàn)有基于角度傳感器的電氣擺角調(diào)控方式主要采用電位器等角度傳感器作為擺動角度控制信號源，擺動器工作時，將與實際擺動角度成線性關(guān)系的電位信號作為擺角控制信號。其缺點為需要增加較復(fù)雜的電機一角度傳感器聯(lián)動裝置，增加了擺動器的體積；并且前述上述兩種現(xiàn)有焊接擺動器均采用有刷電機，受限于電機碳刷磨損壽命，兩款擺動器壽命均不高于3000小時；因而有必要基于現(xiàn)有技術(shù)對焊接擺動器的電路結(jié)構(gòu)及控制方式做進一步的研宄和改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于針對上述不足，提供一種基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器及其控制方法，以期望解決現(xiàn)有技術(shù)中擺動器擺動角度控制精度不高、擺角調(diào)節(jié)不直觀且存在角度調(diào)節(jié)死點，體積較大，且壽命低等技術(shù)問題。
[0004]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明一方面提供了一種基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器，包括單片機電機驅(qū)動電路，所述的單片機分別接入擺動速度給定電路、擺動角度給定電路、擺動停留時間給定電路，所述的電機驅(qū)動電路也接入單片機，用于通過擺動速度給定電路、擺動角度給定電路、擺動停留時間給定電路向單片機輸入擺動速度、擺動角度與擺動停留時間；所述的單片機還接入位置傳感器，用于通過位置傳感器獲取當(dāng)前無刷電機的運行速度與方向，由單片機通過電機驅(qū)動電路根據(jù)設(shè)定的擺動速度、擺動角度與擺動停留時間，控制無刷電機的運行速度、方向與停留時間。
[0005]作為優(yōu)選，進一步的技術(shù)方案是:所述的擺動器中還包括參數(shù)顯示電路，所述參數(shù)顯示電路也接入單片機，用于由單片機將通過位置傳感器采集到無刷電機當(dāng)前的運行速度與方向，以及設(shè)定的停留時間輸出至參數(shù)顯示電路進行顯示。
[0006]更進一步的技術(shù)方案是:所述的擺動器中還包括擺動中心調(diào)節(jié)電路，所述單片機接入擺動中心調(diào)節(jié)電路，所述擺動中心調(diào)節(jié)電路中設(shè)有擺動中心調(diào)節(jié)電位器，用于通過擺動中心調(diào)節(jié)電位器向單片機輸入帶符號的擺動中心相對偏移量，由單片機根據(jù)擺動中心相對偏移量符號對無刷電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前相對坐標(biāo)進行增減操作。
[0007]更進一步的技術(shù)方案是:所述的擺動速度給定電路、擺動角度給定電路與擺動停留時間給定電路中均設(shè)有各自的脈沖電位器。
[0008]更進一步的技術(shù)方案是:所述位置傳感器為霍爾傳感器，所述的霍爾傳感器為五個，其中三個所述霍爾傳感器接入單片機，用于由單片機通過檢測三路霍爾信號，獲取當(dāng)前無刷電機轉(zhuǎn)子的停留位置，從而生成對無刷電機三相繞組的控制時序，同時根據(jù)無刷電機運轉(zhuǎn)的擺動速度生成無刷電機速度控制信號的PWM占空比，對無刷電機轉(zhuǎn)子的運行速度及方向進行控制。
[0009]本發(fā)明另一方面提供了一種上述基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器的控制方法，所述的方法包括如下步驟:
步驟A、通過擺動速度給定電路、擺動角度給定電路、擺動停留時間給定電路向單片機輸入擺動速度、擺動角度與擺動停留時間；
步驟B、單片機通過位置傳感器獲取當(dāng)前無刷電機的運行速度與方向，并通過電機驅(qū)動電路根據(jù)設(shè)定的擺動速度、擺動角度與擺動停留時間，控制無刷電機的運行速度、方向與停留時間；
步驟C、由單片機將通過位置傳感器采集到無刷電機當(dāng)前的運行速度與方向，以及設(shè)定的停留時間輸出至參數(shù)顯示電路進行顯示。
[0010]作為優(yōu)選，進一步的技術(shù)方案是:所述的方法還包括步驟D、通過擺動中心調(diào)節(jié)電位器向單片機輸入帶符號的擺動中心相對偏移量，由單片機根據(jù)擺動中心相對偏移量符號對無刷電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前相對坐標(biāo)進行增減操作。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是:使用無刷電機的轉(zhuǎn)子位置信號作為擺動器擺動角度信號，不僅精簡了擺動位置傳感器更提高了擺動角度控制精度；同時優(yōu)化的擺動控制流程，可實現(xiàn)擺動器在不均衡負(fù)載下的精確回中功能，有效保證了擺動器運行中心的線性度；采用了機械壽命長達(dá)30000小時的無刷電機作為動力源，有效提高了擺動器的整體使用壽命；同時本發(fā)明所提供的一種基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器的結(jié)構(gòu)簡單，可安裝于各類自動化焊接設(shè)備上使用，應(yīng)用范圍廣闊。
【附圖說明】
[0012]圖1為用于說明本發(fā)明一個實施例的電路結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為用于說明本發(fā)明另一個實施例的單片機控制原理圖；
圖3為用于說明本發(fā)明另一個實施例的電機驅(qū)動電路原理圖；
圖4為用于說明本發(fā)明另一個實施例的電氣控制及參數(shù)顯示電路原理圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步闡述。
[0014]參考圖1所示，本發(fā)明的一個實施例是一種基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器，包括單片機電機驅(qū)動電路，該單片機即為圖中所示的AVR MCU，其中單片機分別接入擺動速度給定電路、擺動角度給定電路、擺動停留時間給定電路，所述的電機驅(qū)動電路也接入單片機，用于通過擺動速度給定電路、擺動角度給定電路、擺動停留時間給定電路向單片機輸入擺動速度、擺動角度與擺動停留時間；所述的單片機還接入位置傳感器，用于通過位置傳感器獲取當(dāng)前無刷電機的運行速度與方向，由單片機通過電機驅(qū)動電路根據(jù)設(shè)定的擺動速度、擺動角度與擺動停留時間，控制無刷電機的運行速度、方向與停留時間。
[0015]優(yōu)選的上述擺動器中還包括參數(shù)顯示電路，所述參數(shù)顯示電路也接入單片機，用于由單片機將通過位置傳感器采集到無刷電機當(dāng)前的運行速度與方向，以及設(shè)定的停留時間輸出至參數(shù)顯示電路進行顯示。同時為便于控制參數(shù)的設(shè)定，還可在上述的擺動速度給定電路、擺動角度給定電路與擺動停留時間給定電路中均設(shè)有各自的脈沖電位器，通過脈沖電位器即可對擺動器的各項控制參數(shù)進行設(shè)定。
[0016]另一方面，為便于調(diào)節(jié)擺動器的擺動中心，滿足焊接設(shè)備的焊接裝置的移動性，還可在上述擺動器中增設(shè)擺動中心調(diào)節(jié)電路，所述單片機接入擺動中心調(diào)節(jié)電路，所述擺動中心調(diào)節(jié)電路中設(shè)有擺動中心調(diào)節(jié)電位器，用于通過擺動中心調(diào)節(jié)電位器向單片機輸入帶符號的擺動中心相對偏移量，由單片機根據(jù)擺動中心相對偏移量符號對無刷電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前相對坐標(biāo)進行增減操作。
[0017]更進一步的，為便于上述單片機計算無刷電機轉(zhuǎn)子當(dāng)前停留的位置，可將采用霍爾傳感器作為上述的位置傳感器，并將霍爾傳感器設(shè)置為五個，其中三個所述霍爾傳感器接入單片機，用于由單片機通過檢測三路霍爾信號，獲取當(dāng)前無刷電機轉(zhuǎn)子的停留位置，從而生成對無刷電機三相繞組的控制時序，同時根據(jù)無刷電機運轉(zhuǎn)的擺動速度生成無刷電機速度控制信號的PWM占空比，對無刷電機轉(zhuǎn)子的運行速度及方向進行控制。
[0018]在本實施例中，使用無刷電機的轉(zhuǎn)子位置信號作為擺動器擺動角度信號，不僅精簡了擺動位置傳感器更提高了擺動角度控制精度；同時優(yōu)化的擺動控制流程，可實現(xiàn)擺動器在不均衡負(fù)載下的精確回中功能，有效保證了擺動器運行中心的線性度；采用了機械壽命長達(dá)30000小時的無刷電機作為動力源，有效提高了擺動器的整體使用壽命。
[0019]正如上述所提到的，本發(fā)明的另一個實施例是一種上述基于單片機控制的無刷電機焊接擺動器的控制方法，該方法包括并最好按如下步驟執(zhí)行:
步驟A、通過擺動速度給定電路、擺動角度給定電路、擺動停留時間給定電路向單片機輸入擺動速度、擺動角度與擺動停留時間；
步驟B、單片機通過位置傳感器獲取當(dāng)前無刷電機的運行速度與方向，并通過電機驅(qū)動電路根據(jù)設(shè)定的擺動速度、擺動角度與擺動停留時間，控制無刷電機的運行速度、方向與停留時間；
步驟C、由單片機將通過位置傳感器采集到無刷電機當(dāng)前的運行速度與方向，以及設(shè)定的停留時間輸出至參數(shù)顯示電路進行顯示。
[0020]在部分應(yīng)用中，該方法還可包括步驟D、通過擺動中心調(diào)節(jié)電位器向單片機輸入帶符號的擺動中心相對偏移量，由單片機根據(jù)擺動中心相對偏移量符號對無刷電機轉(zhuǎn)子的當(dāng)前相對坐標(biāo)進行增減操作。
[0021]本發(fā)明的上述實施例已對本發(fā)明的焊接擺動器結(jié)構(gòu)及電路模塊組成進行了基本的介紹，發(fā)明人在發(fā)明過程中，還使用了部分細(xì)節(jié)來優(yōu)化部分控制的細(xì)節(jié)，從而更好的解決上述至少一個技術(shù)問題，具體如下:
正如圖1所示出的，擺動器停止或工作狀態(tài)下，均可使用脈沖電位器對擺動左、中、右停留時間、擺動速度的設(shè)定值作增、減操作；
擺動器運行時，單片機通過檢測無刷電機三路霍爾信號計算當(dāng)前轉(zhuǎn)子停留位置，生成對電機三相繞組的控制時序，同時根據(jù)擺動速度生成電機速度控制信號的PWM占空比，并通過IR2103執(zhí)行單片機對電機運行速度、方向的控制；
電機運行過程中，通過對電機轉(zhuǎn)速信號的讀取，根據(jù)設(shè)定速度對其進行數(shù)字化PI控制，實現(xiàn)焊接擺動器變不同負(fù)載狀態(tài)下的恒速運行；
運行過程中，采用增量式的相對坐標(biāo)控制法，通過對電機轉(zhuǎn)子位置信號的檢測、運算對電機的擺動角度進行控制，并在達(dá)到設(shè)定擺動角度后對電機停留、換向進行操控；
全程采用基于相對坐標(biāo)的擺動控制，為避免過程中的誤差積累，采用了基于AVR單片機機數(shù)字化角度控制器，使用基于相對坐標(biāo)下的擺動角度計量算法并可根據(jù)電機的運行慣量及負(fù)載的單邊均勻狀態(tài)，采用不同換向延時方式消除角度計量誤差；控制器所有控制參數(shù)均為數(shù)字量，可直接經(jīng)動態(tài)刷新法實現(xiàn)各參數(shù)的數(shù)碼顯示；
擺動器運動或停止過程中，通過擺動中心調(diào)節(jié)電位器對擺動中心相對偏移量進行帶符號輸入，并根據(jù)偏移量符號對擺動器當(dāng)前相對坐標(biāo)進行增減操作，實現(xiàn)擺動中心的偏移。
[0022]如圖2所示，主控電路的電路特征為:電源正連接電源開關(guān)-1，電源開關(guān)-2連接電感-2，電感-4為VCC電源端口，其連接Wl-1，并通，Cl、C2接地，W1-4為+5V電源端口，連接L2-1，并通過C3、C4、C5、C6接地，L2-2連接W1-2及Dl陰極，Dl陽極接地，Wl-3、W1-5接地，電源負(fù)連接電源保險-1，電源保險絲-2連接Ll-1，L1-3接地；
Ul-21、Ul-52 接電源+5V，并通過 C9、C10 接地，U1_62、U1_64 接電源+5V，U1_22、U1_53、U1-63接地，Ul-1通過R3上拉+5V，通過C8接地，U1-3接啟停開關(guān)_1，通過R2上拉+5V、并通過C7接地，啟停開關(guān)-2接地，