專利名稱：基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于帶霍 爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法。
背景技術(shù)：
安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)的轉(zhuǎn)臺(tái)的一般控制方法是使用有刷直流電機(jī)配合編 碼器或者電位器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，或者使用工頻交流電機(jī)或者使用步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，這些方法或者成本高，可靠性差，或者采用開環(huán)控制， 位置無法保證準(zhǔn)確。
隨著電子技術(shù)和電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，小功率的無刷直流電機(jī)以其高功 率密度、高可靠性和良好的調(diào)速性能正漸漸取代傳統(tǒng)的電機(jī)，電機(jī)的伺 服控制也越來越廣泛。如附圖1所示，典型的無刷直流電機(jī)的伺服控制 系統(tǒng)包括無刷直流電機(jī)、電機(jī)控制器、位置或速度傳感器。無刷直流電 機(jī)由電機(jī)霍耳、永磁體和電樞構(gòu)成；電機(jī)控制器由位置解碼和功率輸出
部分、傳感器信號(hào)采集部分和控制部分構(gòu)成；傳感器可以是位置反饋型
或者速度反饋型，比如光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等，在應(yīng)用中傳感器和 無刷直流電機(jī)以一定的方式連接起來，使無刷直流電機(jī)在拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，同樣拖動(dòng)傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣傳感器輸出的信號(hào)就與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生 了關(guān)系。電機(jī)控制器不斷對(duì)電機(jī)的霍耳反饋信號(hào)進(jìn)行解碼，然后根據(jù)解
碼值給無刷直流電機(jī)的相應(yīng)線圈供電，使電機(jī)能夠連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；同時(shí)電機(jī) 控制器持續(xù)采集傳感器的信息，得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)、旋轉(zhuǎn)方向等信 息；最后電機(jī)控制器結(jié)合控制端的控制要求，決定電機(jī)加速、減速、停 止、剎車、反轉(zhuǎn)等動(dòng)作的執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的閉環(huán)控制。這種結(jié)構(gòu) 比較復(fù)雜、電機(jī)控制器采集的信號(hào)多，運(yùn)算復(fù)雜，同時(shí)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述技術(shù)中存在的技術(shù)問題，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本， 而提供本一種基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法。
本發(fā)明為了解決上述技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是 本發(fā)明的一種基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法，該 控制方法的結(jié)構(gòu)包括帶霍爾無刷直流電機(jī)、電機(jī)控制器；其中帶霍爾無 刷直流電機(jī)包括永磁體、電樞和電機(jī)霍爾；電機(jī)霍爾包括三個(gè)霍耳元件； 電機(jī)控制器包括功率輸出部分、電機(jī)位置解碼部分和控制部分；其控制 方法包括電機(jī)控制器對(duì)無刷直流電機(jī)的霍耳元件所發(fā)出的電平信號(hào)進(jìn)行 解碼，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣角度，對(duì)電機(jī)進(jìn)行合理驅(qū)動(dòng)；其中包括根據(jù)
3三個(gè)霍耳元件中的任意霍耳元件電平信號(hào)的邊沿與其它霍耳元件電平信 號(hào)的邊沿關(guān)系得到運(yùn)動(dòng)方向信息階段；可以根據(jù)在任意一個(gè)霍耳元件電 平信號(hào)的邊沿對(duì)其它霍耳元件的電平信號(hào)的邊沿關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，得到電 機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)部件運(yùn)行的方向信息；也可以根據(jù)任意兩個(gè)霍耳元件電平 信號(hào)的邊沿對(duì)其它霍耳元件的電平信號(hào)的邊沿關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī) 及電機(jī)拖動(dòng)部件運(yùn)行的方向信息；還可以通過對(duì)三個(gè)霍耳元件電平信號(hào) 的邊沿關(guān)系同時(shí)進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)部件運(yùn)行的方向信息。 結(jié)合運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)霍耳元件電平信號(hào)邊沿的個(gè)數(shù)進(jìn)行加、減法計(jì)數(shù)得到 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置信息階段；測(cè)量霍耳電平信號(hào)的相鄰的兩個(gè)邊沿的時(shí)間 間隔得到速度信息階段；可以測(cè)量同一個(gè)霍耳元件電平信號(hào)相鄰的兩個(gè) 邊沿的時(shí)間間隔，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)的部件的運(yùn)動(dòng)速度；也可以測(cè)量 一個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿相對(duì)其它霍耳元件的電平信號(hào)邊沿的時(shí)間 間隔，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)的部件的運(yùn)動(dòng)速度。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明的基于帶霍爾無刷直流 電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法，僅由無刷直流電機(jī)和電機(jī)控制器構(gòu)成，不 需要外置傳感器，大大降低成本，調(diào)速范圍寬，調(diào)速平穩(wěn)，反應(yīng)迅速， 位置記錄準(zhǔn)確、可靠，不會(huì)丟步，載重量大，功耗低。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖，
圖2是本發(fā)明的伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖，
圖3是本發(fā)明的一具體實(shí)施例伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖，
圖4是本發(fā)明的三個(gè)霍耳元件電平信號(hào)邊沿的位置圖，
圖5是本發(fā)明的伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例， 并配合附圖詳細(xì)說明如下
圖2是本發(fā)明的伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖，圖3是本發(fā)明的一具 體實(shí)施例伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)框圖，圖4是本發(fā)明的三個(gè)霍耳元件電 平信號(hào)邊沿的位置圖，圖5是本發(fā)明的伺服控制轉(zhuǎn)臺(tái)的流程圖。
本發(fā)明的一種基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法，如 附圖2所示該控制方法的結(jié)構(gòu)包括帶霍爾無刷直流電機(jī)1、電機(jī)控制
器2;其中帶霍爾無刷直流電機(jī)包括永磁體、電樞和電機(jī)霍爾3;電機(jī)霍 爾包括三個(gè)霍耳元件；電機(jī)控制器包括位置解碼和功率輸出部分4和控制部分5。
具體實(shí)施例，如附圖3所示其結(jié)構(gòu)包括有分別用于拖動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)在水 平、垂直兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)帶霍爾無刷直流電機(jī)(簡(jiǎn)稱電機(jī))10、的，
兩個(gè)電機(jī)IO、 60分別各設(shè)置有電機(jī)霍爾20、 50;兩個(gè)電機(jī)IO、 60分別 各設(shè)置有水平零點(diǎn)開關(guān)30和垂直零點(diǎn)開關(guān)40;分別作為水平、垂直角
度的零點(diǎn)，還設(shè)置有轉(zhuǎn)臺(tái)解碼器100 (也叫控制電路板)；由水平方向 位置解碼和功率輸出部分70 (也叫水平電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路)；垂直方向位置 解碼和功率輸出部分80 (也叫垂直驅(qū)動(dòng)電路)；主控芯片(C8051F410) 90。水平、垂直驅(qū)動(dòng)電路70、 80接受主控芯片90的控制信號(hào)，根據(jù)電 機(jī)霍耳20、 50的信號(hào)，分別驅(qū)動(dòng)水平電機(jī)10和垂直電機(jī)60的動(dòng)作，主 控芯片90根據(jù)電機(jī)霍爾20、 50的信號(hào)和水平零點(diǎn)開關(guān)30、垂直零點(diǎn)開 關(guān)40的信號(hào)，確定轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的水平、垂直的位置和兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，主 控芯片90再根據(jù)外部發(fā)來的控制命令輸出控制信號(hào)到兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電 路70、 80，進(jìn)而控制電機(jī)IO、 60運(yùn)轉(zhuǎn)。
具體的控制方法如附圖4、 5所示，電機(jī)控制器對(duì)無刷直流電機(jī)的 霍耳元件所發(fā)出的電平信號(hào)進(jìn)行解碼，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣角度，對(duì)電 機(jī)進(jìn)行合理驅(qū)動(dòng)；包括根據(jù)三個(gè)霍耳元件中的任意霍耳元件電平信號(hào)的 邊沿與其它霍耳元件電平信號(hào)的邊沿關(guān)系得到運(yùn)動(dòng)方向信息階段；可以 根據(jù)在任意一個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿對(duì)其它霍耳元件的電平信號(hào)的 邊沿關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)部件運(yùn)行的方向信息；也可以 根據(jù)任意兩個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿對(duì)其它霍耳元件的電平信號(hào)的邊 沿關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)部件運(yùn)行的方向信息；還可以通 過對(duì)三個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿關(guān)系同時(shí)進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī)及電機(jī) 拖動(dòng)部件運(yùn)行的方向信息。結(jié)合運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)霍耳元件電平信號(hào)邊沿的 個(gè)數(shù)進(jìn)行加、減法i十?dāng)?shù)得到電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置信息階段；測(cè)量霍耳電平信 號(hào)的相鄰的兩個(gè)邊沿的時(shí)間間隔得到速度信息階段；可以測(cè)量同一個(gè)霍 耳元件電平信號(hào)相鄰的兩個(gè)邊沿的時(shí)間間隔，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)的部 件的運(yùn)動(dòng)速度；也可以測(cè)量一個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿相對(duì)其它霍耳 元件的電平信號(hào)邊沿的時(shí)間間隔，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)的部件的運(yùn)動(dòng)速 度。電機(jī)控制器對(duì)電機(jī)的霍耳元件所發(fā)出的電平信號(hào)進(jìn)行解碼，根據(jù)解 碼的結(jié)果對(duì)電機(jī)電樞中相應(yīng)的電樞供電，使電機(jī)能夠連續(xù)的旋轉(zhuǎn)并輸出 力矩。因?yàn)殡姍C(jī)的霍耳信號(hào)包含有電機(jī)永磁體、電樞的位置信息，如果 我們能知道電機(jī)的極數(shù)和相數(shù)，就能從中換算出相鄰的兩個(gè)霍耳信號(hào)的 編碼值之間對(duì)應(yīng)的電機(jī)軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)霍耳信號(hào)的編碼特點(diǎn)，可以得到電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。因此，通過對(duì)霍耳信號(hào)的計(jì)數(shù)和解碼，可以 得到電機(jī)軸的位置、旋轉(zhuǎn)的速度、方向等基本信息，從而實(shí)現(xiàn)無刷直流 電機(jī)的伺服控制。對(duì)霍耳元件的具體處理方法如下
如附圖4所示電機(jī)的3個(gè)霍耳元件電平信號(hào)(分別標(biāo)記為HALL A， HALLB， HALLC)， L和R表示電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向，當(dāng)電機(jī)按照方向L 運(yùn)行時(shí)，HALL A的上升沿對(duì)應(yīng)HALL B和HALL C的低電平，而下降 沿對(duì)應(yīng)HALLB和HALLC的高電平；反之，當(dāng)電機(jī)按照方向R運(yùn)行時(shí)， HALL A的上升沿對(duì)應(yīng)HALL B和HALL C的高電平，而下降沿對(duì)應(yīng) HALL B和HALL C的低電平，用同樣方法考慮HALL B和HALL C同 樣適用。因此，使用3個(gè)霍耳元件電平信號(hào)或者其中任意兩個(gè)的組合， 就可以得到電機(jī)實(shí)際的運(yùn)行方向；對(duì)3個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿或者 任意2個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的組合的邊沿或者任何一個(gè)霍耳元件電平信 號(hào)的邊沿計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，配合方向信息，就可以得到電機(jī)沿某一方向轉(zhuǎn)過 的角度和旋轉(zhuǎn)速度。從而實(shí)現(xiàn)位置和速度的閉環(huán)控制。
附圖5顯示了本發(fā)明的處理流程。ValueA是對(duì)霍耳元件電平信號(hào) HA的邊沿個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)的值。HA、 HB指三個(gè)霍耳元件電平信號(hào)HA、 HB、 HC中的兩霍耳元件電平信號(hào)，可以取HA、 HB、 HC三個(gè)霍耳元件電平 信號(hào)中的任意兩個(gè)信號(hào)來處理，本流程圖只是取了HA、 HB兩個(gè)信號(hào)進(jìn) 行處理方法的舉例，說明處理的流程?？刂菩酒瑱z測(cè)HA的邊沿，檢測(cè) 到HA的邊沿后做如下三項(xiàng)處理
I、 讀取并解析三個(gè)反饋霍耳信號(hào)組合的值，然后根據(jù)這個(gè)值給電機(jī) 的相應(yīng)的線圈供電，使電機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
II、 判斷檢測(cè)到的HA的邊沿是上升沿還是下降沿，之后檢測(cè)HB的 電平的值，如果HA是上升沿且HB為高電平，或者HA為下降沿且HB 為低電平，則ValueA減1;如果HA為上升沿且HB為低電平，或者 HA為下降沿且HB為高電平，則ValueA加1 。 ValueA的值與電機(jī)相對(duì)
于某一個(gè)零點(diǎn)轉(zhuǎn)過的角度成正比。
III、 清零定時(shí)器的值，待下次檢測(cè)到HA的邊沿后讀取定時(shí)器的值，
根據(jù)讀取到的定時(shí)器的值計(jì)算得到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，作為調(diào)速的反饋。
與安防行業(yè)傳統(tǒng)的帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法相 比，這種帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法，僅由無刷直流電 機(jī)和電機(jī)控制器構(gòu)成，不需要外置傳感器，即可實(shí)現(xiàn)位置和速度的閉環(huán) 控制，大大降低成本，調(diào)速范圍寬，調(diào)速平穩(wěn)，反應(yīng)迅速，位置記錄準(zhǔn) 確、可靠，不會(huì)丟步，載重量大，功耗低。
權(quán)利要求
1、一種基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法，該控制方法的結(jié)構(gòu)包括帶霍爾無刷直流電機(jī)、電機(jī)控制器；其中帶霍爾無刷直流電機(jī)包括永磁體、電樞和電機(jī)霍爾；電機(jī)霍爾包括三個(gè)霍耳元件；電機(jī)控制器包括功率輸出部分、電機(jī)位置解碼部分和控制部分；其特征在于，其控制方法包括電機(jī)控制器對(duì)無刷直流電機(jī)的霍耳元件所發(fā)出的電平信號(hào)進(jìn)行解碼，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的電氣角度，對(duì)電機(jī)進(jìn)行合理驅(qū)動(dòng)；其中包括根據(jù)三個(gè)霍耳元件中的任意霍耳元件電平信號(hào)的邊沿與其它霍耳元件電平信號(hào)的邊沿關(guān)系得到運(yùn)動(dòng)方向信息階段；結(jié)合運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿的個(gè)數(shù)進(jìn)行加、減法計(jì)數(shù)得到電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置信息階段；測(cè)量霍耳電平信號(hào)的相鄰的兩個(gè)邊沿的時(shí)間間隔得到速度信息階段。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái) 的控制方法，其特征在于，根據(jù)任意一個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿對(duì)其 它霍耳元件的電平信號(hào)的邊沿關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)部件 運(yùn)行的方向信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的 控制方法，其特征在于，根據(jù)任意兩個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿對(duì)其它 霍耳元件的電平信號(hào)的邊沿關(guān)系進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)部件運(yùn) 行的方向信息。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的 控制方法，其特征在于，通過對(duì)三個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿關(guān)系同 時(shí)進(jìn)行識(shí)別，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)部件運(yùn)行的方向信息。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 4任意一項(xiàng)所述的基于帶霍爾無刷直流 電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法，其特征在于，結(jié)合方向信息，對(duì)霍耳元件 電平信號(hào)的邊沿的個(gè)數(shù)進(jìn)行加、減法計(jì)數(shù)，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)的部件 相對(duì)于某一個(gè)起始點(diǎn)的位置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的 控制方法，其特征在于，測(cè)量同一個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的相鄰的兩個(gè)邊 沿的時(shí)間間隔，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)的部件的運(yùn)動(dòng)速度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的 控制方法，其特征在于，測(cè)量一個(gè)霍耳元件電平信號(hào)的邊沿相對(duì)其它霍 耳元件的電平信號(hào)邊沿的時(shí)間間隔，得到電機(jī)及電機(jī)拖動(dòng)的部件的運(yùn)動(dòng) 速度。
全文摘要
本發(fā)明屬于安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)的技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的基于帶霍爾無刷直流電機(jī)的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的控制方法，包括根據(jù)三個(gè)霍耳元件中的任意霍耳元件電平信號(hào)的邊沿與其它霍耳元件電平信號(hào)的邊沿關(guān)系得到運(yùn)動(dòng)方向信息階段；結(jié)合運(yùn)動(dòng)方向，對(duì)霍耳元件電平信號(hào)邊沿的個(gè)數(shù)進(jìn)行加、減法計(jì)數(shù)得到電機(jī)旋轉(zhuǎn)的位置信息階段；測(cè)量霍耳電平信號(hào)的相鄰的兩個(gè)邊沿的時(shí)間間隔得到速度信息階段。利用本發(fā)明的控制方法控制的轉(zhuǎn)臺(tái)，僅由無刷直流電機(jī)和電機(jī)控制器構(gòu)成，不需要外置傳感器，即可實(shí)現(xiàn)位置和速度的閉環(huán)控制，大大降低成本，調(diào)速范圍寬，調(diào)速平穩(wěn)，反應(yīng)迅速，位置記錄準(zhǔn)確、可靠，不會(huì)丟步，載重量大，功耗低。
文檔編號(hào)H02P6/14GK101552586SQ20091006880
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者劉占軍, 王春宣 申請(qǐng)人:天津市嘉杰電子有限公司