本發(fā)明涉及一種伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)及方法，更具體地說(shuō)，它涉及一種基于STM32的伺服電機(jī)集成化控制系統(tǒng)及方法，屬于伺服電機(jī)的控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC在中低端自動(dòng)化設(shè)備中占有很大的市場(chǎng)份額，世界上主流的PLC品牌(比如西門(mén)子、歐姆龍)都有著雄厚的技術(shù)積累，PLC具有開(kāi)發(fā)周期短、可靠性高、編程語(yǔ)言(比如梯形圖)易于工程技術(shù)人員接受等優(yōu)勢(shì)。因此，PLC在中低端的非標(biāo)、非批量的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品中有著難以超越的優(yōu)勢(shì)。

雖然當(dāng)今主要的中低端工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品中PLC占有很大的市場(chǎng)份額，在大批量的控制任務(wù)中，PLC成本高昂。此外，當(dāng)前PLC的伺服驅(qū)動(dòng)器的控制方案主要采用DSP+FPGA，其成本非常高。

因此，從成本與應(yīng)用角度考慮，急需一種價(jià)格更低廉、使用更方便的伺服電機(jī)集成化控制系統(tǒng)及方法來(lái)滿足大批量的控制任務(wù)的使用需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種價(jià)格低廉、使用方便的基于STM32的伺服電機(jī)集成化控制系統(tǒng)及方法，它基于STM32核心，可以方便實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制，從而在不減性能的情況下大大降低成本、更便于用戶(hù)使用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于STM32的伺服電機(jī)集成化控制系統(tǒng)及方法，包括主控模塊1、伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2；

所述主控模塊1，包括左極限傳感器Uc1、原點(diǎn)傳感器Uc4、右極限傳感器Uc7，與左極限傳感器Uc1共同構(gòu)成左極限傳感器輸入接口電路3的電阻Rc1、整流器Uc2、電阻Rc2、電容Cc1、光電耦合器Uc3、電阻Rc3，與原點(diǎn)傳感器Uc4共同構(gòu)成原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4的電阻Rc4、整流器Uc5、電阻Rc5、電容Cc2、光電耦合器Uc6、電阻Rc6，與右極限傳感器Uc7共同構(gòu)成右極限傳感器輸入接口電路5的電阻Rc7、整流器Uc8、電阻Rc8、電容Cc3、光電耦合器Uc9、電阻Rc9；帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12，接帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出端的光電耦合器Uc19、Uc22，與光電耦合器Uc19共同構(gòu)成脈沖輸出接口電路6的電阻Rc10、三極管Q1、電阻Rc11，與光電耦合器Uc22共同構(gòu)成方向輸出接口電路7的電阻Rc12、三極管Q2、電阻Rc13，與帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12相連接的觸摸屏模塊Uc10、按鍵或者按鈕模塊Uc11；

所述伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2，包括由6個(gè)二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6組成的三相整流橋8，由絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6組成的三相橋逆變電路9，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15，與伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器U15相連接的光耦隔離電路U8、操作鍵盤(pán)U9、脈沖/方向輸入接口電路U13，與光耦隔離電路U8相連接的繼電器U4、母線電壓檢測(cè)電路U5、IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7，電機(jī)本體U1，與電機(jī)本體U1和三相橋逆變電路9連接的兩個(gè)霍爾傳感器U2、U3，與母線電壓檢測(cè)電路U5、輸入電路連接的分壓電阻R4。

用戶(hù)通過(guò)按鍵或者按鈕模塊Uc11向帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12設(shè)定電機(jī)本體U1的運(yùn)行參數(shù)：電機(jī)本體U1轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)、電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、電機(jī)本體U1的方向信號(hào)，觸摸屏模塊Uc10顯示上述參數(shù)。

所述左極限傳感器輸入接口電路3中，當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到左極限位置時(shí)，左極限傳感器輸入接口電路3輸出左極限信號(hào)，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

所述原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4中，當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到原點(diǎn)位置時(shí)，原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4輸出原點(diǎn)信號(hào)，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

所述右極限傳感器輸入接口電路5中，當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到右極限位置時(shí)，右極限傳感器輸入接口電路5輸出右極限信號(hào)，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

然后帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12結(jié)合用戶(hù)設(shè)定的電機(jī)本體U1運(yùn)行參數(shù)及左極限信號(hào)、原點(diǎn)信號(hào)、右極限信號(hào)，向外輸出“電機(jī)脈沖信號(hào)”與“電機(jī)方向信號(hào)”。

脈沖輸出接口電路6通過(guò)光電耦合器Uc19把帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)脈沖信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)脈沖信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q1進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2。

方向輸出接口電路7通過(guò)光電耦合器Uc22把帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)方向信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)方向信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q2進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2。

“電機(jī)脈沖信號(hào)”與“電機(jī)方向信號(hào)”輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2，具體的說(shuō)，是輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2中的脈沖/方向輸入接口電路U13。

所述脈沖/方向輸入接口電路U13接入伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15，“電機(jī)脈沖信號(hào)”與“電機(jī)方向信號(hào)”通過(guò)脈沖/方向輸入接口電路U13，最終到達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15。

所述三相整流橋8由二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6組成，二極管D1、D3、D5的負(fù)極相連接，輸出脈動(dòng)直流電的正極DC+，二極管D2、D4、D6的正極相連接，輸出脈動(dòng)直流電的負(fù)極DC-。

由絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6組成三相橋逆變電路9，絕緣柵雙極型晶體管T1和T2組成U相橋壁，其中T1為上橋臂，T2為下橋臂，T1與T2的連結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為連結(jié)點(diǎn)U；絕緣柵雙極型晶體管T3和T4組成V相橋壁，其中T3為上橋臂，T4為下橋臂，T3與T4的連結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為連結(jié)點(diǎn)V；絕緣柵雙極型晶體管T5和T6組成W相橋壁，其中T5為上橋臂，T6為下橋臂，T5與T6的連結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為連結(jié)點(diǎn)W；三個(gè)橋壁共同構(gòu)成三相橋逆變電路9。

三相或者單相交流電由伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2的電源輸入端口輸入，經(jīng)過(guò)三相整流橋8輸出脈動(dòng)直流電，直流電的正極為DC+、負(fù)極為DC-，然后該脈動(dòng)直流電經(jīng)三相橋逆變電路9進(jìn)行逆變，逆變成三相交流電給電機(jī)本體U1供電。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，輸出3組PWM波，這3組PWM波對(duì)應(yīng)三相橋逆變電路9的三個(gè)橋壁，作為控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6的“IGBT控制信號(hào)”，通過(guò)光耦隔離電路U8輸送至IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7，從而控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6的導(dǎo)通或關(guān)斷，進(jìn)而對(duì)U相、V相、W相這三相的電壓和電流進(jìn)行控制，從而調(diào)整三相交流電，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)的控制。

3組PWM波分別控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6進(jìn)行開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)時(shí)間、開(kāi)關(guān)順序輸出三相交流正弦波電壓給電機(jī)本體U1的定子供電，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其三相交流正弦波的合成矢量的有效電流大小決定電機(jī)本體U1的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩的大??；三相交流正弦波的合成矢量的旋轉(zhuǎn)速度決定電機(jī)本體U1的運(yùn)轉(zhuǎn)速度；三相交流正弦波的合成矢量的總旋轉(zhuǎn)角度決定電機(jī)本體U1的運(yùn)轉(zhuǎn)距離；三相交流正弦波的合成矢量的旋轉(zhuǎn)方向決定為電機(jī)本體U1的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。

三相交流電的電流大小控制電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)力量的大小，即三相交流電的電流大小與電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩成正比關(guān)系，所以伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15可以通過(guò)三相交流電的大小，依據(jù)電機(jī)本體U1的正比比例系數(shù)，計(jì)算出電機(jī)本體U1當(dāng)前的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩。其中，正比例系數(shù)通過(guò)系統(tǒng)模型給出。

所述霍爾傳感器U2的兩個(gè)輸入端口串聯(lián)到U相中，霍爾傳感器U3的兩個(gè)輸入端口串聯(lián)到V相中，兩個(gè)霍爾傳感器的輸出都與光耦隔離電路U8相連接，霍爾傳感器U2用來(lái)檢測(cè)三相交流電中U相的電流，霍爾傳感器U3用來(lái)檢測(cè)三相交流電中V相的電流。伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15根據(jù)三相電流矢量之和為零計(jì)算出W相的電流，從而得知為電機(jī)本體U1供電的三相交流電的大?。徊⑶?，霍爾傳感器U2、U3還起著電流過(guò)大保護(hù)的作用。

所述電機(jī)本體U1內(nèi)部的反饋裝置與伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15相連接，將包含電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩、位置信息的“電機(jī)反饋信號(hào)”輸出至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15根據(jù)霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流，計(jì)算得出W相的電流，依據(jù)正比例系數(shù)，計(jì)算出電機(jī)本體U1當(dāng)前的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，然后伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15比較目標(biāo)轉(zhuǎn)矩與實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，利用PID算法調(diào)整3組PWM波的脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)三相交流電的電流大小，進(jìn)而將實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)整至目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15將“電機(jī)反饋信號(hào)”中的“電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、位置信息”與“霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流”使用SVPWM算法比較，將經(jīng)過(guò)PID算法調(diào)整過(guò)脈沖寬度的3組PWM波再次進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整三相橋逆變電路9的導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)時(shí)間以及開(kāi)關(guān)順序。

所述光耦隔離電路U8用于將霍爾傳感器U2、U3，繼電器U4，母線電壓檢測(cè)電路U5，IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7的信號(hào)進(jìn)行隔離保護(hù)。

所述繼電器U4在回路中串聯(lián)電阻，電機(jī)本體U1剛啟動(dòng)時(shí)，整個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2的工作電流比較大，通過(guò)繼電器U4進(jìn)行限流。當(dāng)電機(jī)本體U1剛啟動(dòng)時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15控制繼電器U4的常開(kāi)觸點(diǎn)為斷開(kāi)狀態(tài)，啟動(dòng)完成之后再把常開(kāi)觸點(diǎn)的狀態(tài)切換為常閉。

所述母線電壓檢測(cè)電路U5檢測(cè)經(jīng)過(guò)分壓后的母線直流電壓，輸出具有更高驅(qū)動(dòng)能力的直流電壓信號(hào)至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15進(jìn)行A/D采集，得到直流母線電壓的電壓值，從而確定伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2的直流供電電壓。當(dāng)直流供電電壓過(guò)大時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷進(jìn)行保護(hù)；當(dāng)直流供電電壓過(guò)小時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15輸出報(bào)警信號(hào)。

采用STM32作為控制芯片，成本低廉；留有編程接口，易于通過(guò)編程調(diào)整具體程序，工作靈活，擴(kuò)展性強(qiáng)；同時(shí)留有通信傳輸接口，可以構(gòu)建大范圍的工作網(wǎng)絡(luò)，方便應(yīng)用于大批量的控制任務(wù)中。

在控制信號(hào)的傳輸過(guò)程中，采用多組光電耦合器，保證傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性；

采用母線電壓檢測(cè)電路U5對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2電路中的直流電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)直流供電電壓過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷，提高系統(tǒng)的可靠性；

因此，本發(fā)明具有成本較低，適用范圍廣；易用性較高，工作靈活；穩(wěn)定性好、可靠性高；擴(kuò)展性強(qiáng)，可構(gòu)建大范圍的工作網(wǎng)絡(luò)，在大批量的控制任務(wù)中使用方便的優(yōu)點(diǎn)。

作為優(yōu)選，所述左極限傳感器輸入接口電路3中，當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到左極限位置時(shí)，左極限傳感器Uc1響應(yīng)，左極限傳感器輸入接口電路3輸出左極限信號(hào)，該左極限信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc3進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12；

所述原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4中，當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到原點(diǎn)位置時(shí)，原點(diǎn)傳感器Uc4響應(yīng)，原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4輸出原點(diǎn)信號(hào)，該原點(diǎn)信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc6進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12；

所述右極限傳感器輸入接口電路5中，當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到右極限位置時(shí)，右極限傳感器Uc7響應(yīng)，右極限傳感器輸入接口電路5輸出右極限信號(hào)，該右極限信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc9把該右極限信號(hào)進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

作為優(yōu)選，所述母線電壓檢測(cè)電路U5的輸入端接母線直流電壓分壓電阻R4。經(jīng)R4分壓后的直流電壓經(jīng)過(guò)母線電壓檢測(cè)電路U5，得到具有更高驅(qū)動(dòng)能力的直流電壓信號(hào)，然后該信號(hào)通過(guò)光耦隔離電路U8輸出至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15進(jìn)行A/D采集，得到直流母線電壓的電壓值，從而確定伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2的直流供電電壓。

一種基于STM32的伺服電機(jī)集成化控制系統(tǒng)，包括如下步驟：

用戶(hù)通過(guò)按鍵或者按鈕模塊Uc11向帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12設(shè)定電機(jī)本體U1的運(yùn)行參數(shù)：電機(jī)本體U1轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)、電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度、電機(jī)本體U1的方向信號(hào)。

當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到左極限位置時(shí)，左極限傳感器Uc1響應(yīng)，左極限傳感器輸入接口電路3輸出左極限信號(hào)，該左極限信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc3進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到原點(diǎn)位置時(shí)，原點(diǎn)傳感器Uc4響應(yīng)，原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4輸出原點(diǎn)信號(hào)，該原點(diǎn)信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc6進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到右極限位置時(shí)，右極限傳感器Uc7響應(yīng)，右極限傳感器輸入接口電路5輸出右極限信號(hào)，該右極限信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc9把該右極限信號(hào)進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12依據(jù)上述的電機(jī)本體U1的運(yùn)行參數(shù)、左極限信號(hào)、原點(diǎn)信號(hào)以及右極限信號(hào)，分別通過(guò)脈沖輸出接口電路6向外輸出相應(yīng)的“電機(jī)脈沖信號(hào)”、通過(guò)方向輸出接口電路7向外輸出相應(yīng)的“電機(jī)方向信號(hào)”。

脈沖輸出接口電路6通過(guò)光電耦合器Uc19把帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)脈沖信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)脈沖信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q1進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2。帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)脈沖信號(hào)”中的脈沖數(shù)量可以控制電機(jī)本體U1轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，“電機(jī)脈沖信號(hào)”中的脈沖頻率可以控制電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

方向輸出接口電路7通過(guò)光電耦合器Uc22把帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)方向信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)方向信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q2進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2。帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)方向信號(hào)”中的高電平信號(hào)可以控制電機(jī)本體U1正向轉(zhuǎn)動(dòng)，“電機(jī)方向信號(hào)”中的低電平信號(hào)可以控制電機(jī)本體U1反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

“電機(jī)脈沖信號(hào)”與“電機(jī)方向信號(hào)”輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2，具體的說(shuō)，是輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2中的脈沖/方向輸入接口電路U13。

三相或者單相交流電由伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2的電源輸入端口輸入，經(jīng)過(guò)三相整流橋8，輸出脈動(dòng)直流電，系統(tǒng)開(kāi)始工作。

脈動(dòng)直流電接著由絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6組成的三相橋逆變電路9進(jìn)行逆變，逆變成三相交流電給電機(jī)本體U1供電，電機(jī)本體U1開(kāi)啟。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15接收到來(lái)自主控模塊1的“電機(jī)脈沖信號(hào)”與“電機(jī)方向信號(hào)”，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15依據(jù)上述信號(hào)，采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，輸出3組PWM波，這3組PWM波對(duì)應(yīng)三相橋逆變電路9的三個(gè)橋壁，作為控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6的“IGBT控制信號(hào)”，該信號(hào)通過(guò)光耦隔離電路U8輸送至IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7；IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7依據(jù)“IGBT控制信號(hào)”，直接控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6導(dǎo)通或截止，調(diào)整為電機(jī)本體U1供電的三相交流電的U相、V相、W相的電壓和電流，電機(jī)本體U1開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

電機(jī)本體U1內(nèi)部的反饋裝置與伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15相連接，將包含電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩、位置信息的“電機(jī)反饋信號(hào)”輸出至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15根據(jù)霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流，計(jì)算得出W相的電流，依據(jù)正比例系數(shù)，計(jì)算出電機(jī)本體U1當(dāng)前的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，然后伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15比較目標(biāo)轉(zhuǎn)矩與實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，利用PID算法調(diào)整3組PWM波的脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)三相交流電的電流大小，進(jìn)而將實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)整至目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15將“電機(jī)反饋信號(hào)”中的“電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、位置信息”與“霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流”使用SVPWM算法比較，將經(jīng)過(guò)PID算法調(diào)整過(guò)脈沖寬度的3組PWM波再次進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整三相橋逆變電路9的導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)時(shí)間以及開(kāi)關(guān)順序；

經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，電機(jī)本體U1按用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，U1內(nèi)部的反饋模塊將包含電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩、位置信息的“電機(jī)反饋信號(hào)”實(shí)時(shí)傳輸至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15實(shí)時(shí)做出調(diào)整，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

由于采用STM32核心，系統(tǒng)可為用戶(hù)提供豐富的應(yīng)用函數(shù)接口API，用戶(hù)需要實(shí)現(xiàn)某個(gè)功能時(shí)，只需要調(diào)用相應(yīng)的功能函數(shù)，并對(duì)其形參進(jìn)行簡(jiǎn)單的地設(shè)置，就可以對(duì)觸摸屏和主控程序進(jìn)行編程，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，有效降低對(duì)用戶(hù)的專(zhuān)業(yè)水平要求；

基于STM32對(duì)伺服電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行集成化后，易于用戶(hù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)使用，可以大大降低開(kāi)發(fā)時(shí)間與研究成本，用戶(hù)熟悉之后可以實(shí)現(xiàn)與PLC相媲美的開(kāi)發(fā)周期。

因此，本發(fā)明具有穩(wěn)定好、可靠性高；易用性較高，工作靈活，易于推廣；開(kāi)發(fā)時(shí)間與研究成本較低的優(yōu)點(diǎn)。

作為優(yōu)選，所述帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)脈沖信號(hào)”中的脈沖數(shù)量控制電機(jī)本體U1轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，“電機(jī)脈沖信號(hào)”中的脈沖頻率控制電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

所述帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)方向信號(hào)”中的高電平信號(hào)控制電機(jī)本體U1正向轉(zhuǎn)動(dòng)，“電機(jī)方向信號(hào)”中的低電平信號(hào)控制電機(jī)本體U1反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述主控模塊1中，帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12還連接有：RS-232接口電路Uc13、JTAG接口電路Uc14、指示電路Uc15、RS-485接口電路Uc16、復(fù)位電路Uc17與晶振電路Uc18；

RS-232接口電路Uc13和RS-485接口電路Uc16分別用來(lái)與外界設(shè)備進(jìn)行通訊，JTAG接口電路Uc14提供程序下載和在線調(diào)試的接口，指示電路Uc15用來(lái)對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示，復(fù)位電路Uc17用來(lái)對(duì)帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12和液晶屏模塊Uc10進(jìn)行復(fù)位，晶振電路Uc18產(chǎn)生震蕩信號(hào)，給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12提供時(shí)鐘基準(zhǔn)。

作為優(yōu)選，所述伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2中的伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15還連接有：D/A轉(zhuǎn)換電路U10、通信接口電路U11、A/D轉(zhuǎn)換電路U12、其它IO接口電路U14；

操作鍵盤(pán)U9主要用來(lái)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，D/A轉(zhuǎn)換電路U10提供數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的接口，通信接口U11提供伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15與其它設(shè)備進(jìn)行通訊的接口，A/D轉(zhuǎn)換電路U10提供模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的接口，其它I/O為系統(tǒng)預(yù)留的功能，以便進(jìn)行功能擴(kuò)展或者二次開(kāi)發(fā)。

作為優(yōu)選，所述“IGBT控制信號(hào)”為：伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SVPWM)與PID算法輸出的3組PWM波，這3組PWM波對(duì)應(yīng)三相橋逆變電路9的三個(gè)橋壁，直接控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6導(dǎo)通或截止，進(jìn)而對(duì)給電機(jī)本體U1供電的三相交流電的U相、V相、W相的電壓和電流進(jìn)行控制。

作為優(yōu)選，所述電機(jī)本體U1內(nèi)部的反饋裝置與伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15相連接，將包含電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩、位置信息的“電機(jī)反饋信號(hào)”輸出至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15；

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15根據(jù)霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流，計(jì)算得出W相的電流，依據(jù)正比例系數(shù)，計(jì)算出電機(jī)本體U1當(dāng)前的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，然后伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15比較目標(biāo)轉(zhuǎn)矩與實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，利用PID算法調(diào)整上次輸出的3組PWM波的脈沖寬度；

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15將“電機(jī)反饋信號(hào)”中的“電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、位置信息”與“霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流”使用SVPWM算法比較，將經(jīng)過(guò)PID算法調(diào)整過(guò)脈沖寬度的3組PWM波再次進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整三相橋逆變電路9的導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)時(shí)間以及開(kāi)關(guān)順序。

因此，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)穩(wěn)定性好、可靠性高；

(2)成本較低，適用范圍廣；

(3)易用性較高，工作靈活，易于推廣；

(4)開(kāi)發(fā)時(shí)間與研究成本較低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種示意圖；

圖2是本發(fā)明的主控模塊1的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的三相橋逆變電路9的一種連接電路圖。

圖中：左極限傳感器Uc1、整流器Uc2、光電耦合器Uc3、原點(diǎn)傳感器Uc4、整流器Uc5、光電耦合器Uc6、右極限傳感器Uc7、整流器Uc8、光電耦合器Uc9、觸摸屏模塊Uc10、按鍵或者按鈕模塊Uc11、帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12、RS-232接口電路Uc13、JTAG接口電路Uc14、指示電路Uc15、RS-485接口電路Uc16、復(fù)位電路Uc17與晶振電路Uc18、光電耦合器Uc19、光電耦合器Uc22、電阻Rc1、電阻Rc2、電阻Rc3、電阻Rc4、電阻Rc5、電阻Rc6、電阻Rc10、電阻Rc11、電阻Rc12、電阻Rc13、電容Cc1、電容Cc2、三極管Q1、三極管Q2；

6個(gè)二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、6個(gè)絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6、電機(jī)本體U1、霍爾傳感器U2、霍爾傳感器U3、繼電器U4、母線電壓檢測(cè)電路U5、IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7、光耦隔離電路U8、操作鍵盤(pán)U9、D/A轉(zhuǎn)換電路U10、通信接口電路U11、A/D轉(zhuǎn)換電路U12、脈沖/方向輸入接口電路U13、其它IO接口電路U14、伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15、分壓電阻R4。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體描述：

如圖1、圖2、圖3及圖4所示的實(shí)施例是一種基于STM32的伺服電機(jī)集成化控制系統(tǒng)及方法，包括主控模塊1、伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2；

主控模塊1包括左極限傳感器Uc1、原點(diǎn)傳感器Uc4、右極限傳感器Uc7，與極限傳感器Uc1共同構(gòu)成左極限傳感器輸入接口電路3的電阻Rc1、整流器Uc2、電阻Rc2、電容Cc1、光電耦合器Uc3、電阻Rc3，與原點(diǎn)傳感器Uc4共同構(gòu)成原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4的電阻Rc4、整流器Uc5、電阻Rc5、電容Cc2、光電耦合器Uc6、電阻Rc6，與右極限傳感器Uc7共同構(gòu)成右極限傳感器輸入接口電路5的電阻Rc7、整流器Uc8、電阻Rc8、電容Cc3、光電耦合器Uc9、電阻Rc9；帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12，接帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出端的光電耦合器Uc19、Uc22，與光電耦合器Uc19共同構(gòu)成脈沖輸出接口電路6的電阻Rc10、三極管Q1、電阻Rc11，與光電耦合器Uc22共同構(gòu)成方向輸出接口電路7的電阻Rc12、三極管Q2、電阻Rc13，與帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12相連接的觸摸屏模塊Uc10、按鍵或者按鈕模塊Uc11；

伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2包括由6個(gè)二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6組成的三相整流橋8，由絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6組成的三相橋逆變電路9，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15，與伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器U15相連接的光耦隔離電路U8、操作鍵盤(pán)U9、脈沖/方向輸入接口電路U13，與光耦隔離電路U8相連接的繼電器U4、母線電壓檢測(cè)電路U5、IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7，電機(jī)本體U1，與電機(jī)本體U1和三相橋逆變電路9連接的兩個(gè)霍爾傳感器U2、U3，與母線電壓檢測(cè)電路U5、輸入電路連接的分壓電阻R4。

脈沖/方向輸入接口電路U13接入伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15。

三相整流橋8由二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6組成，二極管D1、D3、D5的負(fù)極相連接，輸出脈動(dòng)直流電的正極DC+，二極管D2、D4、D6的正極相連接，輸出脈動(dòng)直流電的負(fù)極DC-。

由絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6組成三相橋逆變電路9，絕緣柵雙極型晶體管T1和T2組成U相橋壁，其中T1為上橋臂，T2為下橋臂，T1與T2的連結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為連結(jié)點(diǎn)U；絕緣柵雙極型晶體管T3和T4組成V相橋壁，其中T3為上橋臂，T4為下橋臂，T3與T4的連結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為連結(jié)點(diǎn)V；絕緣柵雙極型晶體管T5和T6組成W相橋壁，其中T5為上橋臂，T6為下橋臂，T5與T6的連結(jié)點(diǎn)稱(chēng)為連結(jié)點(diǎn)W；三個(gè)橋壁共同構(gòu)成三相橋逆變電路9。

霍爾傳感器U2的兩個(gè)輸入端口串聯(lián)到U相中，霍爾傳感器U3的兩個(gè)輸入端口串聯(lián)到V相中，兩個(gè)霍爾傳感器的輸出都與光耦隔離電路U8相連接。

電機(jī)本體U1內(nèi)部的反饋模塊與伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15相連接。

光耦隔離電路U8連接霍爾傳感器U2、U3，繼電器U4，母線電壓檢測(cè)電路U5與IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7。

帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12還連接有：RS-232接口電路Uc13、JTAG接口電路Uc14、指示電路Uc15、RS-485接口電路Uc16、復(fù)位電路Uc17與晶振電路Uc18。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15還連接有：D/A轉(zhuǎn)換電路U10、通信接口電路U11、A/D轉(zhuǎn)換電路U12、其它IO接口電路U14；

一種基于STM32的伺服電機(jī)集成化系統(tǒng)的控制方法，工作過(guò)程如下：

以一次電機(jī)本體U1正常工作流程舉例：

三相或者單相交流電由伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2的電源輸入端口輸入，經(jīng)過(guò)三相整流橋8，輸出脈動(dòng)直流電，直流電的正極為DC+、負(fù)極為DC-，系統(tǒng)開(kāi)始工作。

脈動(dòng)直流電接著由絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6組成的三相橋逆變電路9進(jìn)行逆變，逆變成三相交流電給電機(jī)本體U1供電，電機(jī)本體U1被啟動(dòng)。

當(dāng)電機(jī)本體U1需要進(jìn)行定位時(shí)，需要帶負(fù)載進(jìn)行一次“找原點(diǎn)”操作。

用戶(hù)通過(guò)按下按鍵或者按鈕模塊Uc11中的按鈕，向帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12發(fā)出讓電機(jī)本體U1“找原點(diǎn)”的指令。

已經(jīng)預(yù)先在帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12中設(shè)定好“找原點(diǎn)”工作中，電機(jī)本體U1的運(yùn)行參數(shù)：電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為100PPS、電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向信號(hào)為順時(shí)針。

帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)脈沖信號(hào)”中的脈沖數(shù)量控制電機(jī)本體U1轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，“電機(jī)脈沖信號(hào)”中的脈沖頻率控制電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；Uc12輸出的“電機(jī)方向信號(hào)”中的高電平信號(hào)控制電機(jī)本體U1正向轉(zhuǎn)動(dòng)，“電機(jī)方向信號(hào)”中的低電平信號(hào)控制電機(jī)本體U1反向轉(zhuǎn)動(dòng)。

帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12先分別通過(guò)脈沖輸出接口電路63輸出“電機(jī)脈沖信號(hào)”：恒定頻率為100Hz的方波；通過(guò)方向輸出接口電路7輸出“電機(jī)方向信號(hào)”：高電平信號(hào)。

由于電機(jī)本體U1找原點(diǎn)功能不需要設(shè)置運(yùn)轉(zhuǎn)圈數(shù)，此處設(shè)定帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12一直向脈沖/方向輸入接口電路U13發(fā)出信號(hào)，直至電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到原點(diǎn)位置時(shí)，原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4輸出原點(diǎn)信號(hào)作為反饋信號(hào)至帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12，帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12接收到原點(diǎn)信號(hào)后，停止向脈沖/方向輸入接口電路U13發(fā)出信號(hào)。

脈沖輸出接口電路6通過(guò)光電耦合器Uc19把帶DSP功能的

STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)脈沖信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)脈沖信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q1進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2。

方向輸出接口電路7通過(guò)光電耦合器Uc22把帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)方向信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)方向信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q2進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2；具體地說(shuō)，是輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2中的脈沖/方向輸入接口電路U13。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15接收到來(lái)自主控模塊1的“電機(jī)脈沖信號(hào)”：恒定頻率為100Hz的方波，與“電機(jī)方向信號(hào)”：高電平信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15依據(jù)上述信號(hào)，判斷用戶(hù)指示電機(jī)本體U1以順時(shí)針?lè)较颉⑥D(zhuǎn)動(dòng)速度為100PPS的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，輸出3組PWM波，這3組PWM波對(duì)應(yīng)三相橋逆變電路9的三個(gè)橋壁，作為控制每個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的“IGBT控制信號(hào)”，該信號(hào)通過(guò)光耦隔離電路U8輸送至IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7；IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7依據(jù)“IGBT控制信號(hào)”，直接控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6導(dǎo)通或截止，進(jìn)而對(duì)給電機(jī)本體U1供電的三相交流電的U相、V相、W相的電壓和電流進(jìn)行控制，電機(jī)本體U1開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

電機(jī)本體U1內(nèi)部的反饋裝置將包含電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩、位置信息的“電機(jī)反饋信號(hào)”輸出至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15根據(jù)霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流，計(jì)算得出W相的電流，依據(jù)系統(tǒng)模型給出的正比例系數(shù)，計(jì)算出電機(jī)本體U1當(dāng)前的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，然后伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15比較目標(biāo)轉(zhuǎn)矩與實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，利用PID算法調(diào)整3組PWM波的脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)三相交流電的電流大小，進(jìn)而將實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)整至目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15將“電機(jī)反饋信號(hào)”中的“電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、位置信息”與“霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流”使用SVPWM算法比較，將經(jīng)過(guò)PID算法調(diào)整過(guò)脈沖寬度的3組PWM波再次進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整三相橋逆變電路9的導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)時(shí)間以及開(kāi)關(guān)順序。

經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15控制電機(jī)本體U1以順時(shí)針?lè)较?、轉(zhuǎn)動(dòng)速度為100PPS的狀態(tài)進(jìn)行找原點(diǎn)操作。

電機(jī)本體U1先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程一旦遇到左極限傳感器或者右極限傳感器，表明電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到左極限位置或右極限位置：

當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到左極限位置時(shí)，左極限傳感器Uc1做出響應(yīng)，左極限傳感器輸入接口電路3輸出一個(gè)+0V的電壓作為左極限信號(hào)，該左極限信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc3把該右極限信號(hào)進(jìn)行隔離之后，輸送給Uc12；

當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到右極限位置時(shí)，右極限傳感器Uc7做出響應(yīng)，右極限傳感器輸入接口電路5輸出一個(gè)0V的電壓作為右極限信號(hào)，該右極限信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc9把該右極限信號(hào)進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12接收到左極限信號(hào)或右極限信號(hào)后，立即通過(guò)方向輸出接口電路7輸出反向的“電機(jī)方向信號(hào)”：低電平信號(hào)。

方向輸出接口電路7通過(guò)光電耦合器Uc22把新的“電機(jī)方向信號(hào)”進(jìn)行隔離，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q2進(jìn)行放大之后，直接輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2中的脈沖/方向輸入接口電路U13。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15接收到來(lái)自主控模塊1的“電機(jī)脈沖信號(hào)”：恒定頻率為100Hz的方波，與新的“電機(jī)方向信號(hào)”：低電平信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15依據(jù)上述信號(hào)，判斷用戶(hù)指示電機(jī)本體U1以逆時(shí)針?lè)较?、轉(zhuǎn)動(dòng)速度為100PPS的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，輸出3組PWM波，這3組PWM波作為控制每個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的“IGBT控制信號(hào)”，該信號(hào)通過(guò)光耦隔離電路U8輸送至IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7；IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7依據(jù)“IGBT控制信號(hào)”，直接控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6導(dǎo)通或截止，進(jìn)而對(duì)給電機(jī)本體U1供電的三相交流電的U相、V相、W相的電壓和電流進(jìn)行控制，控制電機(jī)本體U1以逆時(shí)針?lè)较?、轉(zhuǎn)動(dòng)速度為100PPS的狀態(tài)繼續(xù)進(jìn)行找原點(diǎn)操作。

電機(jī)本體U1在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程一旦遇到原點(diǎn)傳感器Uc4，表明電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到原點(diǎn)位置：

當(dāng)電機(jī)本體U1旋轉(zhuǎn)到原點(diǎn)位置時(shí)，原點(diǎn)傳感器Uc4響應(yīng)，原點(diǎn)傳感器輸入接口電路4輸出一個(gè)+0V的電壓作為原點(diǎn)信號(hào)，該原點(diǎn)信號(hào)通過(guò)光電耦合器Uc6進(jìn)行隔離之后，輸送給帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12。

帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12接收到原點(diǎn)信號(hào)后，立即停止向外輸出信號(hào)。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15接收不到來(lái)自主控模塊1的“電機(jī)脈沖信號(hào)”與“電機(jī)方向信號(hào)”，判斷讓電機(jī)本體U1停止運(yùn)動(dòng)。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15停止輸出3組PWM波，晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6截止，使電機(jī)本體U1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，完成“找原點(diǎn)”操作。

當(dāng)電機(jī)本體U1找好原點(diǎn)后，處于待機(jī)狀態(tài)，用戶(hù)可以通過(guò)按鍵或者按鈕模塊Uc11，向帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12設(shè)定電機(jī)本體U1的工作參數(shù)：設(shè)置電機(jī)本體U1以500PPS的速度正轉(zhuǎn)10圈。

假設(shè)電機(jī)本體U1轉(zhuǎn)一圈需要1000個(gè)脈沖，由于“電機(jī)脈沖信號(hào)”中脈沖數(shù)量控制電機(jī)本體U1轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，脈沖頻率控制電機(jī)本體U1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，所以帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12需要向外輸出總數(shù)為10000個(gè)、頻率為500Hz的脈沖信號(hào)作為“電機(jī)脈沖信號(hào)”；同時(shí)，輸出高電平的電信號(hào)作為“電機(jī)方向信號(hào)”。

帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12分別通過(guò)脈沖輸出接口電路6向脈沖/方向輸入接口電路U13輸出“電機(jī)脈沖信號(hào)”：總數(shù)為10000個(gè)、恒定頻率為500Hz的脈沖；通過(guò)方向輸出接口電路7向脈沖/方向輸入接口電路U13輸出“電機(jī)方向信號(hào)”：高電平信號(hào)。

脈沖輸出接口電路6通過(guò)光電耦合器Uc19把帶DSP功能的

STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)脈沖信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)脈沖信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q1進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2；具體的說(shuō)，是輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2中的脈沖/方向輸入接口電路U13。

方向輸出接口電路7通過(guò)光電耦合器Uc22把帶DSP功能的STM32主控處理器Uc12輸出的“電機(jī)方向信號(hào)”進(jìn)行隔離，得到更穩(wěn)定純凈的“電機(jī)方向信號(hào)”，該信號(hào)再經(jīng)過(guò)三極管Q2進(jìn)行放大之后，直接送給伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2；具體的說(shuō)，是輸入伺服驅(qū)動(dòng)器模塊2中的脈沖/方向輸入接口電路U13。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15通過(guò)脈沖/方向輸入接口電路U13接收到來(lái)自主控模塊1的“電機(jī)脈沖信號(hào)”：總數(shù)為10000個(gè)、頻率為500Hz的脈沖信號(hào)，與“電機(jī)方向信號(hào)”：高電平信號(hào)，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15依據(jù)上述信號(hào)，判斷用戶(hù)指示電機(jī)本體U1以順時(shí)針?lè)较?、轉(zhuǎn)動(dòng)速度為500PPS的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)10圈。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15采用空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(SVPWM)，輸出3組PWM波，這3組PWM波對(duì)應(yīng)三相橋逆變電路9的三個(gè)橋壁，作為控制每個(gè)絕緣柵雙極型晶體管的“IGBT控制信號(hào)”，該信號(hào)通過(guò)光耦隔離電路U8輸送至IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7；IGBT驅(qū)動(dòng)電路U7依據(jù)“IGBT控制信號(hào)”，直接控制絕緣柵雙極型晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6導(dǎo)通或截止，進(jìn)而對(duì)給電機(jī)本體U1供電的三相交流電的U相、V相、W相的電壓和電流進(jìn)行控制，控制電機(jī)本體U1開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

電機(jī)本體U1內(nèi)部的反饋裝置將包含電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩、位置信息的“電機(jī)反饋信號(hào)”輸出至伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15。

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15根據(jù)霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流，計(jì)算得出W相的電流，依據(jù)系統(tǒng)模型給出的正比例系數(shù)，計(jì)算出電機(jī)本體U1當(dāng)前的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，然后伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15比較目標(biāo)轉(zhuǎn)矩與實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，利用PID算法調(diào)整3組PWM波的脈沖寬度，從而調(diào)節(jié)三相交流電的電流大小，進(jìn)而將實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩調(diào)整至目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；

伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15將“電機(jī)反饋信號(hào)”中的“電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、位置信息”與“霍爾傳感器U2、U3測(cè)得的U相、V相的電流”使用SVPWM算法比較，將經(jīng)過(guò)PID算法調(diào)整過(guò)脈沖寬度的3組PWM波再次進(jìn)行調(diào)整，從而調(diào)整三相橋逆變電路9的導(dǎo)通時(shí)間、開(kāi)關(guān)時(shí)間以及開(kāi)關(guān)順序。

經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，伺服驅(qū)動(dòng)主控處理器STM32芯片U15控制電機(jī)本體U1以順時(shí)針?lè)较?、轉(zhuǎn)動(dòng)速度為以順時(shí)針?lè)较?、轉(zhuǎn)動(dòng)速度為

500PPS的狀態(tài)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

上述3組PWM波輸出結(jié)束后，電機(jī)本體U1正好運(yùn)轉(zhuǎn)10圈，U15不再輸出新的PWM波，晶體管T1、T2、T3、T4、T5、T6截止，電機(jī)本體U1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，完成操作。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。