基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一些小型電機(jī)器械人機(jī)交互的電機(jī)控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]基于上位機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)是通過上位機(jī)界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對電機(jī)進(jìn)行一定的控制，而該系統(tǒng)要用到一些控制芯片建立通信，軟硬結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。
[0003]隨著微型計算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動控制理論、電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，電動機(jī)控制裝置也不斷向前發(fā)展。在那些對電動機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合，傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。為了適應(yīng)時代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動機(jī)控制系統(tǒng)也在朝著高精度、高性能、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、模糊化的方向不斷前進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種電機(jī)的控制優(yōu)化系統(tǒng)，以提高電機(jī)控制的高效化、信息化。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)，包括上位機(jī)，上位機(jī)通過電機(jī)控制器控制直流電機(jī)，上位機(jī)通過串行數(shù)據(jù)接口與電機(jī)控制器建立數(shù)據(jù)通信，其特征在于:
[0006]在上位機(jī)上運(yùn)行有電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)視和控制直流電機(jī)，通過電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)至少實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出，在電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中建立電機(jī)控制模型；
[0007]電機(jī)控制器采用數(shù)字控制器，該數(shù)字控制器集成捕獲比較單元及位置接口單元，捕獲比較單元支持多對互補(bǔ)PWM生成和非對稱PWM生成，位置接口單元支持精確的直流電機(jī)位置檢測，同時，該數(shù)字控制器還具有可編程串行通信接口模塊。
[0008]優(yōu)選地，所述上位機(jī)與所述電機(jī)控制器之間連接有邏輯電平轉(zhuǎn)換單元。
[0009]優(yōu)選地，所述電機(jī)控制器采用電機(jī)控制芯片XMC1300。
[0010]優(yōu)選地，所述邏輯電平轉(zhuǎn)換單元采用MAX232轉(zhuǎn)化芯片。
[0011]本發(fā)明提供的一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)具有高精度、高性能、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、模糊化等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明所涉及系統(tǒng)的框圖；
[0013]圖2為上位機(jī)監(jiān)控示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)由以下3個部分組成:
[0016]第一部分:運(yùn)行有電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)，電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供電機(jī)監(jiān)控界面用于監(jiān)視和控制整個電機(jī)系統(tǒng)，主要采用Labview構(gòu)建上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，它主要功能包括硬件系統(tǒng)與PC間的數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出成Excel文件等功能。
[0017]上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控，電量及報警信息的監(jiān)測。當(dāng)上位機(jī)接收到下位機(jī)傳輸來的數(shù)據(jù)后，分別通過校驗(yàn)和檢驗(yàn)與軟件過濾，最終將采集數(shù)據(jù)顯示在示波器上，并可以對采集數(shù)據(jù)、報警信息和時間數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。
[0018]LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)存儲等。由于本系統(tǒng)上位機(jī)界面與控制器通過RS232建立通信，即主要用到VISA配置函數(shù)。其中VISA配置函數(shù)主要用于配置串口的初始化，需分配串口、設(shè)置波特率、設(shè)置輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)、設(shè)置要傳輸或接收的每一幀所使用的奇偶校驗(yàn)等。
[0019]在監(jiān)控系統(tǒng)中建立電機(jī)控制模型是編程的關(guān)鍵，它負(fù)責(zé)采集電機(jī)轉(zhuǎn)矩及電機(jī)功率信息，以及一些轉(zhuǎn)矩指令值的傳輸，以上實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控軟件的控制部分，基于該基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展就實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控軟件的監(jiān)控系統(tǒng)。
[0020]監(jiān)控平臺主要分為三大模塊:開關(guān)按鈕模塊、輸入/輸出顯示模塊以及I/O參數(shù)設(shè)定模塊。該監(jiān)控平臺是上下位機(jī)連接的紐帶，通過此VI前面板，可以設(shè)置相關(guān)參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)控制功能;其“參數(shù)顯示模塊”能及時反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，達(dá)到監(jiān)測目的。
[0021]第二部分:串口通信。串口通信在系統(tǒng)控制中有著重要地位，在利用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)對電機(jī)控制過程中，這種通信能夠?qū)崟r傳遞計算機(jī)的測控指令和設(shè)備的信息狀況，通過合理準(zhǔn)確地使用通信功能使得監(jiān)控系統(tǒng)具備了人機(jī)交互的功能。
[0022]現(xiàn)在，已經(jīng)對串行通信建立了幾個一致的概念和標(biāo)準(zhǔn)，這些概念和標(biāo)準(zhǔn)屬于三個方面:傳輸率，電特性，信號名稱和接口標(biāo)準(zhǔn)。通用計算機(jī)在測控中經(jīng)常使用的接口是串行口(RS232接口、RS485等)，對于通信功能的實(shí)現(xiàn)，編寫測控應(yīng)用程序也比較多。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會)與BELL等公司一起開發(fā)公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在O?20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS-232C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。
[0023]上位機(jī)的RS-232規(guī)定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，與控制器的信號處理器并不兼容，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換可以采用MAX232轉(zhuǎn)化芯片。MAX232是MAX頂公司生產(chǎn)的，包含兩路驅(qū)動器和接收器的RS232轉(zhuǎn)換芯片。該芯片具有一個專有的，將輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為RS232接口所需的±10V電壓，尤其適用于沒有±12V的單電源系統(tǒng)。與此原理相同的芯片還有MAX202、AD公司的ADMlOl以及INTERSIL公司的ICL232芯片，ICL232與MAX232可直接替換。
[0024]RS232串行接口除了有上述的USB數(shù)據(jù)采集卡與主機(jī)之間的交互過程外，在USB連接建立之前，我們還要實(shí)現(xiàn)與控制器XMC1300的通信，
[0025]本系統(tǒng)通信過程中，通過界面上的數(shù)據(jù)輸入，上位機(jī)將把給定的轉(zhuǎn)速大小和相關(guān)的控制器參數(shù)發(fā)給XMC1300，同時，要通過DAVE軟件編寫程序配置XMC1300控制器的端口以及寄存器，對UART進(jìn)行串口調(diào)試，我們可以用串口來對xmc 1300_uart程序進(jìn)行調(diào)試，把輸入的模擬信號通過串口在DAVE的監(jiān)控界面顯示出來，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)通過通信串口與控制器建立通
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[0026]固件程序調(diào)試這一塊，我們使用RS232接口來檢測PC機(jī)與USB數(shù)據(jù)采集卡之間得交互過程，我們可以通過DAVE軟件來觀察PC與控制器交互執(zhí)行的操作，并分析它們的合法性。
[0027]通過LabVIEW結(jié)合單片機(jī)控制芯片XMC1300實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制，能直接在LabVIEW上實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角的控制。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單片機(jī)控制或IabVIEW加運(yùn)動采集卡控制相比，具有成本低、編程簡單、方便控制等優(yōu)點(diǎn)，并且人機(jī)交互性強(qiáng)，界面友好。
[0028]第三部分:建立完善的電機(jī)控制系統(tǒng)還需要電機(jī)控制器。下位機(jī)是以XMC1300為核心的數(shù)字控制器的控制系統(tǒng)
[0029]在這里，XMC1300系列可滿足電機(jī)控制或數(shù)字電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用的實(shí)時控制需求，它集成一個功能強(qiáng)大的捕獲比較單元CCU8(支持8對互補(bǔ)PffM生成和非對稱PffM生成)，集成位置接口單元(POSIF)，支持精確的電機(jī)位置檢測。特別適用于電機(jī)控制和電源控制領(lǐng)域。XMC1300系列還集成算術(shù)協(xié)處理器，支持無傳感器FOC(磁場定向控制)解決方案，提高電機(jī)運(yùn)行效率。這是其他基于Cortex-MO的單片機(jī)產(chǎn)品所沒有的。XMC1300系列的工作溫度最高可達(dá)105攝氏度，安全性比較高，比較適用小型電機(jī)器械的控制。
[0030]該控制器具有可編程串行通信接口模塊USIC，USIC是一個靈活的接口模塊，它能處理多種串行通信協(xié)議，一個USIC模塊包含兩個獨(dú)立的，可并行使用的通信通道。集成的FIFO允許緩存要發(fā)送和已接收的數(shù)據(jù)，對一些實(shí)時應(yīng)用情況起到緩沖作用。
[0031]通用I/O端口為所有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字I/O提供一個通用和非常靈活的軟件和硬件接口。每個端口單元都有單獨(dú)的接口用于通用I/O操作，還為片內(nèi)外設(shè)提供鏈接，并對焊盤特性提供進(jìn)行控制。
[0032]本系統(tǒng)上位機(jī)采用RS232串行通信方式實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與驅(qū)動器的實(shí)時通信，NI公司的發(fā)布的圖形化編程語言LabVIEW編寫上位機(jī)界面，整個控制系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計。主程序主要實(shí)現(xiàn)連接各子程序，控制整體的數(shù)據(jù)流向，協(xié)調(diào)各子模塊間的通訊。
[0033 ]為了編程方便，將上位機(jī)發(fā)送的命令按照以下串口傳輸屬性:
[0034](I)串口傳輸波特率，試驗(yàn)中為9600 ；
[0035](2)串口傳輸?shù)钠媾夹ｒ?yàn)位，試驗(yàn)中為none ；
[0036](3)串口傳輸?shù)耐Ｖ刮?，試?yàn)中為8位；
[0037](4)串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，試驗(yàn)中為8位；
[0038](5)串口端口默認(rèn)選擇PC機(jī)的coml。
[0039]要實(shí)現(xiàn)USB接口的正確通信，不但要保證硬件電路上的正確性，而且要保證程序處理的正確性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)，包括上位機(jī)，上位機(jī)通過電機(jī)控制器控制直流電機(jī)，上位機(jī)通過串行數(shù)據(jù)接口與電機(jī)控制器建立數(shù)據(jù)通信，其特征在于: 在上位機(jī)上運(yùn)行有電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)視和控制直流電機(jī)，通過電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)至少實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出，在電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中建立電機(jī)控制模型； 電機(jī)控制器采用數(shù)字控制器，該數(shù)字控制器集成捕獲/比較單元及位置接口單元，捕獲比較單元支持多對互補(bǔ)PWM生成和非對稱PffM生成，位置接口單元支持精確的直流電機(jī)位置檢測，同時，該數(shù)字控制器還具有可編程串行通信接口模塊。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)與所述電機(jī)控制器之間連接有邏輯電平轉(zhuǎn)換單元。3.如權(quán)利要求2所述的一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)控制器采用電機(jī)控制芯片XMC1300。4.如權(quán)利要求3所述的一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述邏輯電平轉(zhuǎn)換單元采用MAX232轉(zhuǎn)化芯片。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)，包括上位機(jī)，上位機(jī)通過電機(jī)控制器控制直流電機(jī)，上位機(jī)通過串行數(shù)據(jù)接口與電機(jī)控制器建立數(shù)據(jù)通信，其特征在于：在上位機(jī)上運(yùn)行有電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)視和控制直流電機(jī)，通過電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)至少實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出，在電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中建立電機(jī)控制模型；電機(jī)控制器采用數(shù)字控制器，該數(shù)字控制器集成捕獲/比較單元及位置接口單元，捕獲/比較單元支持多對互補(bǔ)PWM生成和非對稱PWM生成，位置接口單元支持精確的直流電機(jī)位置檢測。本發(fā)明提供的一種基于上位機(jī)的直流電機(jī)控制優(yōu)化系統(tǒng)具有高精度、高性能、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、模糊化等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN105511360
【申請?zhí)枴緾N201610010852
【發(fā)明人】李林鴿, 齊金鵬, 卞鳳杰, 劉樹娟
【申請人】東華大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月8日