電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)、脈沖濾波方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)、脈沖濾波方法及其控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電機(jī)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，其主要作用是用于產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為電器或各種機(jī)械的動力源。在多數(shù)自動化設(shè)備應(yīng)用中，電機(jī)需要從一個角度快速轉(zhuǎn)到另一個角度，帶動外部部件從另一個點(diǎn)快速運(yùn)動到另一個點(diǎn)，在工作時，電機(jī)一直在處于頻繁加速和減速的工作狀態(tài)。
[0003]在高速高精度的運(yùn)動控制系統(tǒng)中，通過脈沖和方向控制電機(jī)運(yùn)動是最常用的一種方式。由負(fù)責(zé)運(yùn)動控制的控制器輸出脈沖到電機(jī)驅(qū)動器，控制電機(jī)的運(yùn)動。每一個脈沖對應(yīng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個角度，由于電機(jī)對脈沖序列的連續(xù)性要求很高，如果給出的速度指令有突變(即脈沖序列的連續(xù)性不好)、則會引起外部部件運(yùn)行的振動，甚至導(dǎo)致外部部件位置的偏差，影響加工效果。
[0004]因而現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)、脈沖濾波方法及其控制系統(tǒng)，能使電機(jī)的轉(zhuǎn)速平滑變化。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案:
一種電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)，其包括:
計(jì)數(shù)模塊，用于緩存用于控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖，記錄未發(fā)出的脈沖數(shù)量；
曲線設(shè)計(jì)模塊，用于根據(jù)濾波參數(shù)、預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速變化曲線和未發(fā)出的脈沖數(shù)產(chǎn)生出當(dāng)前脈沖的頻率，使最終輸出的脈沖序列符合預(yù)設(shè)的變化曲線，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化連續(xù)；數(shù)字式頻率發(fā)生器，根據(jù)曲線設(shè)計(jì)模塊給定的當(dāng)前脈沖頻率輸出脈沖信號、并根據(jù)緩存的脈沖方向輸出方向信號，精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速平滑變化。
[0007]所述的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)中，所述計(jì)數(shù)模塊包括:第一加法器、選擇器、2-4譯碼器、非門、或門和第一 D觸發(fā)器；所述2-4譯碼器根據(jù)輸入脈沖和輸出脈沖是否有效輸出對應(yīng)的控制信號；當(dāng)輸出脈沖或者輸出脈沖有效時，所述或門輸出I至第一 D觸發(fā)器，所述選擇器根據(jù)控制信號判斷輸入脈沖或輸出脈沖的方向；所述第一加法器根據(jù)選擇器的判斷結(jié)果對其輸出的計(jì)數(shù)值加I或者減1，并由D觸器鎖存加或減后的結(jié)果后輸出計(jì)數(shù)值；當(dāng)輸出脈沖和輸出脈沖均有效時，及輸出脈沖和輸出脈沖均無效時，第一 D觸發(fā)器不動作。
[0008]所述的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)中，所述曲線設(shè)計(jì)模塊包括乘法器和第二加法器，所述乘法器用于將第一 D觸發(fā)器輸出的計(jì)數(shù)值和cof寄存器設(shè)置的曲線斜率相乘，第二加法器用于將乘法器的輸出結(jié)果與offset寄存器設(shè)置的曲線起跳點(diǎn)相加后輸出變化平滑的轉(zhuǎn)速驅(qū)動信號。
[0009]所述的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)中，所述數(shù)字式頻率發(fā)生器包括第三加法器、第二 D觸發(fā)器和比較器，所述第三加法器用于根據(jù)轉(zhuǎn)速驅(qū)動信號的脈沖數(shù)量循環(huán)自加、并輸出脈沖信號，所述比較器根據(jù)計(jì)數(shù)模塊輸出的計(jì)數(shù)值判斷脈沖信號的方向，輸出相應(yīng)方向的輸出方向信號；所述第二 D觸發(fā)器鎖存第三加法器的輸出結(jié)果。
[0010]一種電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)的脈沖濾波方法，其包括:
由計(jì)數(shù)模塊緩存控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖，記錄未發(fā)出的脈沖數(shù)量；
由曲線設(shè)計(jì)模塊根據(jù)濾波參數(shù)、預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速變化曲線和未發(fā)出的脈沖數(shù)產(chǎn)生出當(dāng)前脈沖的頻率，使最終輸出的脈沖序列符合預(yù)設(shè)的變化曲線，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化連續(xù)；
由數(shù)字式頻率發(fā)生器根據(jù)曲線設(shè)計(jì)模塊給定的脈沖頻率輸出脈沖信號、并根據(jù)緩存的脈沖方向輸出方向信號，精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速平滑變化。
[0011 ] 所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖濾波方法中，所述由計(jì)數(shù)模塊緩存控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖，記錄未發(fā)出的脈沖數(shù)量的步驟包括:
所述2-4譯碼器根據(jù)輸入脈沖和輸出脈沖是否有效輸出對應(yīng)的控制信號；
當(dāng)輸出脈沖或者輸出脈沖有效時，所述或門輸出I至第一 D觸發(fā)器，所述選擇器根據(jù)控制信號判斷輸入脈沖或輸出脈沖的方向；所述第一加法器根據(jù)選擇器的判斷結(jié)果對其輸出的計(jì)數(shù)值加I或者減1，并由D觸器鎖存加或減后的結(jié)果后輸出計(jì)數(shù)值；當(dāng)輸出脈沖和輸出脈沖均有效時，及輸出脈沖和輸出脈沖均無效時，第一 D觸發(fā)器不動作。
[0012]所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖濾波方法中，所述由曲線設(shè)計(jì)模塊根據(jù)濾波參數(shù)、預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速變化曲線和未發(fā)出的脈沖數(shù)量生成發(fā)出脈沖序列，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化連續(xù)的步驟包括:
乘法器將第一 D觸發(fā)器輸出的計(jì)數(shù)值和cof寄存器設(shè)置的曲線斜率相乘，將相乘結(jié)果輸出給第二加法器；
由所述第二加法器將相乘結(jié)果與offset寄存器設(shè)置的曲線起跳點(diǎn)相加后輸出變化平滑的轉(zhuǎn)速驅(qū)動信號。
[0013]所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖濾波方法中，所述由數(shù)字式頻率發(fā)生器根據(jù)曲線設(shè)計(jì)模塊給定的脈沖頻率輸出脈沖信號、并根據(jù)緩存的脈沖方向輸出方向信號，精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速平滑變化的步驟包括:
第三加法器根據(jù)轉(zhuǎn)速驅(qū)動信號的脈沖數(shù)量循環(huán)自加、并輸出脈沖信號；同時，由比較器根據(jù)計(jì)數(shù)模塊輸出的計(jì)數(shù)值判斷脈沖信號的方向，輸出相應(yīng)方向的輸出方向信號，并由第二 D觸發(fā)器鎖存第三加法器的計(jì)數(shù)值。
[0014]一種電機(jī)的控制系統(tǒng)，包括控制器、電機(jī)驅(qū)動器、電機(jī)和脈沖濾波系統(tǒng)，所述控制器、脈沖濾波系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動器和電機(jī)依次連接。
[0015]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)、脈沖濾波方法及其控制系統(tǒng)。其中，脈沖濾波系統(tǒng)包括計(jì)數(shù)模塊、曲線設(shè)計(jì)模塊和數(shù)字式頻率發(fā)生器，由計(jì)數(shù)模塊緩存控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖，記錄未發(fā)出的脈沖數(shù)量；由曲線設(shè)計(jì)模塊根據(jù)濾波參數(shù)、預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速變化曲線和未發(fā)出的脈沖數(shù)量生成發(fā)出脈沖的速度信息，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化連續(xù)；并由數(shù)字式頻率發(fā)生器根據(jù)曲線設(shè)計(jì)模塊給定的脈沖頻率輸出脈沖信號、并根據(jù)緩存的脈沖方向輸出方向信號，精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速平滑變化，從而使電機(jī)的速度為會突變，使電機(jī)運(yùn)行平衡，振動更小。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)中計(jì)數(shù)模塊的電路圖。
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)中曲線設(shè)計(jì)模塊的電路圖。
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)中數(shù)字式頻率發(fā)生器的電路圖。
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)的濾波效果示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的脈沖濾波方法的流程圖。
[0022]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)、脈沖濾波方法及其控制系統(tǒng)。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]請參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)使用硬件邏輯方法(如現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA)通過對脈沖序列的緩存，按照設(shè)定的模式再產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖系列，來達(dá)到頻率平滑的效果。通過本發(fā)明的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)調(diào)節(jié)濾波參數(shù)使輸出脈沖序列的變化規(guī)率，從而在快速性和平滑性之間進(jìn)行協(xié)調(diào)。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例中，所述的脈沖濾波系統(tǒng)包括計(jì)數(shù)模塊10、曲線設(shè)計(jì)模塊20和數(shù)字式頻率發(fā)生器30，計(jì)數(shù)模塊10、曲線設(shè)計(jì)模塊20和數(shù)字式頻率發(fā)生器30依次連接。由計(jì)數(shù)模塊10緩存控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的脈沖，記錄未發(fā)出的脈沖數(shù)量；由曲線設(shè)計(jì)模塊20根據(jù)濾波參數(shù)、預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速變化曲線和未發(fā)出的脈沖數(shù)量產(chǎn)生出當(dāng)前脈沖的頻率；使最終輸出的脈沖序列符合預(yù)設(shè)的變化曲線，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化連續(xù)；并由數(shù)字式頻率發(fā)生器30根據(jù)曲線設(shè)計(jì)模塊20給定的當(dāng)前脈沖頻率輸出脈沖信號、并根據(jù)緩存的脈沖方向輸出方向信號，精確控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速平滑變化，從而使電機(jī)的速度為會突變，使電機(jī)運(yùn)行平衡，振動更小。
[0026]其中，所述計(jì)數(shù)模塊10緩存的信息包括電機(jī)的速度信息和位置信息等，主要用于完成脈沖的緩沖，對輸入的脈沖進(jìn)行加計(jì)數(shù)，對輸出的脈沖進(jìn)行減計(jì)數(shù)，并記錄還有多少個脈沖沒有發(fā)出去。
[0027]請一并參閱圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例提供的電機(jī)的脈沖濾波系統(tǒng)中計(jì)數(shù)模塊的電路圖。所述計(jì)數(shù)模塊10包括:第一加法器lpm_add_sub2、選擇器21mux、2_4譯碼器24dmux、非門not、或門or2和第一 D角蟲發(fā)器dffel。
[0028]所述2-4譯碼器24dmux根據(jù)輸入脈沖和輸出脈沖是否有效輸出對應(yīng)的控制信號