專(zhuān)利名稱(chēng)：一種四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及超聲成像設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四維超聲探 頭電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在超聲成像系統(tǒng)中，普通探頭得到的圖像是二維的圖像，如果要得 到四維圖像，就需要使用特殊的超聲探頭一四維超聲探頭。四維超聲探 頭是由普通的超聲換能器加上電機(jī)以及傳動(dòng)裝置構(gòu)成的。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳 動(dòng)裝置使超聲換能器圍繞一個(gè)軸產(chǎn)生擺動(dòng)，在超聲換能器擺動(dòng)的過(guò)程 中，發(fā)射模塊向超聲換能器施加發(fā)射電壓，使之發(fā)出超聲波，該超聲波 在人體內(nèi)傳播時(shí)，會(huì)在體內(nèi)組織間的不均勻面上產(chǎn)生反射，通過(guò)接收這 些反射回波信號(hào)可以探測(cè)人體內(nèi)不均勻組織的分布情況。通過(guò)這些回波 信號(hào)，超聲成像系統(tǒng)可以構(gòu)建出探測(cè)部位的實(shí)時(shí)三維圖像，即四維圖像。 顯然，為了得到準(zhǔn)確的四維圖像，必須準(zhǔn)確地知道超聲換能器發(fā)射和接 收超聲波信號(hào)時(shí)，超聲換能器所處的位置或者說(shuō)超聲換能器所偏移的角 度。在這種情況下，步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)很好的選擇，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī) 的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變 化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線(xiàn) 性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)， 非常適合于需要進(jìn)行電機(jī)速度、位置控制的四維超聲探頭使用。但是由于步進(jìn)電機(jī)安裝在四維超聲探頭內(nèi)部，和超聲換能器空間位 置上很接近，并且步進(jìn)電機(jī)只能使用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，而超聲回波 信號(hào)一般很微弱，很容易受這些電脈沖信號(hào)干擾，影響超聲圖像的成像 質(zhì)量。還有一個(gè)問(wèn)題，由于步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制元件，不存在反饋 環(huán)節(jié)，如果發(fā)生失步(電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)， 稱(chēng)之為失步)，電機(jī)控制器也無(wú)法得知，導(dǎo)致超聲換能器的實(shí)際位置和 理論位置有偏差。最后，步進(jìn)電機(jī)工作過(guò)程中，容易產(chǎn)生振動(dòng)，并發(fā)出 噪音，會(huì)給超聲系統(tǒng)的操作者一種不舒服的感覺(jué)
實(shí)用新型內(nèi)容
.
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種四維超聲探頭電機(jī)控制 系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)的四維超聲探頭使用步進(jìn)電機(jī)，因此無(wú)法通過(guò)電機(jī) 控制系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)控制的缺陷。
本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為 一種四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，包括微處理器、運(yùn)動(dòng)控制器、電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器和編碼器，所述微處理器、所述運(yùn)動(dòng)控制器和所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 依次相連，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)相連，所述編碼器與所述伺服電 機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，所述編碼器的輸出端分別與所述微處理器和所述運(yùn)動(dòng)控 制器相連，所述微處理器向所述運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送控制所述伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng) 的指令，所述編碼器向所述微處理器和所述運(yùn)動(dòng)控制器分別輸出至少一 路檢測(cè)信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)所述指令和所述檢測(cè)信號(hào)向所述電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器輸出控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所述控制信 號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述編碼器輸出第一脈沖 信號(hào)、第二脈沖信號(hào)和第三脈沖信號(hào)，由第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的相位差確定所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由第三脈沖信號(hào)確定所述伺服 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否經(jīng)過(guò)設(shè)定的零點(diǎn)。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述微處理器內(nèi)設(shè)置正交
解碼脈沖電路Q(chēng)EP。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中還包括差分接收器，所述 差分接收器的輸入端連接所述編碼器，其輸出端連接所述微處理器和所 述運(yùn)動(dòng)控制器。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中還包括霍爾電流傳感器和 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述霍爾電流傳感器與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn) 換器與所述微處理器相連。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中還包括隔離器，所述隔離 器分別與所述微處理器、所述運(yùn)動(dòng)控制器、所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和所述差分 接收器相連。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述伺服電機(jī)設(shè)為直流伺 服電機(jī)。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)為H橋 功率放大電路。.
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述H橋功率放大電路的 輸出端連接濾波器。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述編碼器設(shè)為增量式光 電編碼器。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)為增量 式PID運(yùn)動(dòng)控制調(diào)節(jié)器。
所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其中所述隔離器設(shè)為芯片ISO7240,所述H橋功率放大電路設(shè)為芯片A3949。
本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)了對(duì)四維超聲探頭中伺服電機(jī)的閉環(huán)控制，對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制精 確，避免了電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)超聲回波信號(hào)的干擾，當(dāng)使用直流伺服電 機(jī)時(shí)也避免了噪音的產(chǎn)生，同時(shí)也大大減小了電機(jī)震動(dòng)的幾率，是四維 超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)的一大進(jìn)步。


本實(shí)用新型包括如下附圖
圖1為本實(shí)用新型四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型使用的差分接收器示意圖； 圖3為本實(shí)用新型編碼器輸出信號(hào)時(shí)序圖4為本實(shí)用新型增量式PID運(yùn)動(dòng)控制調(diào)節(jié)器計(jì)算模型示意圖5為本實(shí)用新型使用的H橋功率放大電路示意圖6為本實(shí)用新型微處理器主程序流程圖7為本實(shí)用新型微處理器中斷響應(yīng)函數(shù)流程圖。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明 如圖1所示，本實(shí)用新型四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)包括微處理器、 運(yùn)動(dòng)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和編碼器，微處理器、運(yùn)動(dòng)控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器依次相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)相連，編碼器與伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相 連，編碼器的輸出端分別與微處理器和運(yùn)動(dòng)控制器相連，微處理器用于 向運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的指令，編碼器用于向微處理器和 運(yùn)動(dòng)控制器分別輸出至少一路檢測(cè)信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制器用于根據(jù)指令和檢 測(cè)信號(hào)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。
本實(shí)用新型采用微處理器負(fù)責(zé)伺服電機(jī)位置環(huán)的處理，同時(shí)負(fù)責(zé)電 機(jī)的啟動(dòng)、停止以及接收其他應(yīng)用系統(tǒng)的命令，并完成運(yùn)動(dòng)控制器的初 始化。運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部硬件電路完成系統(tǒng)的位置環(huán)、速度環(huán)控制，最終
產(chǎn)生PWM ( Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以完 成對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)控制；采用霍爾傳感器對(duì)電機(jī)電流采樣，以實(shí)現(xiàn) 過(guò)流保護(hù)。系統(tǒng)采用增量式光電編碼器測(cè)量電機(jī)位置和速度信號(hào)，增量 式光電編碼器的輸出經(jīng)過(guò)差分接收器進(jìn)入微處理器和運(yùn)動(dòng)控制器。為了 增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性，采用隔離器將系統(tǒng)的控制部分和功率部分進(jìn)行隔 離。
位置反饋回路
超聲成像系統(tǒng)需要電動(dòng)機(jī)的位置信息以進(jìn)行四維圖像的合成，而且 電機(jī)控制系統(tǒng)也需要準(zhǔn)確得位置信息以進(jìn)行控制電壓的調(diào)整。本系統(tǒng)的 位置檢測(cè)器采用增量式光電編碼器，輸出的A+、 A- 、 B+、 B-、 Z+、 Z-六路差分信號(hào)，如圖2所示，為了進(jìn)一步消除干擾，在輸入端每根線(xiàn) 上都加上一個(gè)濾波電容，在兩根差分的信號(hào)線(xiàn)之間接一個(gè)用于線(xiàn)路阻抗 匹配的電阻，以減小高頻數(shù)字信號(hào)引起的反射噪聲。然后，送入差分接 收器，最后輸出有關(guān)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、原點(diǎn)位置及相對(duì)角位移的數(shù)字信號(hào)A、 B、 Z。 A、 B、 Z的信號(hào)時(shí)序圖如圖3所示。A、 B信號(hào)是2個(gè)互差90 度的脈沖序列，從A、 B信號(hào)的相位差可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，即Dir 的值。從A、 B信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，進(jìn)而按照公 式1計(jì)算出轉(zhuǎn)動(dòng)速度。從Z信號(hào)可以得到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)是否經(jīng)過(guò)零點(diǎn)。
式中，v表示速度，單位為脈沖數(shù)/秒；x表示位置，單位為脈沖數(shù)，r表示固定的采樣周期，單位為秒；A:表示離散的時(shí)間序列。公式l表 示一個(gè)采樣周期內(nèi)光電編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)與采樣周期的比值，就是該 采樣周期內(nèi)的平均速度。
A、 B、 Z三個(gè)信號(hào)輸入到運(yùn)動(dòng)控制器，使其獲得位置反饋信號(hào)，得 以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服直流電機(jī)的閉環(huán)控制。同時(shí)，還將位置反饋信號(hào)送入微處 理器中進(jìn)行后處理，以得到超聲換能器的擺動(dòng)位置信息。很多微處理器 中實(shí)現(xiàn)了正交解碼脈沖電路(Quadrature Encoder Pulse， QEP電路)，例如 TMS320F2407A的事件管理模塊中就具有正交解碼脈沖電路。當(dāng)QEP 電路被使能時(shí)，會(huì)對(duì)引腳QEP1和QEP2上的正交編碼輸入脈沖進(jìn)行解 碼和計(jì)數(shù)。這樣對(duì)位置的檢測(cè)不需要其他外圍電路，電路簡(jiǎn)單可靠。從 上述可以看出，位置環(huán)的有關(guān)硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠。
伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制
作為位置伺服系統(tǒng)，在定位控制中，必須保證以下3個(gè)方面的要求 定位精度，要求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零；定位速度，要求系統(tǒng)有盡可能高的 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度；要求系統(tǒng)位置響應(yīng)無(wú)超調(diào)。本系統(tǒng)中，采用增量式PID 運(yùn)動(dòng)控制調(diào)節(jié)器按照給定變化進(jìn)行控制，當(dāng)給定的變化出現(xiàn)時(shí)，調(diào)節(jié) 器立刻根據(jù)其性質(zhì)和大小對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行控制，使被控量能及時(shí)跟隨給 定值的變化，大大減小控制的滯后。增量式PID是由PID算法演變而來(lái) 的，PID的基本算式如公式2所示
公式2
式中，"O為調(diào)節(jié)器輸入函數(shù)，即給定量與輸出量的偏差；y為調(diào)節(jié)
器輸出函數(shù)，」&為比例系數(shù)；i;為積分時(shí)間常數(shù)；&為微分時(shí)間常數(shù)。
其中，第一項(xiàng)是比例項(xiàng)，提供一個(gè)與位置誤差成比例的電壓。第二項(xiàng)是 積分項(xiàng)，提供一個(gè)隨時(shí)間增長(zhǎng)的電壓，這樣才能確保靜態(tài)位置誤差為零。即使有一個(gè)持續(xù)的扭矩，最終電機(jī)仍能實(shí)現(xiàn)零誤差。第三項(xiàng)是微分項(xiàng)， 提供一個(gè)與誤差變化速率成比例的電壓，預(yù)測(cè)誤差的變化。
經(jīng)將連續(xù)形式的微分方程(公式2)變換為離散形式的差分方程，即
PID控制規(guī)律的離散化形式
7, /=0 7
公式3
式中，"W為采樣時(shí)刻A時(shí)的輸出值，e 為采樣時(shí)&時(shí)的偏差值， ef^-W為采樣時(shí)刻^-7時(shí)的偏差值，r為采樣周期。該式對(duì)應(yīng)于被控對(duì)象 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次采樣時(shí)刻應(yīng)達(dá)到的位置，因此稱(chēng)為PID位置控制算式。 式中輸出值"^與過(guò)去所有狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要占用大量的內(nèi)存和花費(fèi) 大量的時(shí)間。為避免此情況，故需采用增量型控制，即輸出量是兩個(gè)采 樣周期之間輸出增量A"^)。 PID增量式控制算式為
= — -1)
=& j - * -1) + * +爭(zhēng)[ ) - 2e(" 1) ++ 2)]
公式4
為加快計(jì)算速度，可將上式進(jìn)行算式簡(jiǎn)化合并整理為 = + W(A -1)
=— 1) + ii:J 一 一 1) + ; + , - 2e(A: -1) + e(A + 2)]
，r L
7: r
之J"
啾-l) + 、爭(zhēng)e("2)
=— 1) + a。e(A:) — cr,e(A; — 1) + a2e(& _ 2)
公式5
式中，系數(shù)"。、"/、化可先進(jìn)行計(jì)算，然后代入再進(jìn)行程序運(yùn)算。電 機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制都是在運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部完成的，運(yùn)動(dòng)控制器主要實(shí)現(xiàn)一個(gè) 增量式PID運(yùn)動(dòng)控制調(diào)節(jié)器，其計(jì)算模型如圖4所示。保護(hù)隔離電路
保護(hù)電路主要是為了防止電機(jī)的電流過(guò)載而導(dǎo)致電機(jī)燒毀。電流測(cè)
量采用霍爾電流傳感器(Hall Current sensor)。當(dāng)電流流經(jīng)霍爾電流傳感 器時(shí)，霍爾電流傳感器就輸出一個(gè)與電流值成正比的電壓。而由于不需 要在電流路徑上串聯(lián)取樣電阻，也就不會(huì)使電源電壓發(fā)生變化。使用霍 爾電流傳感器還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，由于這種測(cè)量方式是非接觸式的，使得測(cè) 量者與被測(cè)量對(duì)象是隔離的，可以將功率部分與控制部分隔離開(kāi)來(lái)，以 免電機(jī)電源部分對(duì)數(shù)字電源部分的工作有影響?；魻栯娏鱾鞲衅鞯妮敵?通過(guò)ADC (Analog Digital Converter)到微處理器，由微處理器判斷是 否電機(jī)的電流是否超過(guò)上限，如果超過(guò)限制，則使Mode信號(hào)有效，使 電機(jī)降速；如果將電機(jī)降速后，電流還是超過(guò)限制，則使Sleep信號(hào)有 效，關(guān)閉電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
為防止功率部分對(duì)控制部分產(chǎn)生干擾，必須將兩個(gè)部分進(jìn)行電氣隔 離，保護(hù)微處理器和運(yùn)動(dòng)控制器并減少功率部分干擾。由于需要隔離的 7個(gè)信號(hào)Mode、 Sleep、 PWMSGN、 PWMMAG、 A、 B、 Z都是數(shù)字 信號(hào)，而且都是單向傳輸，這種情況下隔離就比較簡(jiǎn)單，本實(shí)用新型使 用集成隔離芯片ISO7240進(jìn)行隔離。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與輸出濾波
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用H橋功率放大電路，該電路能將輸入的PWMSGN、 PWMMAG信號(hào)轉(zhuǎn)為能驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)的功率信號(hào)。由于四維超聲探頭 使用的電機(jī)功率不大，目前已經(jīng)有很多集成的H橋功率放大電路，如 A3949。以電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片為核心，只要增加少量無(wú)源器件即可實(shí)現(xiàn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖5所示，外圍只需要幾個(gè)電容。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 內(nèi)部集成了控制邏輯，只要向PHASE和ENABLE引腳施加PWMMAG和PWMSGN控制信號(hào)，控制邏輯對(duì)其進(jìn)行邏輯運(yùn)算后驅(qū)動(dòng)H橋，即可 控制直流電機(jī)的速度和方向，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)。同時(shí)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)芯片整合了低導(dǎo)通電阻的DMOS輸出與內(nèi)部同步校正控制，從而更加 降低了功率損耗。
為了減少電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的EMI (Electro Magnetic Interference， 電 磁干擾)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端接上濾波器，如圖5所示，這樣能 夠有效地減少EMI。
微處理器
微處理器的作用主要有三個(gè)-
1、 初始化運(yùn)動(dòng)控制器，并適時(shí)更新運(yùn)動(dòng)控制器的參數(shù)；
2、 讀取當(dāng)前電機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置；
3、 檢測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，是否過(guò)載。 微處理器與運(yùn)動(dòng)控制器的連接如圖1所示。微處理器的8位數(shù)據(jù)線(xiàn)
與運(yùn)動(dòng)控制器的8位并行數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，將運(yùn)動(dòng)控制器作為微處理器的外 圍接口擴(kuò)展芯片，CS、 RD、 WR作為它的片選、寫(xiě)、讀信號(hào)。另外， PS作為命令和數(shù)據(jù)的區(qū)分信號(hào)；RST為運(yùn)動(dòng)控制器的復(fù)位信號(hào)；CLK 是運(yùn)動(dòng)控制器的工作時(shí)鐘，也有微處理器提供，這樣就能控制運(yùn)動(dòng)控制 器的工作，當(dāng)CLK無(wú)效時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制器就不工作。HI是運(yùn)動(dòng)控制器輸 出的，用于指示運(yùn)動(dòng)控制器是否完成了預(yù)設(shè)的位置運(yùn)動(dòng)控制，這樣可以 提示微處理器更新運(yùn)動(dòng)控制器的位置參數(shù)，以進(jìn)行新的位置控制。在電 動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，微處理器要實(shí)時(shí)訪(fǎng)問(wèn)運(yùn)動(dòng)控制器的寄存器并進(jìn)行配 置，因此它們之間的通信對(duì)可靠性和快速性的要求就比較高。本實(shí)用新 型采用并口方式，實(shí)現(xiàn)微處理器與運(yùn)動(dòng)控制器的準(zhǔn)確、可靠通信。
如圖1所示，微處理器還有兩條信號(hào)線(xiàn)Mode、 Sleep直接到電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器，用于緊急情況下，使電機(jī)降速或關(guān)閉電機(jī)。如圖1所示，微處理器接收A、 B、 Z三個(gè)信號(hào)，用于內(nèi)部計(jì)算電 機(jī)的位置，為四維超聲圖像的合成提供位置參數(shù)。
如圖1所示，微處理器還檢測(cè)電機(jī)的工作電流，以確保電機(jī)工作在 正常狀態(tài)下。
微處理器運(yùn)行的主程序的流程圖如圖6所示。主程序主要負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng) 控制器的初始化、參數(shù)的更新、以及運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部故障的檢査。由于 四維超聲探頭需要電機(jī)做往復(fù)擺動(dòng)，我們希望電機(jī)完成了本次運(yùn)動(dòng)控制 后，到開(kāi)始下次運(yùn)動(dòng)控制時(shí)所等待的時(shí)間越短越好。因此在運(yùn)動(dòng)控制器 中，采用雙緩沖寄存器，即有兩組相同的寄存器用于實(shí)現(xiàn)相同的功能， 但是每次只有一組寄存器內(nèi)的參數(shù)用于運(yùn)動(dòng)控制。這樣，可以將一組控 制參數(shù)寫(xiě)入第一寄存器組，然后啟動(dòng)'啟用新參數(shù)'的命令，則運(yùn)動(dòng)控制 器自動(dòng)將第一寄存器組的參數(shù)轉(zhuǎn)移到第二寄存器組，并立即開(kāi)始運(yùn)動(dòng)控 制。此時(shí)，可以將另一組新的控制參數(shù)再寫(xiě)入第一寄存器組，但是不發(fā) 送'啟用新參數(shù)'的命令，直到確認(rèn)運(yùn)動(dòng)控制器已經(jīng)完成當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)控制， 當(dāng)前的控制參數(shù)已經(jīng)失效，再發(fā)送'啟用新參數(shù)，，啟用新的控制參數(shù)， 這樣就可以減少電機(jī)停頓的時(shí)間。
圖7所示的程序是微處理器定時(shí)中斷響應(yīng)函數(shù)，當(dāng)定時(shí)器的定時(shí)到， 本程序被微處理器執(zhí)行，完成電機(jī)位置的采集以及電機(jī)電流的檢測(cè)，并 判斷電機(jī)是否過(guò)載。
本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和精神，可以有多種變形 方案實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，以上所述僅為本實(shí)用新型較佳可行的實(shí)施例而 已，并非因此局限本實(shí)用新型的權(quán)利范圍，凡運(yùn)用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及 附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含于本實(shí)用新型的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于包括微處理器、運(yùn)動(dòng)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和編碼器，所述微處理器、所述運(yùn)動(dòng)控制器和所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器依次相連，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)相連，所述編碼器與所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，所述編碼器的輸出端分別與所述微處理器和所述運(yùn)動(dòng)控制器相連，所述微處理器向所述運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送控制所述伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的指令，所述編碼器向所述微處理器和所述運(yùn)動(dòng)控制器分別輸出至少一路檢測(cè)信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)所述指令和所述檢測(cè)信號(hào)向所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述編碼器輸出第一脈沖信號(hào)、第二脈沖信號(hào)和第三脈沖信號(hào)，由 第一脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)的相位差確定所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 由第三脈沖信號(hào)確定所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是否經(jīng)過(guò)設(shè)定的零點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述微處理器內(nèi)設(shè)置正交解碼脈沖電路Q(chēng)EP。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于還包括差分接收器，所述差分接收器的輸入端連接所述編碼器，其 輸出端連接所述微處理器和所述運(yùn)動(dòng)控制器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于還包括霍爾電流傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述霍爾電流傳感器與所述 模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述微處理器相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于還包括隔離器，所述隔離器分別與所述微處理器、所述運(yùn)動(dòng)控制器、 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和所述差分接收器相連。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述伺服電機(jī)設(shè)為直流伺服電機(jī)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)為H橋功率放大電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述H橋功率放大電路的輸出端連接濾波器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述編碼器設(shè)為增量式光電編碼器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求io所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)為增量式PID運(yùn)動(dòng)控制調(diào)節(jié)器。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在 于所述隔離器設(shè)為芯片ISO7240,所述H橋功率放大電路設(shè)為芯片 A3949。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種四維超聲探頭電機(jī)控制系統(tǒng)，包括微處理器、運(yùn)動(dòng)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和編碼器，所述微處理器、所述運(yùn)動(dòng)控制器和所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器依次相連，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)相連，所述編碼器與所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連，所述編碼器的輸出端分別與所述微處理器和所述運(yùn)動(dòng)控制器相連，所述微處理器向所述運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送控制所述伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的指令，所述編碼器向所述微處理器和所述運(yùn)動(dòng)控制器分別輸出至少一路檢測(cè)信號(hào)，所述運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)所述指令和所述檢測(cè)信號(hào)向所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)所述控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)。
文檔編號(hào)H02H7/08GK201355804SQ20092012958
公開(kāi)日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者海 蘭, 李春彬, 蔣頌平 申請(qǐng)人:深圳市藍(lán)韻實(shí)業(yè)有限公司