一種atm循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種用于ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)中的空心杯直流無(wú)刷電機(jī)的控制方法及控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]ATM循環(huán)機(jī)芯的鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)選用空心杯直流無(wú)刷電機(jī)作為動(dòng)力，主要是基于結(jié)構(gòu)安裝空間限制考慮，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和測(cè)算，鈔票分離的可靠扭矩要求達(dá)到600mNm，能滿足這種輸出力矩步進(jìn)電機(jī)安裝尺寸上就達(dá)不到鈔箱機(jī)構(gòu)安裝空間狹小的要求，所以必選擇其他類型的電機(jī)，評(píng)估了普通的碳刷直流電機(jī)也達(dá)不到安裝尺寸的要求。
[0003]空心杯電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)，節(jié)能特性:能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到90%以上(鐵芯電動(dòng)機(jī)一般在70%);控制特性:起動(dòng)、制動(dòng)迅速，響應(yīng)極快，機(jī)械時(shí)間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可以達(dá)到10毫秒以內(nèi)(鐵芯電動(dòng)機(jī)一般在100毫秒以上)；在推薦運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以方便地對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行靈敏的調(diào)節(jié)；拖動(dòng)特性:運(yùn)行穩(wěn)定性十分可靠，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)很小，作為微型電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速波動(dòng)能夠容易的控制在2%以內(nèi)。
[0004]另外，空心杯電動(dòng)機(jī)的能量密度大幅度提高，與同等功率的鐵芯電動(dòng)機(jī)相比，其重量、體積減輕1/3-1/2，所以說(shuō)空心杯電機(jī)代表了電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。
[0005]空心杯直流無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用于ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)內(nèi)，主要提供給鈔票分離的動(dòng)力。在實(shí)際的應(yīng)用開發(fā)過(guò)程中，有不同檔位速度運(yùn)行要求，比如用于分離鈔票動(dòng)作的高速運(yùn)行(入鈔10圈/S，出鈔8圈/S)，用于出鈔或入鈔前初始化動(dòng)作的低速運(yùn)行(1-2圈/s)，后者主要主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)分鈔機(jī)構(gòu)內(nèi)舌片對(duì)位和橡膠輪對(duì)位動(dòng)作，由于電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子慣性的原因，往往會(huì)導(dǎo)致分離軸翼輪的光電檢測(cè)有過(guò)沖的現(xiàn)象，即使控制上雙橋驅(qū)動(dòng)芯片使用剎車功能，只能減少翼輪過(guò)沖的行程，同時(shí)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)裝配摩擦負(fù)載的差異性，過(guò)沖的角度量因?yàn)殁n箱不同而不同，所以在這種情況下就不能有效的控制翼輪對(duì)位的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的針對(duì)目前空心杯直流無(wú)刷電機(jī)應(yīng)用于ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)內(nèi)不能有效的控制翼輪對(duì)位的精度的不足，提供一種ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制系統(tǒng)及控制方法。
[0007]本發(fā)明為達(dá)到其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是:一種ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制系統(tǒng)，包括PWM發(fā)生器，所述的PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號(hào)輸入到H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，還包括控制所述的PWM發(fā)生器產(chǎn)生的PWM的占空比的占空比控制器；所述的占空比控制器包括實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊、PWM占空比增減量設(shè)定模塊、初始占空比設(shè)定模塊，實(shí)時(shí)PWM占空比設(shè)定模塊；所述的PWM占空比增減量設(shè)定模塊中按順序存儲(chǔ)有所有的PWM發(fā)生器的PWM占空比的選項(xiàng)；所述的初始占空比設(shè)定模塊設(shè)定所述的PWM發(fā)生器所產(chǎn)生的PWM信號(hào)的初始占空比；所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；所述的目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊設(shè)置電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；所述的實(shí)時(shí)占空比設(shè)定模塊通過(guò)比較實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，若實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速小于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則從所述的PWM占空比增減量設(shè)定模塊選擇較小的PWM占空比選項(xiàng)；否則從所述的PWM占空比增減量設(shè)定模塊中選擇較大的PWM占空比選項(xiàng)。
[0008]本發(fā)明中利用一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)與目標(biāo)速度比較，對(duì)PWM信號(hào)的占空比進(jìn)行設(shè)定，可以很快使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
[0009]進(jìn)一步的，上述的ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制系統(tǒng)中:所述的電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器包括紅外槽型傳感器和柵格光柵碼盤；所述的柵格光柵碼盤與所述的電機(jī)輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，為72柵格光柵碼盤，所述的紅外槽型傳感器輸出是光柵碼盤每個(gè)柵格所經(jīng)歷的時(shí)鐘數(shù)。
[0010]這樣只要計(jì)算紅外槽型傳感器兩個(gè)上升沿之間的時(shí)鐘數(shù)就可以獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算方便簡(jiǎn)潔。
[0011]進(jìn)一步的，上述的ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制系統(tǒng)中:所述的電機(jī)為空心杯直流無(wú)刷電機(jī)。
[0012]本發(fā)明還提供了一種ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制方法，利用加入到電機(jī)H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的PWM信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，電機(jī)帶動(dòng)ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱的分鈔輪和分離輪旋轉(zhuǎn)，在分鈔輪上設(shè)置橡膠作為摩擦部摩擦鈔票帶動(dòng)鈔票進(jìn)箱和出箱，與分離輪同軸舌片對(duì)進(jìn)入到鈔箱堆疊的鈔票進(jìn)行拍打，使進(jìn)入到鈔箱的鈔票擺放整齊；利用固定在分離軸上的72柵格光柵碼盤，配合槽型光電傳感器檢測(cè)分離軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)位情況，所述的72柵格光柵碼盤的缺角和橡膠或舌片形成固定相位差，控制過(guò)程包括以下步驟:
當(dāng)鈔票從上部通道進(jìn)入鈔箱時(shí)，控制電機(jī)帶動(dòng)分離軸以低速轉(zhuǎn)動(dòng)I個(gè)無(wú)固定角度，使舌片剛好隱藏；然后電機(jī)以正常轉(zhuǎn)速進(jìn)入正式接鈔階段；
當(dāng)鈔票從鈔箱出來(lái)進(jìn)入上部通道時(shí)，控制電機(jī)帶動(dòng)分鈔軸以低速轉(zhuǎn)動(dòng)I個(gè)無(wú)固定角度，使橡膠剛好正對(duì)鈔箱內(nèi)部當(dāng)前鈔票；然后電機(jī)以正常轉(zhuǎn)速進(jìn)入正式的出鈔階段。
[0013]進(jìn)一步的，上述的的ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制方法中:所述的舌片剛好隱藏、橡膠剛好正對(duì)鈔箱內(nèi)部當(dāng)前鈔票的動(dòng)作通過(guò)72柵格光柵碼盤檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0014]進(jìn)一步的，上述的的ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制方法中:對(duì)電機(jī)低轉(zhuǎn)速或者正常轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)改變PWM信號(hào)的占空比使電機(jī)轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定的，包括以下步驟:
步驟A、設(shè)定一個(gè)初始的占空比的PWM信號(hào)，輸入到H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
步驟B、檢測(cè)電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；
步驟C、比較電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如果實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速大于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則按照預(yù)定的步伐減小PWM信號(hào)的占空比，轉(zhuǎn)向步驟B，如果實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速小于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則按照預(yù)定的步伐增加PWM信號(hào)的占空比，轉(zhuǎn)向步驟B。
[0015]進(jìn)一步的，上述的的ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制方法中:所述的步驟B中檢測(cè)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速是通過(guò)槽型光電傳感器檢測(cè)翼輪光柵，對(duì)光柵柵格進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)表示的，利用計(jì)算兩個(gè)光柵的上升沿之間的采樣時(shí)鐘個(gè)數(shù)來(lái)表示電機(jī)轉(zhuǎn)速的。
[0016]進(jìn)一步的，上述的的ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制方法中:在檢測(cè)光柵的上升沿時(shí)，若超過(guò)設(shè)定時(shí)間，還未檢測(cè)到光柵的上升沿，則結(jié)束本次檢測(cè)，設(shè)定一個(gè)低速值為本次檢測(cè)的電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。
[0017]進(jìn)一步的，上述的的ATM循環(huán)機(jī)芯鈔箱分鈔機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制方法中:控制電機(jī)帶動(dòng)分離軸以低速轉(zhuǎn)動(dòng)I個(gè)無(wú)固定角度時(shí)的轉(zhuǎn)速為走鈔速度是1.4張鈔票時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)以正常轉(zhuǎn)速進(jìn)入正式接鈔階段的走鈔速度為每秒8張鈔票時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速；電機(jī)以正常轉(zhuǎn)速進(jìn)入正式的出鈔階段的走鈔速度為每秒10張鈔票時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0018]下面對(duì)比附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1、本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0020]圖2、本發(fā)明實(shí)施例直流電機(jī)PWM脈寬調(diào)制控制系統(tǒng)框圖。
[0021]圖3、本發(fā)明分鈔機(jī)構(gòu)機(jī)械原理圖。
[0022]圖4、本發(fā)明實(shí)施例的PWM狀態(tài)處理流程圖(一)。
[0023]圖5、本發(fā)明實(shí)施例的PWM狀態(tài)處理流程圖(二)。
[0024]圖6、為使用了本發(fā)明的控制方法后電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1，本實(shí)施例是一種對(duì)ATM機(jī)中循環(huán)機(jī)芯的電機(jī)進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)，如圖1所示，本控制系統(tǒng)包括PWM發(fā)生器，PWM發(fā)生器產(chǎn)生PWM信號(hào)輸入到H橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，還包括控制PWM發(fā)生器產(chǎn)生的PWM的占空比的占空比控制器；占空比控制器包括實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊、PWM占空比增減量設(shè)定模塊、初始占空比設(shè)定模塊，實(shí)時(shí)PWM占空比設(shè)定模塊；其中除電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器外，其它模塊可以采用一塊FPGA芯片實(shí)現(xiàn)，在FPGA芯片中，通過(guò)接收作為電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的光電傳感器的實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以產(chǎn)生控制PWM發(fā)生器的P麗信號(hào)占空比，控制PWM發(fā)生器。
[0026]電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器如圖2所示，它是由紅外槽傳感器2和72柵格光柵碼盤I組成的整流速度反饋器，72柵格光柵碼盤I與電機(jī)轉(zhuǎn)速隨動(dòng)，電機(jī)工作時(shí)，它隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，紅外槽傳感器2將輸出脈沖信號(hào)，兩個(gè)脈沖信號(hào)上升沿或者下降沿之間的時(shí)間就是一個(gè)柵格的時(shí)間，本實(shí)施例中，可以用時(shí)鐘個(gè)數(shù)來(lái)確定時(shí)間長(zhǎng)短，如果兩個(gè)脈沖信號(hào)上升沿之間的時(shí)鐘個(gè)數(shù)多則表明轉(zhuǎn)速較慢，如果兩個(gè)脈沖信號(hào)上升沿之間的時(shí)鐘個(gè)數(shù)少則表明轉(zhuǎn)速較快。
[0027]本實(shí)施例的FPGA芯片中，PWM占空比增減量設(shè)定模塊中按順序存儲(chǔ)有所有的PWM發(fā)生器的PWM占空比的選項(xiàng)；初始占空比設(shè)定模塊設(shè)定PWM發(fā)生器所產(chǎn)生的PWM信號(hào)的初始占空比；電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速；目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊設(shè)置電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速；實(shí)時(shí)占空比設(shè)定模塊通過(guò)比較實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速，若實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速小于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，則從PWM占空比增減量設(shè)定模塊選擇較小的PWM占空比選項(xiàng)；否則從PWM占空比增減量設(shè)定模塊中選擇較大的PWM占空比選項(xiàng)。
[0028]直流電機(jī)脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)是一種比較常用的技術(shù)，本實(shí)施例中采用PWM調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)空心杯電機(jī)恒定速度控制和不同檔位速度的可調(diào)，硬件組成資源和功能如下:
1)、紅外槽型傳感器2和72柵格光柵碼盤2組成速度反饋；
2)、FPGA采集紅外光電跳變信號(hào)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速；
3)、FPGA輸出2相邏輯控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)通用H橋型馬達(dá)驅(qū)器件(A4950);
4)、2相邏輯控制信號(hào)邏輯組合可實(shí)現(xiàn)馬達(dá)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、快速停止功能；如圖2所不O
[0029]鈔箱分鈔電機(jī)采用高性能定制型空心杯直流電機(jī)，具有轉(zhuǎn)換效率高，功率大，響應(yīng)快等特點(diǎn)，高頻率的PWM波形對(duì)直流電機(jī)工作的穩(wěn)定起著極其重要作用，特別在負(fù)載變化量大的調(diào)速系統(tǒng)中體現(xiàn)的優(yōu)越性極其明顯，頻率越高運(yùn)行越平穩(wěn)。根據(jù)電機(jī)廠商提供參數(shù)，為避免共振，電壓調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式合理的PWM調(diào)制頻率是在20K-25K之間，電機(jī)速度的調(diào)整實(shí)際是對(duì)PWM波形輸出占空比的調(diào)節(jié)。
[0030]當(dāng)電機(jī)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)單個(gè)光柵信號(hào)來(lái)計(jì)算電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速值，同時(shí)與目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定模塊設(shè)置電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，本實(shí)施例中，PWM占空比增減量設(shè)定模塊設(shè)定2檔增減量，也就是對(duì)應(yīng)2個(gè)區(qū)間的偏差值，比較結(jié)果決定PW