一种基于WIFI的管状电机集群同步系统及其同步控制方法与流程

一种基于wifi的管状电机集群同步系统及其同步控制方法
技术领域
1.本发明属于智能装备技术领域，具体涉及一种基于wifi的管状电机集群同步系统及其同步控制方法。


背景技术：

2.随着工业技术的发展，多电机控制广泛应用于智能机器人、窗帘、自动装配流水线等场合。但现有的多电机控制存在一定的缺陷，主要有以下几个方面：其一，早期的同步控制以机械连接方式为主，包括齿轮啮合、传动杆等方式，物理上的连接较为简单，但存在同步精度低、机械结构易磨损、受限于空间结构与距离等问题。其二：采用控制算法控制多电机集群工作是，同步工作效果不佳。其三：交叉耦合的控制方法最多控制2台电机同步，但是面对多态电机集群控制就无法使用。


技术实现要素：

3.针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于wifi的管状电机集群同步系统及其同步控制方法，用来实现管状电机群同步工作。
4.为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，一种基于wifi的管状电机集群同步系统，包括控制器和管状电机集群，所述控制器包括控制器wifi通信模块、控制器微型wifi天线、以太网收发模块、rj45网络接口、主微处理器、其中控制器微型wifi天线与控制器wifi通信模块相连、控制器wifi通信模块与主微处理器相连，主微处理器的以太网接口与以太网收发模块相连，以太网收发模块与rj45网络接口相连；所述控制器wifi通信模块提供多个无线逻辑网段，所述无线逻辑网段的标识以广播方式发送，每个无线逻辑网络可接入多个管状电机的无线终端信号；所述管状电机集群中的各管状电机均内置微型无刷直流电机、驱动器、减速机构、嵌入式微处理器模块、电机wifi通信模块、电机微型wifi天线，所述微型无刷直流电机的轴与减速机构相连，嵌入式微处理器模块与驱动器相连，微型无刷直流电机接有霍尔传感器，嵌入式微处理器模块接收霍尔传感器的输出脉冲，用以检测微型无刷直流电机的速度和转角位置；电机wifi通信模块与嵌入式微处理器相连，电机微型wifi天线与电机wifi通信模块相连；电机wifi通信模块工作于sta模式，成为无线逻辑网段中的接入设备。
5.作为本发明的一种优选方案，所述控制器中主微处理器为esp32-c6，所述控制器微型wifi天线为esp32-c6内置，所述以太网收发模块为lan8720a，所述rj45网络接口用做为以太网接口。
6.作为本发明的一种优选方案，所述控制器的以太网接口接口具有一个固定的内部ip地址，其外部ip地址是通过其所连外网动态分配的；在所述无线逻辑网段连接的管状电机的ip地址，通过控制器动态分配。
7.作为本发明的一种优选方案，所述主微处理器的存储器内设有已经接入的管状电
机的ip地址列表。
8.上述一种基于wifi的管状电机集群同步系统的同步控制方法，包括以下步骤，s1:控制器定时向管状电机集群中所有管状电机广播发出带有时间戳的请求报文；s2: 管状电机集群中的每个管状电机收到请求报文后，把管状电机内微型无刷直流电机的当前速度和转角位置以及收到的时间戳打包成报文，回发给控制器；s3:控制器收到各个管状电机的报文后，根据收到的各个管状电机的速度，计算总的平均速度，再根据总的平均速度，计算各个管状电机的速度偏差；s4:控制器根据各个管状电机的速度偏差分别向各个电机发出速度调节指令报文。
9.作为本发明的一种优选方案，步骤s2中，获取管状电机内微型无刷直流电机的当前速度和转角位置信息的步骤如下，s2.1，对于霍尔传感器的三路输出脉冲信号进行同步和六倍频处理，得到分辨率是原始霍尔传感器分辨率六倍的脉冲序列；s2.2，通过测量所述六倍频脉冲的频率来测得电机转速，通过计数脉冲个数来测量电机的转角位置。
10.作为本发明的一种优选方案，所述霍尔传感器的三路输出脉冲信号测得的管状电机内微型无刷直流电机的速度信号用做其速度控制的反馈信号，霍尔传感器的三路输出脉冲信号测得的微型无刷直流电机的转角位置信号用做其位置控制的反馈信号。
11.作为本发明的一种优选方案，微型无刷直流电机的位置控制和速度控制均采用闭环的方式实现的，速度控制闭环是内环，位置控制闭环是外环，速度控制器采用比例积分控制算法，位置控制器采用比例算法。
12.作为本发明的一种优选方案，微型无刷直流电机的位置控制和速度控制均采用闭环的方式实现的，速度控制闭环是内环，位置控制闭环是外环，速度控制器采用比例积分控制算法，位置控制器采用比例算法。
13.本发明的有益效果是，基于wifi实现管状电机的集群同步控制，有效解决在集群控制中因电机不同步问题而产生的误差问题。
附图说明
14.图1是管状电机单元的剖视图。
15.图2是集群控制器示意图。
16.图3是集群同步控制的流程图。
17.图4是微型无刷直流电机内外环控制的示意图。
18.附图标记：减速机构1，微型无刷直流电机2，驱动器3，嵌入式微处理器模块4，微型wifi模块5，微型wifi天线6。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明进行进一步描述。
20.一种基于wifi的管状电机集群同步系统，包括控制器和管状电机集群，管状电机
集群内包含有多个管状电机单元，通过控制器对管状电机集群内的各个管状电机单元进行控制，实现每个管状电机单元同步运转。
21.控制器包括控制器wifi通信模块、控制器微型wifi天线、以太网收发模块、rj45网络接口、主微处理器，其中控制器微型wifi天线与控制器wifi通信模块相连，控制器wifi通信模块与主微处理器相连，主微处理器的以太网接口与以太网收发模块相连，以太网收发模块与rj45网络接口相连；所述控制器wifi通信模块工作于ap模式，提供了wifi接入点，控制器wifi通信模块在其信号可达区域内，提供多个无线逻辑网络，本实施例中，控制器wifi通信模块产生16个无线逻辑网络，16个无线逻辑网络的网络标识（ssid1至ssid16）都是以广播方式发送的，所对应的逻辑网络可接入多个管状电机单元的无线终端信号，从而保证管状电机集群内的所有管状电机单元均能接入本控制器。
22.控制器中主微处理器为esp32-c6，控制器wifi通信模块为esp32-c6内置，所述以太网收发模块为lan8720a，所述rj45网络接口为以太网接口。
23.所述控制器的以太网接口具有一个固定的内部ip地址，其外部ip地址是通过其所连外网动态分配的在所述无线逻辑网段连接的管状电机的ip地址，通过控制器动态分配，即，网络标识ssid1至ssid16的ip地址，通过控制器动态分配，在控制器中主微处理器模块的存储器中设有一个已经接入的管状电机的ip地址列表。
24.所述管状电机集群内包含多个管状电机单元，各个管状电机单元内均设有微型无刷直流电机2、驱动器3、减速机构1、嵌入式微处理器模块4、电机wifi通信模块5、电机微型wifi天线6，所述微型无刷直流电机2的轴与减速机构1相连，嵌入式微处理器模块4与驱动器1相连，微型无刷直流电机1接有霍尔传感器，嵌入式微处理器模块4接收霍尔传感器的输出脉冲，用以检测微型无刷直流电机1的速度和转角位置，电机wifi通信模块5与嵌入式微处理器模块4相连，电机微型wifi天线6与电机wifi通信模块5相连；通过电机wifi通信模块将管状电机的工作状态（包含速度和角度位置）发送至控制器wifi通信模块，当电机wifi通信模块工作于sta模式，成为控制器wifi通信模块中的接入设备。
25.一种基于wifi的管状电机集群同步系统的同步控制方法，包括以下步骤，s1:控制器定时向管状电机集群中所有管状电机广播发出带有时间戳的请求报文；s2: 管状电机集群中的每个管状电机单元收到请求报文后，嵌入式微处理器模块把管状电机内微型无刷直流电机的当前速度和转角位置以及收到的时间戳打包成报文，回发给控制器；s3:控制器收到各个管状电机的报文后，根据收到的各个管状电机的速度，计算总的平均速度，再根据总的平均速度，计算各个管状电机的速度偏差，同样的，通过收到的各个管状电机的转角位置，来计算各个管状电机的角度偏差量，来计算管状电机的角度调节量；s4:控制器根据各个管状电机的速度偏差分别向各个电机发出速度调节指令报文。
26.步骤s2中，获取管状电机内微型无刷直流电机的当前速度和转角位置信息的步骤如下，s2.1，对于霍尔传感器的三路输出脉冲信号进行同步和六倍频处理，得到分辨率
是原始霍尔传感器分辨率六倍的脉冲序列；s2.2，通过测量所述六倍频脉冲的频率来测得电机转速，通过计数脉冲个数来测量电机的转角位置。
27.所述霍尔传感器的三路输出脉冲信号测得的管状电机内微型无刷直流电机的速度信号为管状电机速度控制的反馈信号，霍尔传感器的三路输出脉冲信号测得的微型无刷直流电机的转角位置信号为管状电机位置控制的反馈信号。
28.微型无刷直流电机的位置控制和速度控制均采用闭环的方式实现的，速度控制闭环是内环，位置控制闭环是外环，速度控制器采用比例积分控制算法，位置控制器采用比例算法，用给定位置信号和反馈位置信号相减，得到位置跟随的误差，然后对这个误差进行比例计算乘一个比例系数，从而得到了内环的速度的控制命令，这个速度命令再和速度反馈信号相减得到速度偏差，再对速度偏差进行比例积分运算，从而得到电机控制的电流命令，进而对电机进行控制。
29.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
30.尽管本文较多地使用了图中附图标记对应的术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

技术特征：
1.一种基于wifi的管状电机集群同步系统，其特征在于：包括控制器和管状电机集群，所述控制器包括控制器wifi通信模块、控制器微型wifi天线、以太网收发模块、rj45网络接口、主微处理器、其中控制器微型wifi天线与控制器wifi通信模块相连、控制器wifi通信模块与主微处理器相连，主微处理器的以太网接口与以太网收发模块相连，以太网收发模块与rj45网络接口相连；所述控制器wifi通信模块提供多个无线逻辑网段，所述无线逻辑网段的标识以广播方式发送，每个无线逻辑网络可接入多个管状电机的无线终端信号；所述管状电机集群中的各管状电机均内置微型无刷直流电机、驱动器、减速机构、嵌入式微处理器模块、电机wifi通信模块、电机微型wifi天线，所述微型无刷直流电机的轴与减速机构相连，嵌入式微处理器模块与驱动器相连，微型无刷直流电机接有霍尔传感器，嵌入式微处理器模块接收霍尔传感器的输出脉冲，用以检测微型无刷直流电机的速度和转角位置；电机wifi通信模块与嵌入式微处理器相连，电机微型wifi天线与电机wifi通信模块相连；电机wifi通信模块工作于sta模式，成为无线逻辑网段中的接入设备。2.根据权利要求1所述的一种基于wifi的管状电机集群同步系统，其特征在于，所述控制器中主微处理器为esp32-c6，所述控制器微型wifi天线为esp32-c6内置，所述以太网收发模块为lan8720a，所述rj45网络接口用做为以太网接口。3.根据权利要求1所述的一种基于wifi的管状电机集群同步系统，其特征在于，所述控制器的以太网接口具有一个固定的内部ip地址，其外部ip地址是通过其所连外网动态分配的；在所述无线逻辑网段连接的管状电机的ip地址，通过控制器动态分配。4.根据权利要求3所述的一种基于wifi的管状电机集群同步系统，其特征在于，所述主微处理器的存储器内设有已经接入的管状电机的ip地址列表。5.根据权利要求1-4任意一项所述一种基于wifi的管状电机集群同步系统的同步控制方法，其特征在于，包括以下步骤，s1:控制器定时向管状电机集群中所有管状电机广播发出带有时间戳的请求报文；s2: 管状电机集群中的每个管状电机收到请求报文后，把管状电机内微型无刷直流电机的当前速度和转角位置以及收到的时间戳打包成报文，回发给控制器；s3:控制器收到各个管状电机的报文后，根据收到的各个管状电机的速度，计算总的平均速度，再根据总的平均速度，计算各个管状电机的速度偏差；s4:控制器根据各个管状电机的速度偏差分别向各个电机发出速度调节指令报文。6.根据权利要求5所述的一种基于wifi的管状电机集群同步系统的同步控制方法，其特征在于，步骤s2中，获取管状电机内微型无刷直流电机的当前速度和转角位置信息的步骤如下，s2.1，对于霍尔传感器的三路输出脉冲信号进行同步和六倍频处理，得到分辨率是原始霍尔传感器分辨率六倍的脉冲序列；s2.2，通过测量所述六倍频脉冲的频率来测得电机转速，通过计数脉冲个数来测量电机的转角位置。7.根据权利要求6所述的一种基于wifi的管状电机集群同步系统的同步控制方法，其特征在于，所述霍尔传感器的三路输出脉冲信号测得的管状电机内微型无刷直流电机的速度信号用做其速度控制的反馈信号，霍尔传感器的三路输出脉冲信号测得的微型无刷直流
电机的转角位置信号用做其位置控制的反馈信号。8.根据权利要求6所述的一种基于wifi的管状电机集群同步系统的同步控制方法，其特征在于，微型无刷直流电机的位置控制和速度控制均采用闭环的方式实现的，速度控制闭环是内环，位置控制闭环是外环，速度控制器采用比例积分控制算法，位置控制器采用比例算法。

技术总结
一种基于WIFI的管状电机集群同步系统及其同步控制方法，包括控制器和管状电机集群，管状电机集群内包含有多个管状电机单元，通过控制器对管状电机集群内的各个管状电机单元进行控制，实现每个管状电机单元同步运转；基于WIFI实现管状电机的集群同步控制，有效解决在集群控制中因电机不同步问题而产生的误差问题。问题。问题。


技术研发人员：李宁 盛巍 徐宏阳 徐加祥
受保护的技术使用者：浙江普光窗饰有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/9/5