CN102236076B - 电机防夹参数整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机防夹参数整定方法，操作人员通过整定器的数据输入模块给整定器的函数计算模块输入电机的以下参数，即空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min、额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min、额定点扭矩T₁，整定器自动输出整定成功结果或整定失败提示，并在整定成功时存储并输出电机防夹设计的关键参数。根据本发明的电机防夹参数整定方法，通过手工输入任意电机的参数给整定器，即可知道该电机是否能用于防夹并得出电机防夹模块中要写入的关键参数。相比现有技术，不需要再拿小批量的电机去测试电机参数，节省了相关人员的时间；同时，不需要用手工作图的方法来考察电机的防夹力，简化了设计流程。

Description

电机防夹参数整定方法

技术领域

本发明涉及一种电机防夹参数整定方法。

背景技术

出于安全方面的考虑和相关法规的要求，汽车上有多处开闭件需要具备防夹功能，比如电动车窗、电动天窗、电动举升门等；当前用于这些系统的电机全是永磁直流电动机。由于永磁直流电动机是一个对制造要求较高的部件，任何电机厂商做出来的电机其性能都无法和理论设计上完全一致，因此电机的实际参数都有一定的公差，也即在实际使用中电机的参数是一个范围。

在开闭件的防夹中，由于控制器无法知道当前电机的性能曲线，而电机性能的公差对防夹力的大小起到关键作用，如果电机性能公差很大，将会直接使防夹系统发生误防夹或不防夹，同时系统也无法满足法规要求，这种因电机性能偏差引起的问题将直接导致系统的开发失败。

为判断一种电机是否能用于防夹模块，传统的做法是：

1）取一小批电机进行实验（例如20个），检测每个电机的性能数据，根据实验数据拟合每个电机的性能曲线；

2）将所有电机的性能曲线进行汇总和对比，取均值做程序中准备预存的标准曲线；

3）将标准曲线画图，与本批（例如20个）电机的曲线进行对比，通过做图法估算防夹力的误差值大小，以判断电机是否能用于防夹。

这种做法的缺点是耗费时间长，不方便操作，同时人力成本很高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有的电机防夹功能测试方法耗费时间长、不方便操作、人力成本高等缺陷，提出一种电机防夹参数整定方法，该方法可简单判断提供的电机是否能用于防夹。

本发明通过以下技术方案得以实现：一种电机防夹参数整定方法，包括如下步骤：

（1）操作人员通过整定器的数据输入模块给整定器的函数计算模块输入电机的以下参数，即空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min、额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min、额定点扭矩T₁；

（2）整定器的函数计算模块进行赋值，将最大防夹力（t_max0），最小防夹力(t_min0)的初始值均赋为0；定义计数变量（i）以便存储计算结果；定义防夹力设计值（t₁）的最小容许值为t'；定义斜率调整次数的计数变量（n）并赋予其初值为0；

（3）函数计算模块计算标准斜率值（k₀）或人工计算好后通过整定器的数据输入模块输入到函数计算模块，计算方法为斜率均值法、角平分线法及中值连线法中的任意一种，其中，

斜率均值法的计算方法为：

角平分线法的计算方法为： $k_0=\frac{{(1+k_{\min }^2+k_{\max }^2+k_{\max }^2{k}_{\min }^2)}^{0.5}+k_{\max }{k}_{\min }-1}{k_{\max }+k_{\min }};$

中值连线法的计算方法为： $k_0=\frac{(-n_{0\max }-n_{0\min })+(n_{1\max }+n_{1\min })}{2T_1};$

其中， $k_{\min }=\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1};$ $k_{\max }=\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1};$

设定防夹力的初始设计值(t)为t^//；设定防夹力的最大容许值（t'_max）为A和最小容许值（t'_min）为B；设定斜率增量（Δk）为ΔK；

（4）计算最大防夹力（t_max）与最小防夹力（t_min），计算方法为：

$t_{\max }=\frac{k_0}{k_{\max }}t;$ $t_{\min }=\frac{k_0}{k_{\min }}t;$

（5）判断最大防夹力(t_max)是否小于防夹力的最大容许值（t'_max），如果是，则判断最小防夹力（t_min）是否大于防夹力的最小容许值（t'_min）；如果不是则准备对斜率进行调整，在调整次数小于预设的容许次数上限（N）时，将斜率按预设的增量ΔK往小的方向调，调完后再次对最大防夹力的计算值进行判断；

（6）判断到最小防夹力（t_min）大于允许的最小值（t'_min）时，则说明整定成功，且该组数据可用于防夹，整定器的数据存储模块存储以下数据：最小防夹力（t_mini），最大防夹力(t_maxi)，斜率值（k_0i），防夹力设计值（t_i）；若判断到最小防夹力（t_min）小于允许的最小值（t'_min），则说明整定失败，这种情况下需判断防夹力设计值（t）是否达最大容许值t₁，如未达到则将防夹力设计值按设定的增量（Δt）进行增加，再返回第（4）步骤对防夹力进行计算；

（7）在防夹力设计值（t）达到最大容许值t₁后，需对整定结果进行输出，首先需判断计数变量（i）的大小，如果计数变量仍为初始值0，则说明程序完成后未找到任何可用的整定结果，整定是失败的，此种情况下整定器的数据输出模块输出参数整定失败的提示信息；若计数变量不为0，则说明整定成功，这种情况下数据输出模块输出所有可用的结果。

进一步地，该方法还包括计算k_min及k_max的步骤，计算过程如下：

（1）计算空转及额定情况下的两条转速-扭矩性能曲线，分别为：

$n_{01}=n_{0\max }+\frac{n_{1\max }-n_{0\max }}{T_1}T;$ $n_{02}=n_{0\min }+\frac{n_{1\min }-n_{0\min }}{T_1}T;$

（2）计算转速为10r/min时的扭矩范围，计算得到的范围如下：

$(\frac{n_{0\min }-10}{-n_{1\min }+n_{0\min }}{T}_1,\frac{n_{0\max }-10}{-n_{1\max }+n_{0\max }}{T}_1);$

（3）计算电机转速-扭矩斜率的曲线范围，计算得到的范围如下：

$(\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1},\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1});$

即得到：

$k_{\min }=\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1};$ $k_{\max }=\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1};$

进一步地，所述整定器为电脑，所述数据输入模块为键盘，所述函数计算模块为电脑中的C语言程序或者Excel函数，其通过电脑中CPU实现计算，所述数据存储模块为电脑中的RAM或ROM，所述数据输出模块为C语言程序界面或者Excel表格或者电脑除Excel表格外的其它文档。

进一步地，所述电脑还连接有显示器，以显示数据输出模块输出的结果。

进一步地，所述整定器为单片机。

进一步地，所述防夹力设计值（t₁）的最大容许值为t'为85～100N。

进一步地，所述防夹力设计值（t₁）的最大容许值为t'为95N。

进一步地，所述防夹力的初始设计值t^//为60～95N。

进一步地，所述防夹力的初始设计值t^//为70～85N。

进一步地，所述防夹力的初始设计值t^//为70N。

进一步地，所述斜率增量ΔK为0.01-0.5。

进一步地，所述斜率增量ΔK为0.1。

进一步地，所述减小量Δt为1-10N。

进一步地，所述减小量Δt为5N。

根据本发明的电机防夹参数整定方法，通过手工输入任意电机的空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min、额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min、额定点扭矩T₁给整定器，即可知道该电机是否能用于防夹并得出电机防夹模块中要写入的关键参数。相比现有技术有以下优点：

1）不需要再拿小批量的电机去测试电机参数，节省了相关人员的时间；

2）不需要用手工作图的方法来考察电机的防夹力，简化了设计流程。

附图说明

图1是本发明电机参数整定过程示意图；

图2是本发明提供的电机防夹参数整定方法的示意图；

图3是本发明计算得到的空转及额定情况下的两条转速-扭矩性能曲线示意图；

图4是本发明计算得到的计算电机转速-扭矩斜率的曲线范围示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在通过大量分析和验证后，技术人员发现一个电机是否能用于防夹系统及可以用于防夹系统时程序中所需存储的关键参数只和电机的以下参数有关系：

1）空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min；

2）额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min；

3）额定点扭矩为T₁；

图1为本发明提供的一种电机参数整定过程示意图，本发明提供的整定器100具有数据输入模块10、函数计算模块20、数据存储模块30及数据输出模块40，数据输入模块10用于输入电机的相关参数，即空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min、额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min、额定点扭矩为T₁；函数计算模块20主要用于函数计算，数据存储模块30存储函数计算模块的计算结果，数据输出模块40用于输出函数计算模块30的计算结果；本发明的工作过程如下，首先由操作人员通过整定器的数据输入模块10给整定器的函数计算模块20输入电机的以下参数，即空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min、额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min、额定点扭矩T₁；整定器100自动计算和输出整定结果，当整定失败时，会输出参数整定失败的信息提示，具体的提示内容可以随意设置，如“整定失败，该电机参数范围不适用于防夹系统”；当整定成功时，数据存储模块30存储每一次的整定结果，并且最终经数据输出模块40会输出所有可用于防夹设计的数据组，即最小防夹力（t_minj），最大防夹力(t_maxj)，斜率值（k_0j），防夹力设计值（t_j）。由于计算结果有可能包含很多可用的值，因此输出的结果可能有很多组，为了显示更为直观，输出时以下标j区分，j为计数用的自然数。在整定成功的情况下，操作人员可以从整定器的输出的结果中选取一组写入电机控制模块的程序中用于电机的防夹模块；在整定失败的情况下，操作人员也可以很容易地得知失败的结果。

如图2所示，为根据本发明提供的电机防夹参数整定方法，包括如下步骤：

（1）操作人员通过整定器的数据输入模块10给整定器的函数计算模块20输入电机的以下参数，即空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min、额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min、额定点扭矩T₁；

（2）整定器的函数计算模块20进行赋值，将最大防夹力（t_max0），最小防夹力(t_min0)的初始值均赋为0；定义计数变量（i）以便存储计算结果；定义防夹力设计值（t₁）的最小容许值为t'；定义斜率调整次数的计数变量（n）并赋予其初值为0；

（3）函数计算模块20计算标准斜率值（k₀）或人工计算好后通过整定器的数据输入模块10输入到函数计算模块20，计算方法为斜率均值法、角平分线法及中值连线法中的任意一种，其中，

斜率均值法的计算方法为：

角平分线法的计算方法为： $k_0=\frac{{(1+k_{\min }^2+k_{\max }^2+k_{\max }^2{k}_{\min }^2)}^{0.5}+k_{\max }{k}_{\min }-1}{k_{\max }+k_{\min }};$

中值连线法的计算方法为： $k_0=\frac{(-n_{0\max }-n_{0\min })+(n_{1\max }+n_{1\min })}{2T_1};$

其中， $k_{\min }=\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1};$ $k_{\max }=\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1};$

设定防夹力的初始设计值(t)为t^//；设定防夹力的最大容许值（t'_max）为A和最小容许值（t'_min）为B；设定斜率增量（Δk）为ΔK；

k₀可以事先进行人工计算，然后通过数据输入模块10将计算得到的k₀值存储到整定器的数据存储模块30中，需要的时候函数计算模块20调用即可；也可以是函数计算模块20直接计算得到。

（4）计算最大防夹力（t_max）与最小防夹力（t_min），计算方法为：

$t_{\max }=\frac{k_0}{k_{\max }}t;$ $t_{\min }=\frac{k_0}{k_{\min }}t;$

（5）判断最大防夹力(t_max)是否小于防夹力的最大容许值（t'_max），如果是，则判断最小防夹力（t_min）是否大于防夹力的最小容许值（t'_min）；如果不是则准备对斜率进行调整，在调整次数小于预设的容许次数上限（N）时，将斜率按预设的增量ΔK往小的方向调，调完后再次对最大防夹力的计算值进行判断；

（6）判断到最小防夹力（t_min）大于允许的最小值（t'_min）时，则说明整定成功，且该组数据可用于防夹，整定器的数据存储模块30存储以下数据：最小防夹力（t_mini），最大防夹力(t_maxi)，斜率值（k_0i），防夹力设计值（t_i）；若判断到最小防夹力（t_min）小于允许的最小值（t'_min），则说明整定失败，这种情况下需判断防夹力设计值（t）是否达最大容许值t₁，如未达到则将防夹力设计值按设定的增量（Δt）进行增加，再返回第（4）步骤对防夹力进行计算；

（7）在防夹力设计值（t）达到最大容许值t₁后，需对整定结果进行输出，首先需判断计数变量（i）的大小，如果计数变量仍为初始值0，则说明程序完成后未找到任何可用的整定结果，整定是失败的，此种情况下整定器的数据输出模块40输出参数整定失败的提示信息；若计数变量不为0，则说明整定成功，这种情况下数据输出模块40输出所有可用的结果，即第（6）步骤中存储在整定器的数据存储模块30中的以下数据：最小防夹力（t_mini），最大防夹力(t_maxi)，斜率值（k_0i），防夹力设计值（t_i），由于计算结果有可能包含很多可用的值，因此输出的结果可能有很多组，为了显示更为直观，输出时以下标j区分，j为计数用的自然数，即输出以下数据：最小防夹力（t_minj），最大防夹力(t_maxj)，斜率值（k_0j），防夹力设计值（t_j）。

上述方法还包括计算k_min及k_max的步骤，计算过程如下：

（1）如图3所示，计算空转及额定情况下的两条转速-扭矩性能曲线，分别为：

$n_{01}=n_{0\max }+\frac{n_{1\max }-n_{0\max }}{T_1}T;$ $n_{02}=n_{0\min }+\frac{n_{1\min }-n_{0\min }}{T_1}T;$

（2）计算转速为10r/min时的扭矩范围，计算得到的范围如下：

$(\frac{n_{0\min }-10}{-n_{1\min }+n_{0\min }}{T}_1,\frac{n_{0\max }-10}{-n_{1\max }+n_{0\max }}{T}_1);$

（3）如图4所示，计算电机转速-扭矩斜率的曲线范围，计算得到的范围如下：

$(\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1},\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1});$

即得到：

$k_{\min }=\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1};$ $k_{\max }=\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1};$

k_min及k_max可以事先进行人工计算，然后通过数据输入模块10将计算得到的值存储到整定器的数据存储模块30中，需要的时候函数计算模块20调用即可；也可以是函数计算模块20直接计算得到。

由于存在发热等原因，测到的电机堵转点数据往往与从性能曲线上算到的有出入，因此我们在上述计算中不用堵转点数据，而以转速很低时（取10r/min）的数据替代之（堵转点数据）。

本实施例中，所述的整定器100为电脑，所述数据输入模块10为键盘，所述函数计算模块20为电脑中的C语言程序或者Excel函数，其通过电脑中CPU实现计算，所述数据存储模块30为电脑中的RAM或ROM，所述数据输出模块40为C语言程序界面或者Excel表格或者电脑除Excel表格外的其它文档（如TXT文件、WORD文档等）。优选地，在本实施例中，所述电脑还连接有显示器，以显示数据输出模块输出的结果。当然，所述整定器也可以是具有上述功能的单片机。

本实施例中，所述防夹力设计值（t₁）的最大容许值为t'为85～100N，优选地，所述防夹力设计值（t₁）的最大容许值为t'为95N。

本实施例中，，所述防夹力的初始设计值t^//为60～95N。优选地，所述防夹力的初始设计值t^//为70～85N。更为优选地，所述防夹力的初始设计值t^//为70N。

本实施例中，所述斜率增量ΔK为0.01-0.5。优选地，所述斜率增量ΔK为0.1。

本实施例中，所述减小量Δt为1-10N。优选地，所述减小量Δt为5N。

根据本发明的电机防夹参数整定方法，通过手工输入任意电机的参数给整定器，即可知道该电机是否能用于防夹并得出电机防夹模块中要写入的关键参数。相比现有技术有以下优点：

1）不需要再拿小批量的电机去测试电机参数，节省了相关人员的时间；

2）不需要用手工作图的方法来考察电机的防夹力，简化了设计流程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种电机防夹参数整定方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）操作人员通过整定器的数据输入模块给整定器的函数计算模块输入电机的以下参数，即空载转速的最大值和最小值n_0max和n_0min、额定转速的最大值和最小值n_1max和n_1min、额定点扭矩T₁；

（2）整定器的函数计算模块进行赋值，将最大防夹力t_max0，最小防夹力t_min0的初始值均赋为0；定义计数变量i以便存储计算结果；定义防夹力设计值t的最大容许值为t'；定义斜率调整次数的计数变量n并赋予其初值为0；

（3）函数计算模块计算标准斜率值k₀或人工计算好后通过整定器的数据输入模块输入到函数计算模块，计算方法为斜率均值法、角平分线法及中值连线法中的任意一种，其中，

斜率均值法的计算方法为：

角平分线法的计算方法为： $k_0=\frac{{(1+k_{\min }^2+k_{\max }^2+k_{\max }^2{k}_{\min }^2)}^{0.5}+k_{\max }{k}_{\min }-1}{k_{\max }+k_{\min }};$

中值连线法的计算方法为： $k_0=\frac{(-n_{0\max }-n_{0\min })+(n_{1\max }+n_{1\min })}{2T_1};$

其中， $k_{\min }=\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1};$ $k_{\max }=\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1};$

设定防夹力设计值t的初始设计值为t^//；设定防夹力的最大容许值t'_max为A和最小容许值t'_min为B；设定斜率增量Δk为ΔK；

（4）计算最大防夹力t_max与最小防夹力t_min，计算方法为：

$t_{\max }=\frac{k_0}{k_{\max }}t;$ $t_{\min }=\frac{k_0}{k_{\min }}t;$

（5）判断最大防夹力t_max是否小于防夹力的最大容许值t'_max，如果是，则判断最小防夹力t_min是否大于防夹力的最小容许值t'_min；判断最大防夹力t_max是否小于防夹力的最大容许值t'_max之后，如果不是则准备对斜率进行调整，在调整次数小于预设的容许次数上限N时，将斜率按预设的增量ΔK往小的方向调，调完后再次返回第（4）步骤对最大防夹力的计算值进行判断；

（6）判断到最小防夹力t_min大于允许的最小值t'_min时，则说明整定成功，且该组数据可用于防夹，整定器的数据存储模块存储以下数据：最小防夹力t_mini，最大防夹力t_maxi，斜率值k_0i，防夹力设计值t_i；若判断到最小防夹力t_min小于允许的最小值t'_min，则说明整定失败，这种情况下需判断防夹力设计值t是否达到最大容许值t'，如未达到则将防夹力设计值按设定的增量Δt进行增加，再返回第（4）步骤对防夹力进行计算；

（7）在防夹力设计值t达到最大容许值t'后，需对整定结果进行输出，首先需判断计数变量i的大小，如果计数变量仍为初始值0，则说明程序完成后未找到任何可用的整定结果，整定是失败的，此种情况下整定器的数据输出模块输出参数整定失败的提示信息；若计数变量不为0，则说明整定成功，这种情况下数据输出模块输出所有可用的结果。

2.如权利要求1所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，还包括计算k_min及k_max的步骤，计算过程如下：

（1）计算空转及额定情况下的两条转速n-扭矩T性能曲线，分别为：

$n_{01}=n_{0\max }+\frac{n_{1\max }-n_{0\max }}{T_1}T;$ $n_{02}=n_{0\min }+\frac{n_{1\min }-n_{0\min }}{T_1}T;$

（2）计算转速为10r/min时的扭矩范围，计算得到的范围如下：

$(\frac{n_{0\min }-10}{-n_{1\min }+n_{0\min }}{T}_1,\frac{n_{0\max }-10}{-n_{1\max }+n_{0\max }}{T}_1);$

（3）计算电机转速-扭矩斜率的曲线范围，计算得到的范围如下：

$(\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1},\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1});$

即得到：

$k_{\min }\frac{(n_{0\max }-10)*(n_{1\min }-n_{0\min })}{(n_{0\min }-10)*T_1}{;k}_{\max }=\frac{(n_{0\min }-10)*(n_{1\max }-n_{0\max })}{(n_{0\max }-10)*T_1}.$

3.如权利要求1所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述整定器为电脑，所述数据输入模块为键盘，所述函数计算模块为电脑中的C语言程序或者Excel函数，其通过电脑中CPU实现计算，所述数据存储模块为电脑中的RAM或ROM，所述数据输出模块为C语言程序界面或者Excel表格或者电脑除Excel表格外的其它文档。

4.如权利要求3所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述电脑还连接有显示器，以显示数据输出模块输出的结果。

5.如权利要求1所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述整定器为单片机。

6.如权利要求1所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述防夹力设计值t的最大容许值为t'为85～100N。

7.如权利要求6所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述防夹力设计值t的最大容许值为t'为95N。

8.如权利要求1所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述初始设计值t^//为60～95N。

9.如权利要求8所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述初始设计值t^//为70～85N。

10.如权利要求9所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述初始设计值t^//为70N。

11.如权利要求1所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述斜率增量ΔK为0.01-0.5。

12.如权利要求11所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述斜率增量ΔK为0.1。

13.如权利要求1所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述增量Δt为1-10N。

14.如权利要求13所述的电机防夹参数整定方法，其特征在于，所述增量Δt为5N。

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