CN108418481A - 一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统及方法。涉及电子技术领域，所述系统包括：调速信号滤毛刺电路、调速信号周期检测电路、速度检测电路、调速防抖电路、调速同步电路和调速比较电路；所述调速信号滤毛刺电路信号连接于调速信号周期检测电路；所述调速信号周期检测电路信号连接于速度检测电路；所述速度检测电路信号连接于调速防抖电路；所述调速同步电路和调速防抖电路分别信号连接于调速比较电路。解决了传统单相直流无刷电机在换相切换时能量损失和效率降低的问题，同时抑制了时序抖动和毛刺干扰，保证电机转速稳定，具有面积小、功耗低、响应时间短、性能优异等优点。

Description

一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体而言，涉及一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统及方法。

背景技术

传统的单相直流无刷电机通过PWM信号调整电机转速，如附图2所示。即全速率的输出和具有一定占空比的PWM信号相与后，得到速度调整后的输出。

而单相正弦直流无刷电机通过计算PWM信号的占空比得到调速门限，再用该门限去限制全速率的输出波形，从而得到调速后的输出，如附图3所示。

传统的单相直流无刷电机在调速时采用PWM波直接调制，在换相时电流会呈现出梯形波的形状，本质上还是开关工作状态，在换相切换时，会损失多余的能量，效率较低。

此外，直接通过PWM波调制输出信号，还有可能带来时序抖动和毛刺对电机的转速的稳定性和精准度带来影响。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明方案的过程中，发现上述技术至少存在如下问题：传统的单相直流无刷电机在调速时采用PWM波直接调制，会损失能量，降低效率；PWM直接调制输出还可能会带来时序抖动和输出毛刺的问题，不利于电机转速的精确控制。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统及方法，解决了传统单相直流无刷电机在换相切换时能量损失和效率降低的问题，同时抑制了时序抖动和毛刺干扰，保证电机转速稳定，具有面积小、功耗低、响应时间短、性能优异等优点。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统，所述系统包括：调速信号滤毛刺电路、调速信号周期检测电路、速度检测电路、调速防抖电路、调速同步电路和调速比较电路；所述调速信号滤毛刺电路信号连接于调速信号周期检测电路；所述调速信号周期检测电路信号连接于速度检测电路；所述速度检测电路信号连接于调速防抖电路；所述调速同步电路和调速防抖电路分别信号连接于调速比较电路。

一种单相正弦波直流无刷电机转速调整方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：输入的PWM调速信号首先进行去毛刺处理，过滤掉输入毛刺对PWM周期的干扰后，通过对PWM上升沿的检测和计数器计数来确定PWM整个信号的周期PWM信号高电平所占的时钟周期数；

步骤2：该电机转速调整电路中，通过两分法或逐一比较法实现对0-输出上限中所有值的计算和比较，选取最接近当前电机转速的一个值作为当前速度估计值输出至下一模块；

步骤3：当步骤2中的速度估计值有变化时，需要与调速防抖动电路的门限进行比较；两次转速输出值的变化大于门限时，直接输出当前值，否则仍然保持上一次的输出值；

步骤4：通过调速防抖电路的数据再和外部输入的最低调速门限进行比较，得到最后的调速数据输出。

本发明实施例提供的单相正弦波直流无刷电机转速调整系统及方法，实现了单向正弦波直流无刷电机在输入的PWM信号周期大范围变动时精确的调速值输出；抑制了PWM信号的周期抖动，稳定调速值该设计还具有处理时间少，面积和功耗都比较小的优点，在高精度速度调整的应用方面有独特的优势。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的单相正弦波直流无刷电机转速调整系统的系统结构示意图。

图2为本发明背景技术中传统单相直流无刷电机调速方式的输出波形示意图。

图3为本发明背景技术中单相正弦波直流无刷电机调速方式的输出波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

具体实施例一

一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统，所述系统包括：调速信号滤毛刺电路、调速信号周期检测电路、速度检测电路、调速防抖电路、调速同步电路和调速比较电路；所述调速信号滤毛刺电路信号连接于调速信号周期检测电路；所述调速信号周期检测电路信号连接于速度检测电路；所述速度检测电路信号连接于调速防抖电路；所述调速同步电路和调速防抖电路分别信号连接于调速比较电路。

一种单相正弦波直流无刷电机转速调整方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：输入的PWM调速信号首先进行去毛刺处理，过滤掉输入毛刺对PWM周期的干扰后，通过对PWM上升沿的检测和计数器计数来确定PWM整个信号的周期与PWM信号高电平所占的时钟周期数；

步骤2：该电机转速调整电路中，通过两分法或逐一比较法实现对0～输出上限中所有值的计算和比较，选取最接近当前电机转速的一个值作为当前速度估计值输出至下一模块；

步骤3：当步骤2中的速度估计值有变化时，需要与调速防抖动电路的门限进行比较；两次转速输出值的变化大于门限时，直接输出当前值，否则仍然保持上一次的输出值；

步骤4：通过调速防抖电路的数据再和外部输入的最低调速门限进行比较，得到最后的调速数据输出。

具体实施例二

首先，输入的PWM调速信号需要进行滤毛刺处理，既可以过滤掉高电平毛刺，也可以过滤掉低电平毛刺，以便后续能够正确、精准地计算PWM信号的周期。滤毛刺通过滑窗实现，即在输入数据发生0-1跳变后，监测变化后的数据保持不变的时间是否超过配置的门限。若是，则认为该跳变是正常的输入数据跳变，输出需要跟随变化；若否，则认为该跳变是毛刺干扰，需要过滤且输出保持原来的值不变。

经过调速信号滤毛刺电路之后，我们要计算没有毛刺的PWM信号的周期，有三种配置方式：

1，上升沿抓取模式，即连续抓取PWM信号的上升沿，并用计数器对相邻两个上升沿间的时间间隔计数，该计数值即为PWM信号的周期。

2，下降沿抓取模式，即连续抓取PWM信号的下降沿，并用计数器对相邻两个下降沿间的时间间隔计数，该计数值即为PWM信号的周期。

3，双沿抓取模式，即用计数器对连续3个沿(不区分上沿或下沿)的时间间隔计数，该计数值即为PWM信号的周期。同时，该模块还需要同时用另一个计数器实现PWM信号高电平计数，得到PWM信号高电平时钟周期数，为计算PWM信号占空比做准备。

前两种检测方式一般用于比较稳定的PWM信号周期检测，第三种主要针对时变的PWM信号周期检测，用于需要快速响应的场合。

在得到PWM信号的高电平时钟周期和PWM信号整个周期的时钟数后，下面进行速度检测。速度检测有两种模式，二分法模式和逐一比较模式。

二分法模式：速度检测电路在第一次计算过程中，分别计算PWM信号高电平所占时钟周期数*最大转速和PWM整个信号周期数*最大转速*1/2的结果。得到的结果进行比较，若前者大于后者，则第二次计算PWM信号高电平所占时钟周期数*最大转速和PWM整个信号周期*最大转速*(1/2+1/4)的结果再进行比较；若前者小于后者，则第二次计算PWM信号高电平所占时钟周期数*最大转速和PWM整个信号周期*最大转速*(1/4)的结果再进行比较。以此类推，当比较结果相等或前后两次比较时，发现与PWM整个信号周期相乘的乘数值相差1，则比较停止，当前的乘数即为转速的输出值。

逐一比较法模式：首先计算出PWM信号高电平所占时钟周期数*最大转速的值，记为A。然后再从0～最大转速的区间中，逐一、依次选取数值分别与PWM周期数相乘，得到的结果从小到大依次为B0～Bmax。在B0～Bmax中找到第一个大于等于A的数，即为当前转速输出值。

二分法模式适用于转速档位bit数较多，PWM信号频率较高的场合，能够快速得到计算结果，而逐一比较模式适用于PWM信号频率较低，且转速档位bit数较少的场合。

得到电机转速后，需要计算相邻两次电机转速的增量。该增量与设定的门限比较，超过门限则认为电机转速的变化是有效变化，电机转速改变；否则认为是无效变化，电机转速不变，设计用于对抗PWM信号周期与系统时钟周期不同步的速度抖动。

最后，上述输出的电机转速再和最低转速门限比较，得到最终的输出速度。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段或代码的一部分，所述单元、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个单元单独存在，也可以两个或两个以上单元集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Onl8Memor8)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memor8)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (2)

1.一种单相正弦波直流无刷电机转速调整系统，其特征在于，所述系统包括：调速信号滤毛刺电路、调速信号周期检测电路、速度检测电路、调速防抖电路、调速同步电路和调速比较电路；所述调速信号滤毛刺电路信号连接于调速信号周期检测电路；所述调速信号周期检测电路信号连接于速度检测电路；所述速度检测电路信号连接于调速防抖电路；所述调速同步电路和调速防抖电路分别信号连接于调速比较电路。

2.一种单相正弦波直流无刷电机转速调整方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：输入的PWM调速信号首先进行去毛刺处理，过滤掉输入毛刺对PWM周期的干扰后，通过对PWM上升沿的检测和计数器计数来确定PWM整个信号的周期与PWM信号高电平所占的时钟周期数；

步骤2：该电机转速调整电路中，通过两分法或逐一比较法实现对0～输出上限中所有值的计算和比较，选取最接近当前电机转速的一个值作为当前速度估计值输出至下一模块；

步骤3：当步骤2中的速度估计值有变化时，需要与调速防抖动电路的门限进行比较；两次转速输出值的变化大于门限时，直接输出当前值，否则仍然保持上一次的输出值；

步骤4：通过调速防抖电路的数据再和外部输入的最低调速门限进行比较，得到最后的调速数据输出。