CN108964538A - 一种电机控制系统及数字控制电机转速的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了电机控制系统及数字控制电机转速的方法。包括通过图形用户接口接收用户对电机转速的需求，自动计算预设转速表，根据预设转速表产生脉宽调制信号以控制电机运行，并读取脉宽调制信号在多个不同占空比下电机运行的实际转速，其中预设转速表包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。本发明的电机控制系统及数字控制电机转速的方法根据用户需求灵活的配置电机的转速，减少了设计和调试的成本及周期。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种电子电路，更具体地说，尤其涉及一种电机控制系统及数字控制电机转速的方法。
背景技术
当前直流电机广泛的应用于各种场合，对直流电机转速的控制技术，以脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)最为常见。通常通过控制电机脉宽调制信号的脉冲宽度，也就是占空比，以控制直流电机的转速。现有的直流电机控制电路，一般是控制直流电机定速运转。然而，针对不同的客户需求，需要配置不同的电机转速。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种电机控制系统及数字控制电机的方法。
根据本发明的实施例，提出了一种数字控制电机转速的方法，包括：通过图形用户接口接收用户对电机转速的需求；根据用户对电机转速的需求自动计算得到包括多个预设转速的预设转速表；根据电机的预设转速表产生脉宽调制信号以控制电机运行，并读取脉宽调制信号在多个不同占空比下电机运行的实际转速；在图形用户接口对比电机运行的实际转速和预设转速；以及下载电机的预设转速表至电机控制器；其中预设转速表包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。
根据本发明的实施例，还提出了一种电机控制系统，包括：计算设备，包括存储器、处理器、图形用户接口、以及输入输出接口，计算设备通过所述图形用户接口接收用户对电机转速的需求，所述处理器执行存储器中的可读程序编码，并基于用户对电机转速的需求自动计算得到包括多个预设转速的预设转速表；以及电机控制器，通过输入输出接口耦接至计算设备，所述电机控制器根据预设转速表产生用于控制电机运行的脉宽调制信号；其中预设转速表包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。
根据本发明的实施例，还提出了一种数字控制电机转速的方法，包括：通过图形用户接口接收用户对电机转速的需求，包括设置脉宽调制信号的最小占空比及脉宽调制信号处于最小占空比时对应的第一转速，设置脉宽调制信号的最大占空比及脉宽调制信号处于最大占空比时对应的第二转速，以及设置脉宽调制信号的占空比等于至少任意一个介于最小占空比和最大占空比之间的值时所对应的第三转速；基于用户对电机转速的需求自动计算得到预设转速表；根据预设转速表产生脉宽调制信号以控制电机运行；以及读取脉宽调制信号在不同占空比下电机运行的实际转速；其中预设转速表包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。
根据本发明实施例提供的电机控制系统及数字控制电机转速的方法，可以根据用户需求灵活的配置电机的转速，大大减少了设计和调试的成本及周期。
附图说明
为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：
图1示出了根据本发明一实施例的电机控制系统100的电路结构示意图；
图2示出了根据本发明一实施例的数字控制电机转速的方法流程图200；
图3示出了根据本发明一实施例的图形用户接口108-1；
图4示出了根据本发明一实施例的基于用户对电机转速的需求自动计算预设转速表；
图5示出了根据本发明一实施例的图形用户接口108-2；
图6示出了根据本发明另一实施例的基于用户对电机转速的需求自动计算预设转速表；
图7示出了根据本发明一实施例的图形用户接口108-3；以及
图8示出了根据本发明一实施例的图形用户接口108-4。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1示出了根据本发明一实施例的电机控制系统100的电路结构示意图。在图1所示的实施例中，电机控制系统100包括计算设备10、电机控制器11、以及电机12及其切换电路13。计算设备10例如包括电脑。在一个实施例中，计算设备10包括处理器101、存储器102、显示器103、输入输出接口104、用户输入设备105(例如键盘、鼠标等)、网络接口106、以及耦接计算设备10中多个部件的一根或多根总线107，总线107用于实现计算设备10中多个部件之间的通讯。
在一个实施例中，计算设备10在显示器103上显示图形用户接口108，并通过图形用户接口108接收用户对电机转速的需求。处理器101执行存储器102中的可读程序编码，并基于用户对电机转速的需求自动计算电机12的预设转速表。
在一个实施例中，输入输出接口104包括通用串行总线(USB)接口。电机控制器11通过输入输出接口104耦接至计算设备10。电机控制器11根据电机12的预设转速表产生用于控制电机12运行的脉宽调制信号PWM。电机控制器11通过调节脉宽调制信号PWM的占空比控制切换电路13，从而控制电机12的转速。在一个实施例中，预设转速表包括脉宽调制信号PWM在多个固定占空比处分别对应的预设转速。在一个实施例中，计算设备10可以通过输入输出接口104下载预设转速表至电机控制器11。
在一个实施例中，电机控制器11进一步接收电机12运行过程中的参数，例如电机运行的实际转速、温度、电流等，计算设备10自动读取电机12运行过程中的参数，并显示在图形用户接口108，或根据存储器102中可读程序编码进行相关计算。
图2示出了根据本发明一实施例的数字控制电机转速的方法流程图200。图2所示数字控制电机的方法包括步骤S11～S20。
步骤S11包括：通过图形用户接口接收用户对默认参数的设置，例如设置电机控制器的默认参数，可以包括磁极数、堵转指示、最大电流、反电动势与霍尔相位差、反电动势与霍尔相位差、软开通角度等，并根据上述默认参数运行电机，得到脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的电机的默认转速曲线，作为用户输入对电机转速的需求的参考。
步骤S12包括：通过图形用户接口显示电机的默认转速曲线，并接收用户对电机转速的需求，包括设置脉宽调制信号的最小占空比及脉宽调制信号处于最小占空比时对应的第一转速，设置脉宽调制信号的最大占空比及脉宽调制信号处于最大占空比时对应的第二转速，以及设置脉宽调制信号的占空比等于至少任意一个介于最小占空比和最大占空比之间的值时所对应的第三转速。
步骤S13包括：基于用户对电机转速的需求自动计算预设转速表，包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。
步骤S14包括：根据用户对电机转速的需求自动拟合脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的自定义转速曲线。
步骤S15包括：根据预设转速表自动拟合脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的预设转速曲线。
步骤S16包括：在图形用户接口同时显示自定义转速曲线和预设转速曲线。
步骤S17包括：根据预设转速表产生脉宽调制信号以控制电机运行，并读取脉宽调制信号在多个不同占空比下电机运行时的实际转速，生成实际转速曲线。
步骤S18包括：在图形用户接口对比电机的预设转速和实际转速，例如同时显示预设转速曲线和实际转速曲线。
步骤S19包括：自动计算电机的实际转速和预设转速之间的误差，并在图形用户接口显示，例如根据实际转速曲线和预设转速曲线生成脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的误差曲线。
步骤S20包括：下载预设转速表至电机控制器。
要注意的是，在上述的流程图中各步骤的执行顺序不限于图2所示，两个连续的功能框可以同时被执行，或以相反的顺序执行，例如步骤S14可以在步骤S13之前执行。
上述根据用户对电机转速的需求计算预设转速表，从而控制电机转速的方法，可以根据用户需求灵活的配置电机的转速，实现用户定制的同时，减少了设计和调试的成本及周期，同时也可以在线验证，从而方便用户优化转速设计。
图3示出了根据本发明一实施例的图形用户接口108-1。在图3所示的实施例中，图形用户接口108-1在区域41接收用户对电机转速的需求。例如：设置脉宽调制信号PWM的最小占空比为0％、对应的第一转速为500转/分钟；设置脉宽调制信号PWM的最大占空比为100％、对应的第二转速为4500转/分钟；设置脉宽调制信号PWM的占空比为33％时对应的电机转速为2300转/分钟；设置脉宽调制信号PWM的占空比为66％时对应的电机转速为2300转/分钟；以及设置脉宽调制信号PWM的占空比为77％时对应的电机转速为3000转/分钟。本领域技术人员可知，图形用户接口108接收的用户设置的脉宽调制信号PWM的占空比及对应的电机转速的数量及大小不限于图3所示。例如可以设置多个脉宽调制信号PWM的占空比介于最小占空比和最大占空比之间的任意值时所对应的电机转速。在一个实施例中，脉宽调制信号PWM处于最小占空比时对应的转速为最小转速，脉宽调制信号PWM处于最大占空比时对应的转速为最大转速。
图形用户接口108-1进一步在区域42将用户对电机转速的需求和根据用户对电机转速的需求自动计算出的预设转速进行对比。在图3所示的实施例中，图形用户接口108-1根据用户在区域41输入的对电机转速的需求自动拟合脉宽调制信号PWM从最小占空比到最大占空比(0％～100％)范围内的自定义转速曲线421，如区域42中虚线所示，其中黑色的小圆点标注的位置代表了用户输入的转速及相应的脉宽调制信号PWM的占空比。自动拟合自定义转速曲线421例如可以是将用户输入的脉宽调制信号PWM在不同占空比下的转速线性连接，也可以是将用户输入的脉宽调制信号PWM在不同占空比下的转速通过圆滑的曲线相连。计算设备10基于用户对电机转速的需求自动计算电机的预设转速表51，包括：计算脉宽调制信号PWM在多个固定占空比处的预设转速，所述多个固定占空比在最小占空比和最大占空比范围内均匀分布，例如各固定占空比之间相隔的步长相同。例如如图4所示的，根据用户在区域41输入的对电机转速的需求，自动计算得到电机的预设转速表51，包括脉宽调制信号PWM的占空比分别等于0％、12.5％、25％、37.5％、50％、62.5％、75％、87.5％、100％时对应的预设转速。图形用户接口108-1根据上述电机的预设转速表自动拟合脉宽调制信号PWM从小占空比到最大占空比(0％～100％)范围内的预设转速曲线422，如图3实线所示，其中交叉线标注的位置代表了脉宽调制信号PWM在固定占空比处对应的预设转速。自动拟合预设转速曲线422例如可以是将预设转速表中脉宽调制信号PWM在各固定占空比下的预设转速线性连接，也可以是将预设转速表中的脉宽调制信号PWM在各固定占空比下的预设转速通过圆滑的曲线相连。本领域技术人员可知，脉宽调制信号PWM的固定占空比的数量及大小不限于图3、图4所示，预设转速表例如也可以包括脉宽调制信号PWM的固定占空比分别等于0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％时对应的预设转速。
在一个实施例中，图形用户接口108-1接收用户对电机转速的需求的形式不限于图3所示。用户可直接在区域42中的自定义转速曲线421上设置用户需要的电机转速及对应的脉宽调制信号PWM的占空比，例如通过拖动自定义转速曲线421设置电机转速。
在一个实施例中，计算设备10中处理器101执行存储器102中的可读程序编码，自动计算预设转速表51，例如根据用户输入的对电机转速的需求逐一计算预设转速表51中脉宽调制信号PWM在多个固定占空比处的预设转速，使得根据预设转速表51拟合而成的预设转速曲线422最接近自定义转速曲线421。以图4所示的实施例为例，根据用户输入的脉宽调制信号PWM占空比为0％时的转速500转/分钟，直接得到转速表51中，脉宽调制信号PWM的固定占空比为0％时，预设转速等于500转/分钟；根据用户输入的脉宽调制信号PWM占空比为0％时的转速500转/分钟及脉宽调制信号PWM占空比为33％时的转速2300转/分钟，计算预设转速表51中脉宽调制信号PWM的固定占空比分别为12.5％及25％时的预设转速；根据用户输入的脉宽调制信号PWM占空比为33％时的转速2300转/分钟及脉宽调制信号PWM占空比为66％时的转速2300转/分钟，计算预设转速表51中脉宽调制信号PWM的固定占空比分别为37.5％、50％、及62.5％时的预设转速；根据用户输入的脉宽调制信号PWM的占空比为66％时的转速2300转/分钟及脉宽调制信号PWM的占空比为77％时的转速3000转/分钟，计算预设转速表51中脉宽调制信号PWM的固定占空比为75％时的预设转速；以及根据用户输入的脉宽调制信号PWM的占空比为77％时的转速3000转/分钟及脉宽调制信号PWM的占空比为100％时的转速4500转/分钟，计算预设转速表51中脉宽调制信号PWM的固定占空比为87.5％时的预设转速；以及根据用户输入的脉宽调制信号PWM占空比为100％时的转速4500转/分钟，直接得到预设转速表51中脉宽调制信号PWM的固定占空比为100％时，预设转速等于4500转/分钟。
在一个实施例中，计算过程例如可以如以下公式(1)、(2)所示，其中X代表脉宽调制信号PWM的占空比为12.5％时的预设转速，Y代表脉宽调制信号PWM的占空比为75％时的预设转速，脉宽调制信号PWM在其它固定占空比处的预设转速的计算与此类似。
(2300-500)/(33-0)＝(X-500)/(12.5-0) (1)
(3300-2300)/(77-66)＝(Y-2300)/(75-66) (2)
在另一个实施例中，电机的预设转速等于自定义转速曲线421上脉宽调制信号PWM在相应的占空比处所对应的电机转速。
图5示出了根据本发明另一实施例的图形用户接口108-2。图5所示的实施例中，图形用户接口108-2在区域41接收的用户对电机转速的需求例如包括：设置脉宽调制信号PWM的最小占空比为5％，及对应的第一转速为500转/分钟；设置脉宽调制信号PWM的最大占空比为95％，及对应的第二转速为8000转/分钟；设置脉宽调制信号PWM的占空比为30％时对应的电机转速为4500转/分钟；以及设置脉宽调制信号PWM的占空比为65％时对应的电机转速为7500转/分钟。图5所示的实施例中，用户在区域41输入的对电机转速的需求进一步包括：设置脉宽调制信号PWM的拐点占空比，例如20％，代表了当脉宽调制信号PWM的占空比小于或等于拐点占空比时，用户需求的电机转速等于第一转速。与图3所示的图形用户接口108-1类似，图形用户接口108-2在区域42将用户对电机的转速的需求和根据用户对电机转速的需求自动计算出的预设转速进行对比，包括：根据用户对电机转速的需求自动拟合脉宽调制信号PWM从最小占空比到最大占空比(5％～95％)范围内的自定义转速曲线521，以及根据图6所示的预设转速表自动拟合脉宽调制信号PWM从最小占空比到最大占空比(5％～95％)范围内的预设转速曲线522，并将自定义转速曲线521和预设转速曲线522同时显示在区域42。本领域技术人员可知，图3及图5作为具体示例，脉宽调制信号PWM的最小占空比及最大占空比不限于图3、及图5实施例中所示。
图6示出了根据本发明另一实施例的基于图5所示用户对电机转速的需求自动计算得到电机的预设转速表52。预设转速表52包括脉宽调制信号PWM在多个固定占空比处(例如5％、12.5％、25％、37.5％、50％、62.5％、75％、87.5％、95％)的预设转速、以及脉宽调制信号PWM在拐点占空比处(例如20％)的预设转速，其中脉宽调制信号PWM的占空比小于或等于拐点占空比时，预设转速都等于电机的最小转速(例如500转/分钟)。
图7示出了根据本发明一实施例的图形用户接口108-3。在一个实施例中，计算设备10读取电机在脉宽调制信号PWM处于不同占空比下的实际转速，并在图形用户接口对比电机的预设转速和实际转速。图7所示的实施例中，图形用户接口108-3根据计算设备10读取的电机运行的实际转速生成实际转速曲线702，并同时显示实际转速曲线702和预设转速曲线701。
图8示出了根据本发明一实施例的图形用户接口108-4。在一个实施例中，计算设备10读取电机在脉宽调制信号PWM处于不同占空比下的实际转速，计算脉宽调制信号处于不同占空比下的预设转速，以及计算脉宽调制信号处于不同占空比下电机运行的实际转速和预设转速之间的误差，并在图形用户接口显示上述误差。图8所示的实施例中，图形用户接口108-4例如根据脉宽调制信号处于不同占空比下的电机运行的实际转速和预设转速之间的误差生成误差曲线801。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
Claims (18)
1.一种数字控制电机转速的方法，包括：
通过图形用户接口接收用户对电机转速的需求；
根据用户对电机转速的需求自动计算得到包括多个预设转速的预设转速表；
根据预设转速表产生脉宽调制信号以控制电机运行，并读取脉宽调制信号在多个不同占空比下电机运行的实际转速；
在图形用户接口对比电机运行的实际转速和预设转速；以及
下载预设转速表至电机控制器；其中
预设转速表包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：
通过图形用户接口接收用户对默认参数的设置，并根据所述默认参数运行电机，得到脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的电机的默认转速曲线，作为用户输入对电机转速的需求的参考。
3.如权利要求1所述的方法，其中用户对电机转速的需求包括：设置脉宽调制信号的最小占空比及脉宽调制信号处于最小占空比时对应的第一转速，设置脉宽调制信号的最大占空比及脉宽调制信号处于最大占空比时对应的第二转速，以及设置脉宽调制信号的占空比等于至少任意一个介于最小占空比和最大占空比之间的值时所对应的第三转速。
4.如权利要求1所述的方法，其中用户对电机转速的需求包括：设置脉宽调制信号的最小占空比及脉宽调制信号处于最小占空比时对应的第一转速，设置脉宽调制信号的最大占空比及脉宽调制信号处于最大占空比时对应的第二转速，以及设置拐点占空比，其中当脉宽调制信号的占空比小于或等于拐点占空比时，用户需求的电机转速等于第一转速。
5.如权利要求4所述的方法，其中预设转速表进一步包括脉宽调制信号在拐点占空比处对应的预设转速。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：根据用户对电机转速的需求自动拟合脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的自定义转速曲线，以及根据预设转速表自动拟合脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的预设转速曲线，并在图形用户接口同时显示自定义转速曲线和预设转速曲线。
7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：根据预设转速表自动拟合预设转速曲线，以及根据电机运行的实际转速自动生成实际转速曲线，并在图形用户接口同时显示实际转速曲线和预设转速曲线。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：计算脉宽调制信号在不同占空比处的预设转速，以及计算脉宽调制信号在不同占空比处电机运行的实际转速和预设转速之间的误差，并在图形用户接口显示所述误差。
9.一种电机控制系统，包括：
计算设备，包括存储器、处理器、图形用户接口、以及输入输出接口，计算设备通过所述图形用户接口接收用户对电机转速的需求，所述处理器执行存储器中的可读程序编码，并基于用户对电机转速的需求自动计算得到包括多个预设转速的预设转速表；以及
电机控制器，通过输入输出接口耦接至计算设备，所述电机控制器根据预设转速表产生用于控制电机运行的脉宽调制信号；其中
预设转速表包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。
10.如权利要求9所述的电机控制系统，其中用户对电机转速的需求包括：设置脉宽调制信号的最小占空比及脉宽调制信号处于最小占空比时对应的第一转速，设置脉宽调制信号的最大占空比及脉宽调制信号处于最大占空比时对应的第二转速，以及设置脉宽调制信号的占空比等于至少任意一个介于最小占空比和最大占空比之间的值时所对应的第三转速。
11.如权利要求10所述的电机控制系统，其中用户对电机转速的需求进一步包括：设置拐点占空比，其中当脉宽调制信号的占空比小于或等于拐点占空比时，用户需求的电机转速等于第一转速。
12.如权利要求9所述的电机控制系统，其中用户对电机转速的需求包括：设置脉宽调制信号的最小占空比及脉宽调制信号处于最小占空比时对应的第一转速，设置脉宽调制信号的最大占空比及脉宽调制信号处于最大占空比时对应的第二转速，以及设置拐点占空比，其中当脉宽调制信号的占空比小于或等于拐点占空比时，用户需求的电机转速等于第一转速。
13.如权利要求9所述的电机控制系统，其中所述计算设备读取脉宽调制信号在多个不同占空比下电机运行的实际转速，计算脉宽调制在所述多个不同占空比下的预设转速，并根据脉宽调制信号在所述多个不同占空比下电机运行的实际转速和预设转速生成误差曲线，并在图形用户接口显示所述误差曲线。
14.如权利要求9所述的电机控制系统，其中所述计算设备根据用户对电机转速的需求自动拟合自定义转速曲线，以及根据预设转速表自动拟合预设转速曲线，并在图形用户接口同时显示自定义转速曲线和预设转速曲线。
15.一种数字控制电机转速的方法，包括：
通过图形用户接口接收用户对电机转速的需求，包括设置脉宽调制信号的最小占空比及脉宽调制信号处于最小占空比时对应的第一转速，设置脉宽调制信号的最大占空比及脉宽调制信号处于最大占空比时对应的第二转速，以及设置脉宽调制信号的占空比等于至少任意一个介于最小占空比和最大占空比之间的值时所对应的第三转速；
基于用户对电机转速的需求自动计算得到预设转速表；
根据预设转速表产生脉宽调制信号以控制电机运行；以及
读取脉宽调制信号在不同占空比下电机运行的实际转速；其中
预设转速表包括脉宽调制信号在多个固定占空比处分别对应的预设转速。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：根据用户对电机转速的需求自动拟合脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的自定义转速曲线，以及根据预设转速表自动拟合脉宽调制信号从最小占空比到最大占空比范围内的预设转速曲线，并在图形用户接口同时显示自定义转速曲线和预设转速曲线。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括：在图形用户接口对比电机运行的实际转速和预设转速。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括：自动计算电机运行的实际转速和预设转速之间的误差，并在图形用户接口显示。
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