CN108964560A - 直流有刷电机转速提取方法及其电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流有刷电机转速提取方法及其电路，包括信号采集单元、信号分离单元、信号放大单元、滤波单元、比较器单元以及MCU单元；信号采集单元采集电机的运行电流，信号分离单元对运行电流分离提取交流分量，信号放大单元将交流分量放大，滤波单元将信号中的高频噪声滤除，比较器单元将交流分量整理成方波脉冲信号，MCU对脉冲信号进行计数运算得到电机的当前转速，实现直线电机精准位置定位。本发明相较于采用霍尔的产品，具有结构简单、综合成本较低、检测更加精确的优点；相较于反相电动势计算的应用，本发明不受电机参数及负载大小的影响，具有更优的可靠性及精度，尤其适用于直线电机在定位上的应用。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其是一种直流有刷电机转速提取方法及其电路。
背景技术
直流有刷电机由于其自身具有启动快、制动及时、控制电路相对简单等性能特点，故其被广泛地应用于各行各业中；目前市面上的有刷控制都是采用开环控制，其速度无法进行检测；而对于一些产品要求恒转速控制的，必须要求检测转速的，都采用在电机里面安装霍尔的方式进行检测，但这种检测方式的成本较高，工艺复杂，且其可靠性不高，不利于在市面上进行推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种直流有刷电机转速提取方法及其电路，具有成本低、精度高、可靠性强等特点。
本发明所采用的技术方案为：一种直流有刷电机转速提取方法，包括以下步骤，
S1、信号采集单元采集电机的运行电流，包括直流分量和交流分量；
S2、信号分离单元将采集到的直流分量与交流分量分离并提取交流分量；
S3、信号放大单元将提取的交流分量放大；
S4、滤波单元滤除信号中的高频噪声；
S5、比较器单元将滤波后的交流分量整理成方波脉冲信号；
S6、MCU通过输入端口对方波脉冲信号进行计数运算得出电机的当前转速。
进一步的说，本发明所述的信号采集单元采集电机回路的检流电阻两端的电压模拟量；信号分离单元将采集到的电压模拟量中的直流分量隔离提取其交流分量。
再进一步的说，本发明所述的MCU单元实时累积方波脉冲信号，其每秒产生的脉冲数除以换向片数量即为电机的当前转速；在固定的直流线性驱动器中通过换算得到驱动器的行程距离，用于直流线性驱动器的位置判断。
同时，本发明还提出一种直流有刷电机转速提取电路，包括信号采集单元、信号分离单元、信号放大单元、滤波单元、比较器单元以及MCU单元；所述的信号采集单元与信号分离单元相连接；信号分离单元与信号放大单元相连接；信号放大单元与滤波单元相连接；滤波单元与比较器单元相连接；比较器单元与MCU单元相连接。
进一步的说，本发明包括电流采集电阻、隔直电容、泄放电阻、运算放大单元、放大配置电阻、RC滤波电阻、RC滤波电容、比较器单元以及分压偏置电阻；所述的电流采集电阻通过隔直电容和泄放电阻连接运算放大单元；运算放大单元连接放大配置电阻并将信号放大后通过RC滤波电阻以及RC滤波电容连接比较器单元；所述的比较器单元连接分压偏置电阻并将输入信号与偏置电压相比较后输出方波脉冲信号。
再进一步的说，本发明流经电流采集电阻端的电机回路电流在电阻两端形成压降。
再进一步的说，本发明经过隔直电容后输入给运算放大单元的信号为电机运行电流的交流分量。
本发明的有益效果是：相较于采用霍尔的产品，本发明具有结构简单、综合成本较低、检测更加精确的优点；相较于反相电动势计算的应用，本发明不受电机参数及负载大小的影响，具有更优的可靠性及精度，其尤其适用于直线电机在定位上的应用。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图；
图2是本发明的电路原理图；
图3(a)-(e)是图2中各测试点的波形示意图。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种直流有刷电机转速提取电路，其利用有刷直流电机换向时其电流会发生突变这一特征而来实现电机的相位检测，包括信号采集单元、信号分离单元、信号放大单元、滤波单元、比较器单元以及MCU单元；信号采集单元与信号分离单元相连接；信号分离单元与信号放大单元相连接；信号放大单元与滤波单元相连接；滤波单元与比较器单元相连接；比较器单元与MCU单元相连接，信号采集单元用于采集电机的运行电流，信号分离单元将直流分量与交流分量分离提取交流分量，信号放大单元将上述交流分量放大，滤波单元将信号中的高频噪声滤除，比较器单元将滤波后的交流分量整理成方波脉冲信号，MCU通过输入端口对脉冲信号进行计数运算，其每秒产生的脉冲数除以换向片数量即为电机的当前转速，同时通过MCU的运算可以实现直线电机精准位置定位。
具体电路结构如图2所示，包括电流采集电阻R1、隔直电容C1、泄放电阻R2、运放单元、放大配置电阻R3、放大配置电阻R4、RC滤波电阻R5、RC滤波电容C2、比较器单元、分压偏置电阻R6、分压偏置电阻R7；
其中，电流采集电阻R1的一端接地，另一端连接隔直电容C1；隔直电容C1与泄放电阻R2连接在运算放大单元的同向输入端；运算放大单元的反向输入端连接分别连接放大配置电阻R3的一端和放大配置电阻R4的一端；放大配置电阻R3的另一端连接运算放大单元的输出端，放大配置电阻R4的另一端接地；RC滤波电阻R5的一端连接运算放大单元的输出端，RC滤波电容C2一端接地，另一端连接RC滤波电阻R5；RC滤波电阻R5的另一端连接比较器单元的同向输入端；比较器单元的反向输入端连接分压偏置电阻R6和分压偏置电阻R7；比较器单元的输出端连接MCU。
电路的工作原理如下：流经电流采集电阻R1端的电机回路电流在电阻两端形成压降，经过隔直电容C1后滤除直流分量的信号输入给运算放大单元，运算放大单元将信号放大后经过RC滤波滤除高频杂讯后输入给比较器单元，比较器单元将信号与偏置电压相比较，将波形整理成方波脉冲信号，该方波脉冲输入给MCU，MCU对该脉冲信号进行采集计数运算后可以得出电机的转速，对于直线电机则可以判断出电机的行程位置。
图2中TP1-TP5分别为5个测试点，每个测试点对应的波形如图3(a)-(e)所示；其中，图3(a)为采集信号的波形示意图；图3(b)为分离后信号的波形示意图；图3(c)为滤波后信号的波形示意图；图3(d)为放大后信号的波形示意图；图3(e)为比较后脉冲信号的波形示意图。
以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。
Claims (7)
1.一种直流有刷电机转速提取方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1、信号采集单元采集电机的运行电流，包括直流分量和交流分量；
S2、信号分离单元将采集到的直流分量与交流分量分离并提取交流分量；
S3、信号放大单元将提取的交流分量放大；
S4、滤波单元滤除信号中的高频噪声；
S5、比较器单元将滤波后的交流分量整理成方波脉冲信号；
S6、MCU通过输入端口对方波脉冲信号进行计数运算得出电机的当前转速。
2.如权利要求1所述的直流有刷电机转速提取方法，其特征在于：所述的信号采集单元采集电机回路的检流电阻两端的电压模拟量；信号分离单元将采集到的电压模拟量中的直流分量隔离提取其交流分量。
3.如权利要求1所述的直流有刷电机转速提取方法，其特征在于：所述的MCU单元实时累积方波脉冲信号，其每秒产生的脉冲数除以换向片数量即为电机的当前转速；在固定的直流线性驱动器中通过换算得到驱动器的行程距离，用于直流线性驱动器的位置判断。
4.一种直流有刷电机转速提取电路，其特征在于：包括信号采集单元、信号分离单元、信号放大单元、滤波单元、比较器单元以及MCU单元；所述的信号采集单元与信号分离单元相连接；信号分离单元与信号放大单元相连接；信号放大单元与滤波单元相连接；滤波单元与比较器单元相连接；比较器单元与MCU单元相连接。
5.如权利要求4所述的直流有刷电机转速提取电路，其特征在于：包括电流采集电阻、隔直电容、泄放电阻、运算放大单元、放大配置电阻、RC滤波电阻、RC滤波电容、比较器单元以及分压偏置电阻；所述的电流采集电阻通过隔直电容和泄放电阻连接运算放大单元；运算放大单元连接放大配置电阻并将信号放大后通过RC滤波电阻以及RC滤波电容连接比较器单元；所述的比较器单元连接分压偏置电阻并将输入信号与偏置电压相比较后输出方波脉冲信号。
6.如权利要求5所述的直流有刷电机转速提取电路，其特征在于：流经电流采集电阻端的电机回路电流在电阻两端形成压降。
7.如权利要求5所述的直流有刷电机转速提取电路，其特征在于：经过隔直电容后输入给运算放大单元的信号为电机运行电流的交流分量。
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