CN109000833B - 一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电磁加阻技术领域，特别涉及一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，首先筛选变量，将电流、转速、线圈阻尼轮温度和线圈阻尼轮间距确定为4个影响扭矩的变量；然后确定电流、转速和线圈阻尼轮温度的测量区间；接着测量标准扭矩值，计算校准系数；最后计算最终扭矩值。本发明采用电流、转速与温度为影响扭矩的三要素，测出电流转速与扭矩转换表，同时，根据不同设备的线圈阻尼轮间距，通过特定点的测量得到校准系数，在知道电流、转速、电流转速与扭矩转换表和校准系数的情况下，即可得到精确的扭矩，扭矩精度可达5％，方法简单，节省成本，应用前景更广阔。

Description

一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法

技术领域

本发明属于电磁加阻技术领域，具体地说涉及一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法。

背景技术

当前，在专业训练领域，运动员的输出功率是一项重要的指标。在训练设备中，要想知道功率，需要知道转速和扭矩。然而，现阶段市场上大部分产品，都无法测量扭矩。少部分产品可以测量扭矩，但大都没有考虑电流、转速、线圈阻尼轮间距、线圈阻尼轮温度等因素对扭矩的影响，导致测量的扭矩误差很大，几乎无法使用。因此，急需要一种精确测量扭矩的方法。

发明内容

针对现有技术的种种不足，发明人在长期实践中研究设计出一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，有效得出精确的电磁加阻系统的扭矩值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，包括以下步骤：

S1、筛选变量：将电流、转速、线圈阻尼轮温度和线圈阻尼轮间距确定为4个影响扭矩的变量；

S2、确定电流、转速、线圈阻尼轮温度的测量区间；

S3、测量标准扭矩值：首先从电流、转速和线圈阻尼轮温度的测量区间中选出数个电流测量点、转速测量点和温度测量点；然后通过扭矩传感器测量所有测量点的扭矩，得出数个扭矩值；最后将所有扭矩值按电流和转速分类，将不同温度测量点下得到的扭矩值取平均，将线圈阻尼轮温度对扭矩的影响平均到电流和转速的影响里，得到以电流和转速为自变量、扭矩为因变量的二维表格，即标准电流转速与扭矩转换表；

S4、计算校准系数：首先选取数个特定电流转速，特定电流转速根据设备的实际情况选择，然后测量设备在每个特定电流转速处的扭矩值，跟标准电流转速与扭矩转换表比较，即得校准系数，以校正线圈阻尼轮间距对扭矩值的影响；

S5、计算最终扭矩值：先实际测量电流和转速，再根据标准电流转速与扭矩转换表和校准系数，计算得出最终扭矩值。

进一步地，步骤S2中的测量区间包括电流测量区间、转速测量区间和温度测量区间。

进一步地，采用光电测速芯片、旋转挡片和微处理器测量转速，得到转速的测量区间。

进一步地，所述微处理器为内置12位ADC的微处理器。

进一步地，步骤S2中的电流测量区间为0~2500mA，转速测量区间为0~6000rpm，线圈阻尼轮温度测量区间为0~120oC。

进一步地，步骤S3中的扭矩传感器为精确度0.2%的扭矩传感器。

进一步地，步骤S3中，测量扭矩时，在电流测量点、转速测量点和温度测量点中选其中两者固定不变，将剩下一者所对应的测量区间内选取的测量点数值全部测量一次得到一组扭矩值，遍历所有测量点，得出数个扭矩值。

进一步地，步骤S4中，测量设备在每个特定电流转速处的扭矩值，得到数个扭矩值后，根据标准电流转速与扭矩转换表，通过线性拟合算法，即计算校准系数。

本发明的有益效果是：

采用电流、转速与温度为影响扭矩的三要素，测出电流转速与扭矩转换表，同时，根据不同设备的线圈阻尼轮间距，通过特定电流转速的测量得到校准系数，在知道电流、转速、电流转速与扭矩转换表和校准系数的情况下，即可得到精确的扭矩，扭矩精度可达5%，方法简单，节省成本，应用前景更广阔。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合较佳的实施例对本发明作进一步说明。

一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，具体步骤如下：

S1：筛选变量。

由于扭矩受很多因素的影响，包括电流、转速、线圈磁力、阻尼轮材质、线圈与阻尼轮温度、线圈与阻尼轮间距等等。

通过实验室实验发现，在其他因素固定的情况下，电流越大，扭矩越大；转速越大，扭矩先变大后变小，即当转速达到某一个值时，扭矩达到最大，转速再增加扭矩反而减小；线圈磁力越强，扭矩越大；线圈阻尼轮温度低时扭矩大，温度高时扭矩小；线圈、阻尼轮的间距越小，扭矩越大。总之，扭矩的影响因素太多，很多因素无法精确测量，导致扭矩无法通过公式计算得出。

但是，在实际定型产品中，线圈磁力是确定的，阻尼轮的材质也是确定的。因此，电流、转速、线圈阻尼轮温度和线圈阻尼轮间距，是影响扭矩的最大因素。

因此，本实施例将电流、转速、线圈阻尼轮温度和线圈阻尼轮间距确定为4个影响扭矩的变量。

S2：确定电流、转速和线圈阻尼轮温度的测量区间，即经常使用区间。

1）测量电流：根据欧姆定律U=I×R，其中U是电压、I是电流、R是电阻。从这个公式可得，I=U/R。因此，要实现精确的电流测量，需要测得精确的电压和采样电阻。本实施例中电压是通过内置12位ADC（即模拟数字转换器）的微处理器测量，精度可达0.025%。采样电阻由于制造、焊接等误差，通常会有1%左右的误差，因此，本实施例采取外置校准电路，通过误差0.1%的校准电路，测得精确的采样电阻。通过以上两步，得到了精确的电压和电阻，即可计算出精确的电流。

2）测量转速：主要由光电测速芯片、旋转挡片和微处理器实现转速的测量。在测量时，旋转挡片每转动一圈，光电测速芯片即可输出一次电平跳变，即电压跳变，指电压由低到高，或电压由高到低。接着，由微处理器内设置的高精度时钟测得两次跳变的时间间隔，时间间隔的倒数就是频率，频率乘以60即可计算出精确的转速值。本实施例微处理器的时钟采用高精度晶体振荡器。

3）测量温度：本实施例采用外置的温度测量仪测量线圈阻尼轮的温度。

在电磁加阻系统的实际使用中，根据各设备硬件设计、人的踩踏频率、自行车传动比和设备结构，经过多次测量，可得到了大量的测量数据，从这些数据中可得出各变量的经常使用区间。

本实施例中电流的经常使用区间为0~2500mA，转速的经常使用区间为0~6000rpm，线圈阻尼轮温度的经常使用区间为0~120℃。

S3：测量标准扭矩值。

本实施例使用精确度为0.2%的JN338扭矩传感器测量扭矩值。

首先，从上一个步骤得出的电流经常使用区间中筛选出数个电流测量点，这些电流测量点的数值最优化为均布整个经常使用区间。同理，从转速的经常使用区间中筛选数个转速测量点、从线圈阻尼轮温度的经常使用区间中筛选数个温度测量点。本实施例优化选择25个电流测量点、13个转速测量点和13个温度测量点。

然后，通过扭矩传感器测量所有测量点的扭矩：

1）在电流测量点、转速测量点和温度测量点中选其中两者固定不变，将剩下一者所对应的测量区间内选取的测量点数值全部测量一次得到一组扭矩值，遍历所有测量点，可得出全部测量点的数个扭矩值。

2）将所有扭矩值按电流和转速分类，即将不同温度测量点下得到的扭矩值取平均，将线圈阻尼轮温度对扭矩的影响平均到电流和转速的影响里，即可得到一张以电流、转速为自变量、扭矩为因变量的二维表格，即电流转速与扭矩转换表，如下表表1和表2所示。在表1和表2中，第一行为电流测量点，第一列为转速测量点，中间的数个数值则为不同电流和转速下的标准扭矩值。

表1：

表2：

4）根据电流转速与扭矩转换表，即可将电流和转速对应的标准扭矩值查得。如果电流数值在某两个电流测量点之间，要查得对应的标准扭矩值，则根据线性插值法计算。假设电流数值为A，处于两个电流测量点A1、A2之间，对应的两个标准扭矩值为B1、B2，根据公式(A-A1)/(A2-A1)=(B-B1)/(B2-B1)，即可得到电流数值A对应的标准扭矩值B。同理，如果转速数值处于两个转速测量点之间，由线性插值法便可计算得出相应的标准扭矩值。

S4：计算校准系数。

由于机械制造误差，导致线圈阻尼轮间距并不固定，而线圈阻尼轮的间距却影响扭矩大小。不同的线圈阻尼轮间距，会导致电流转速与扭矩转换表拉伸和平移。因此，对每一个设备，需要测量一些特定电流转速的扭矩。

通过实验测量发现，某些电流、转速点的扭矩差异，可以代表整个转换表的差异，所以根据实际使用设备的情况，选取一些电流测量点和转速测量点作为特定电流转速，测量设备在这些特定电流转速处的扭矩值，跟标准电流转速与扭矩转换表比较，通过线性拟合算法，即可得校准系数。具体方法如下：

本实施例中测两个特定电流转速的扭矩值，1号点测得的扭矩值为A1，标准扭矩表中为B1，2号点测得的扭矩值为A2，标准扭矩表中为B2，设校准系数为k、b，将A1、A2、B1、B2带入线性拟合公式A1=k×B1+b、A2=k×B2+b，即可计算得到校准系数k和b。

S5：计算最终扭矩值。

根据设备实际使用时测量的电流和转速，根据电流转速与扭矩转换表得出标准扭矩值A，再将标准扭矩值A和校准系数k、b带入函数B=k×A+b，计算即可得出最终扭矩值B。

以上已将发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (8)

1.一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、筛选变量：将电流、转速、线圈阻尼轮温度和线圈阻尼轮间距确定为4个影响扭矩的变量；

S2、确定电流、转速、线圈阻尼轮温度的测量区间；

S3、测量标准扭矩值：首先从电流、转速和线圈阻尼轮温度的测量区间中选出数个电流测量点、转速测量点和温度测量点；然后通过扭矩传感器测量所有测量点的扭矩，得出数个扭矩值；最后将所有扭矩值按电流和转速分类，将不同温度测量点下得到的扭矩值取平均，将线圈阻尼轮温度对扭矩的影响平均到电流和转速的影响里，得到以电流和转速为自变量、扭矩为因变量的二维表格，即标准电流转速与扭矩转换表；

S4、计算校准系数：首先选取数个特定电流转速，特定电流转速根据设备的实际情况选择，然后测量设备在每个特定电流转速处的扭矩值，跟标准电流转速与扭矩转换表比较，即得校准系数，以校正线圈阻尼轮间距对扭矩值的影响；

S5、计算最终扭矩值：先实际测量电流和转速，再根据标准电流转速与扭矩转换表和校准系数，计算得出最终扭矩值。

2.根据权利要求1所述的一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，步骤S2中的测量区间包括电流测量区间、转速测量区间和温度测量区间。

3.根据权利要求2所述的一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，采用光电测速芯片、旋转挡片和微处理器测量转速，得到转速的测量区间。

4.根据权利要求3所述的一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，所述微处理器为内置12位ADC的微处理器。

5.根据权利要求2所述的一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，步骤S2中的电流测量区间为0~2500mA，转速测量区间为0~6000rpm，线圈阻尼轮温度测量区间为0~120℃ 。

6.根据权利要求1所述的一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，步骤S3中的扭矩传感器为精确度0.2%的扭矩传感器。

7.根据权利要求1所述的一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，步骤S3中，测量扭矩时，在电流测量点、转速测量点和温度测量点中选其中两者固定不变，将剩下一者所对应的测量区间内选取的测量点数值全部测量一次得到一组扭矩值，遍历所有测量点，得出数个扭矩值。

8.根据权利要求1所述的一种电磁加阻系统的电流转速换算扭矩的方法，其特征在于，步骤S4中，测量设备在每个特定电流转速处的扭矩值，得到数个扭矩值后，根据标准电流转速与扭矩转换表，通过线性拟合算法，即计算校准系数。