CN110695902A - 一种智能电动起子控制系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能电动起子控制系统以及方法，该控制系统包括主控模块、驱动组件、电机、输入模块、位置检测模块和FOC采样模块，输入模块用于输入控制参数，包括设定扭力、设定维持时间和设定转速，主控模块依据设定转速驱动电机进行转动；位置检测模块用于检测电机的转速和转子位置信息，FOC采样模块用于采集电机的实时电流，主控模块用于根据电机的转速、转子位置信息和实时电流调整输出到电机的电流；主控模块还用于根据电机的转速和实时电流判断螺钉拧紧是否进入堵转维持阶段；若是，则依据设定维持时间和设定扭力驱动电机完成螺钉锁固。本发明提供的智能电动起子控制系统以及方法，实现了螺钉拧紧过程的智能化控制，具有良好的技术效果。

Description

一种智能电动起子控制系统以及方法

技术领域

本申请涉及电动起子技术领域，具体涉及一种智能电动起子控制系统以及方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，自动化程度和智能化程度越来越高，电子装配工艺的要求也随之不断提高。电动起子作为装配行业的一个重要工具，也提出了新的需求和挑战。现有电动起子一般采用机械式的扭力调节方式，扭力的设置和控制都是通过装在起子批头上的机械离合器实现，对于扭力的设定都需要人去手动操作，费时费力，效率低下，无法实现更多的智能化和自动化应用；同时，机械结构长期使用会存在磨损和精度降低的问题，导致扭力控制的误差不断增大，影响起子的正常使用。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的问题，提供了一种智能电动起子控制系统以及方法，通过控制电机的输出电流调整电机的输出扭力，实现了螺钉拧紧过程的智能化控制。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：一方面，提供一种智能电动起子控制系统，包括主控模块、连接所述主控模块的驱动组件及连接所述驱动组件的电机，还包括：

输入模块，连接所述主控模块，用于输入控制参数，所述控制参数包括设定扭力、设定维持时间和设定转速；所述主控模块用于接收所述控制参数，并依据所述设定转速驱动所述电机进行转动；

位置检测模块，连接所述主控模块和电机，用于检测所述电机的转速和转子位置信息并反馈至所述主控模块；

FOC采样模块，连接所述主控模块和驱动组件，用于采集所述电机的实时电流并反馈至所述主控模块；

所述主控模块包括FOC控制模块，用于根据所述电机的转速、转子位置信息和实时电流调整所述驱动组件输出到电机的电流，实现FOC闭环控制；

所述主控模块，用于根据所述电机的转速和实时电流判断螺钉拧紧是否进入堵转维持阶段；若是，则依据所述设定维持时间和设定扭力驱动所述电机完成螺钉的锁固。

本发明上述的智能电动起子控制系统中，

所述输入模块还用于输入浮高故障阈值和滑牙故障阈值；

所述主控模块包括锁付故障监控模块，用于根据所述电机的转子位置信息实时获取螺钉的总旋转圈数，当所述总旋转圈数大于所述滑牙故障阈值时，判定发生滑牙故障并发出警报；当起子停机后，若所述总旋转圈数小于所述浮高故障阈值，判定发生浮高故障并发出警报。

本发明上述的智能电动起子控制系统中，所述主控模块还包括扭矩标定模块和扭矩控制模块，所述扭矩标定模块用于预先对电流和扭矩的对应关系进行标定，并保存标定数据；

所述扭矩控制模块连接扭矩标定模块，用于根据所述标定数据将所述设定扭力转换成输出到所述电机的电流。

本发明上述的智能电动起子控制系统中，当所述电机的转速等于零且所述电机的实时电流的输出幅值等于设定值时判定螺钉拧紧进入堵转维持阶段。

本发明上述的智能电动起子控制系统中，所述主控模块还包括存储模块，所述存储模块设定有多个参数通道，每一所述参数通道用于接收并存储一组所述控制参数；

所述输入模块还用于选取一个或多个所述参数通道，所述主控模块依据被选取的一组控制参数对一个螺钉进行拧紧控制，或自动切换被选取的多组控制参数分别对多个螺钉进行拧紧控制。

本发明上述的智能电动起子控制系统中，所述主控模块还包括锁付计数模块，所述锁付计数模块用于根据所述电机的转速和实时电流判定螺钉是否完成锁固，并对每一完成锁固的螺钉进行计数。

本发明上述的智能电动起子控制系统中，还包括用于连接扫码枪的扫码枪接口模块，所述输入模块还用于设置条码命名规则并存储至所述存储模块，每一所述条码命名规则对应一所述参数通道；

所述主控模块还包括扫码功能模块，所述扫码功能模块连接所述扫码枪接口模块和存储模块，用于识别所述扫码枪扫描的条码获取对应的条码命名规则，并调取所述条码命名规则对应的所述参数通道内的控制参数。

另一方面，还提供一种智能电动起子控制方法，包括步骤：

输入控制参数，所述控制参数包括设定扭力、设定维持时间和设定转速；

接收所述控制参数，并依据所述设定转速驱动电机进行转动；

检测所述电机的转速、转子位置信息和实时电流，并根据所述电机的转速、转子位置信息和实时电流调整输出到电机的电流，实现FOC闭环控制；

根据所述电机的转速和实时电流判断螺钉拧紧是否进入堵转维持阶段；若是，则根据所述设定维持时间和设定扭力驱动所述电机完成螺钉的锁固。

本发明上述的智能电动起子控制方法中，还包括步骤：

输入浮高故障阈值和滑牙故障阈值；

根据所述电机的转子位置信息实时获取螺钉的总旋转圈数，当所述总旋转圈数大于所述滑牙故障阈值时，判定发生滑牙故障并发出警报；当起子停机后，若所述总旋转圈数小于所述浮高故障阈值，判定发生浮高故障并发出警报。

本发明上述的智能电动起子控制方法中，还包括步骤：

预先对电流和扭矩的对应关系进行标定，并保存标定数据；

根据所述标定数据将所述设定扭力转换成输出到所述电机的电流。

实施本发明提供的一种智能电动起子控制系统以及方法，具有以下有益效果：该智能电动起子控制系统以及方法实现了起子电机运行的FOC闭环控制，使得电动起子能够顺畅启动，并进入稳定的运行阶段；同时，当检测到螺钉拧紧进入堵转维持阶段后，能够依据设定维持时间和设定扭力自动完成螺钉锁固，实现了螺钉拧紧过程的智能化控制；另外，本发明通过控制电机的输出电流调整电机的输出扭力，相对于传统的机械式扭力调整方式，控制精度高，并可实现多种传统机械式控制无法实现的智能化和自动化应用，具有良好的使用体验。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的一种智能电动起子控制系统的原理框图；

图2是本发明实施例提供的螺钉锁付过程中的电机电流/转速变化曲线；

图3是本发明实施例提供的智能电动起子的结构爆炸图；

图4是本发明实施例提供的一种智能电动起子控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

图1是本实施例示出的智能电动起子控制系统的原理框图，如图1所示，该控制系统包括主控模块10、驱动组件20、电机30、输入模块40、位置检测模块50和FOC采样模块60，其中，驱动组件20连接主动模块10，电机30连接驱动组件20，主动模块10通过驱动组件20驱动电机30进行转动；输入模块40连接主动模块10，用于输入控制参数，控制参数包括设定扭力、设定维持时间和设定转速；主动模块10用于接收所述控制参数，并依据设定转速驱动电机30进行转动；位置检测模块50连接主控模块10和电机30，用于检测电机30的转速和转子位置信息并反馈至主控模块10；FOC采样模块60连接主控模块10和驱动组件20，用于采集电机30的实时电流并反馈至主控模块10；主控模块10包括FOC控制模块11，用于根据电机的转速、转子位置信息和实时电流调整驱动组件20输出到电机30的电流，实现FOC闭环控制；主控模块10还用于根据电机30的转速和实时电流判定螺钉拧紧是否进入堵转维持阶段；若是，则根据设定维持时间和设定扭力驱动电机30完成螺钉的锁固，锁固完成后即自动停机。

上述控制实现了电机运行的FOC闭环控制，能够根据电机的转速、转子位置信息和实时电流调整输出到电机的驱动电流，保持电机驱动稳定，使得电动起子的电机能够顺畅启动，并进入稳定的运行阶段；当检测到螺钉拧紧进入堵转维持阶段后，能够依据设定维持时间和设定扭力自动完成螺钉锁固，实现螺钉拧紧过程的智能化控制，具备良好的使用体验。

在本实施例中，驱动组件20包括驱动模块和功率模块，驱动模块分别连接主控模块10和功率模块，用于对主控模块10输出的控制信号进行放大；功率模块分别连接驱动模块和电机30，用于驱动电机30的功率器件；FOC采样模块60连接功率模块实现电机30实时电流采样；优选地，电机30采用具有高转速和快速响应能力的空心杯电机，主控模块10优选TMS320F28034PAGT型号的主控芯片，驱动模块采用型号为MP1907GQ-Z的驱动芯片，功率模块采用型号为IPG20N10S4L-22的功率芯片。

需要说明的是，FOC控制模块11计算获取新的驱动波形可通过克拉克变换、帕克变化等FOC控制算法在编辑器中实现，本实施例不具体展开。

在本实施例中，输入模块40包括按键模块和显示模块，按键模块用于实现控制参数的设定，显示模块用于显示用于设定的控制参数和当前起子的运行状态，如是否锁付正常和故障监控等。

上述控制系统还包括供电模块71、CAN总线模块72和LED灯模块73，供电模块71连接主控模块10并可连接外部电源，用于为整个控制系统供电；CAN总线模块72连接主控模块10，用于实现控制指令的输入功能；LED灯模块73连接主控模块10，用于实现智能起子运行状态和故障状态的显示报警，功能非常丰富，能够充分满足起子的使用需求。

进一步地，输入模块40还用于输入浮高故障阈值和滑牙故障阈值；主控模块10还包括锁付故障监控模块12，用于根据电机30的转子位置信息实时获取螺钉的总旋转圈数，当总旋转圈数大于滑牙故障阈值时，判定发生滑牙故障并发出警报；当起子停机后，若总旋转圈数小于浮高故障阈值，则判定发生浮高故障并发出警报。上述警报可通过显示模块、LED灯模块和蜂鸣器等方式发出，及时提醒操作人员，实现智能起子对浮高和滑牙故障的自动实时监控功能。

需要说明的是，浮高故障是指螺钉锁付时没锁到位，一般螺钉短了会出现该故障，表现为螺钉的总旋转圈数超出滑牙故障阈值的圈数值；滑牙故障是指螺钉锁付时打滑丝，一直无法拧紧，导致总旋转圈数没有达到浮高故障阈值的圈数值。

进一步地，主控模块10还包括扭矩标定模块13和扭矩控制模块14，扭矩标定模块13用于预先对电流和扭矩的对应关系进行标定，并保存标定数据；扭矩控制模块14连接扭矩标定模块13，用于根据标定数据将用户输入的设定扭力转换成输出到电机30的电流，从而实现高精度的扭矩控制。

图2是本发明实施例示出的螺钉锁付过程中的电机电流/转速变化曲线，结合图2所示，在启动后，电机逐渐加速达到用户输入的设定转速并进行恒速运行；当检测到电机的转速迅速下降并且电机实时输出电流值迅速增大，可以判定螺钉处于着座过程中；当检测到电机的转速等于零且实时电流的输出幅值等于设定值时即可判定螺钉拧紧进入堵转维持阶段，此时依据输入的设定维持时间来确定堵转维持的时间长度，完成螺钉的锁固。

在本实施例中，输入模块输入的设定转速可以是一个转速值，也可以由多个呈阶梯式递增的转速值组成，从而可以实现转速分段控制，降低锁付时对手的冲击，操作更加舒适。

进一步地，主控模块10还包括存储模块15，存储模块15设定有多个参数通道，每一参数通道用于接收并存储一组或多组控制参数；输入模块40还用于选取参数通道，主控模块10依据被选取的参数通道内的一组控制参数对一个螺钉进行拧紧控制，或依据被选取的参数通道内的多组控制参数分别对多个螺钉进行拧紧控制。上述输入模块和存储模块可以预先设定和保存一组或多组控制参数，在使用过程中用户可通过一键实现不同参数通道的切换，也可通过多任务切换功能，实现同一参数通道内多组控制参数的自动切换，无需多次输入参数，大大节省时间，提高操作效率。

主控模块10还包括锁付计数模块16，锁付计数模块16用于根据电机的转速和实时电流判定螺钉是否完成锁固，并对每一完成锁固的螺钉进行计数；输入模块40还用于输入螺钉数量目标值，主控模块10通过对比该目标值和锁付计数模块的计数值，即可实现漏锁智能预警，预防漏锁。

进一步地，该控制系统还包括用于连接扫码枪的扫码枪接口模块74，输入模块40用于设置条码命名规则并存储至存储模块15，每一条码命名规则对应一参数通道；主控模块10还包括扫码功能模块17，扫码功能模块17连接扫码枪接口模块74和存储模块15，用于识别扫码枪扫描的条码获取对应的条码命名规则，并调取该条码命名规则对应的参数通道内的控制参数。通过上述输入模块设定条码命名规则，用户可以提前设定多种规格螺钉的拧紧调用程序，然后通过扫码枪调用，方便实用。

为了更好的理解本发明，以下结合图3提供的智能电动起子的结构爆炸图对本实施例中的起子控制系统的具体应用场景进行详细说明：

如图3所示，该智能电动起子包括外壳80，可转动地安装在外壳80一端的批头81，安装在外壳80内的减速箱82、电机30、编码器83、功率电路板84和控制电路板85，以及安装在外壳80外表面上的按键86和显示屏87，电机30的输出端连接减速箱82，减速箱82的输出端连接批头81，从而带头批头进行旋转将螺钉锁入螺丝孔中，通过减速箱82的减速，可以增大输出力矩。编码器83即上述位置检测模块，其安装在电机30的上，用于检测电机30的转速和转子位置信息；按键86和显示屏87组成了上述输入模块，按键86用于设定控制参数控制系统运行，显示屏87用于显示设定参数和当前锁定状态；功率电路板84即上述驱动组件，其电连接电机30，用于控制输出到电机的电压和电流，从而控制电机运行；控制电路板85即上述主控模块，用于实现输出扭矩控制和电机控制算法。

在本发明的其他一些实施例中，智能电动起子没有设定减速箱，而是采用批头和电机直连方案；同时，也可将功率电路板和控制电路板集成封装在同一电路板上，同样可以承载本发明提供的控制系统，实现本发明的技术效果。

图4是本发明实施例提供的一种智能电动起子控制方法的流程图，如图4所示，该控制方法具体包括步骤：

S11、输入控制参数，所述控制参数包括设定扭力、设定维持时间和设定转速；

S12、接收所述控制参数，并依据所述设定转速驱动电机进行转动；

S13、检测所述电机的转速、转子位置信息和实时电流，并根据所述电机的转速、转子位置信息和实时电流调整输出到电机的电流，实现FOC闭环控制；

S14、根据所述电机的转速和实时电流判断螺钉拧紧是否进入堵转维持阶段；若是，则根据所述设定维持时间和设定扭力驱动所述电机完成螺钉的锁固，锁固完成后即自动停机。

在本实施例中，当电机的转速等于零且电机实时电流的输出幅值等于设定值时判定螺钉拧紧进入堵转维持阶段，此时依据设定扭力确定该堵转维持阶段的电流大小，并依据设定维持时间确定该堵转维持阶段的时间长度。

进一步地，该控制方法还包括步骤：

S21、输入浮高故障阈值和滑牙故障阈值；

S22、根据所述电机的转子位置信息实时获取螺钉的总旋转圈数，当所述总旋转圈数大于所述滑牙故障阈值时，判定发生滑牙故障并发出警报；当起子停机后，若所述总旋转圈数小于所述浮高故障阈值，判定发生浮高故障并发出警报。

进一步地，该控制方法还包括步骤：

S31、预先对电流和扭矩的对应关系进行标定，并保存标定数据；

S32、根据所述标定数据将所述设定扭力转换成输出到所述电机的电流。

本实施例提供的控制方法应用于电动起子，能够实现电机运行的FOC闭环控制，保证电机运行过程中供电的稳定；同时，其通过控制电机的输出电流从而控制电机输出扭力的控制方法，相对于传统机械扭矩控制机构，控制精度高，并可实现了多种传统机械式结构无法实现的智能化功能，具有良好的实用体验。当然，上述各个步骤的序号只是为了描述方便，实际实施过程并不严格按照序号的先后进行。

综上所述，本发明提供的一种智能电动起子控制系统以及方法，实现了起子电机运行的FOC闭环控制，使得电动起子能够顺畅启动，并进入稳定的运行阶段；同时，当检测到螺钉拧紧进入堵转维持阶段后，能够依据设定维持时间和设定扭力自动完成螺钉锁固，实现了螺钉拧紧过程的智能化控制；另外，本发明通过控制电机的输出电流调整电机的输出扭力，相对于传统的机械式扭力调整方式，控制精度高，并可实现多种传统机械式控制无法实现的智能化和自动化应用，具有良好的使用体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能电动起子控制系统，包括主控模块、连接所述主控模块的驱动组件及连接所述驱动组件的电机，其特征在于，还包括：

输入模块，连接所述主控模块，用于输入控制参数，所述控制参数包括设定扭力、设定维持时间和设定转速；所述主控模块用于接收所述控制参数，并依据所述设定转速驱动所述电机进行转动；

位置检测模块，连接所述主控模块和电机，用于检测所述电机的转速和转子位置信息并反馈至所述主控模块；

FOC采样模块，连接所述主控模块和驱动组件，用于采集所述电机的实时电流并反馈至所述主控模块；

所述主控模块包括FOC控制模块，用于根据所述电机的转速、转子位置信息和实时电流调整所述驱动组件输出到电机的电流，实现FOC闭环控制；

所述主控模块，用于根据所述电机的转速和实时电流判断螺钉拧紧是否进入堵转维持阶段；若是，则依据所述设定维持时间和设定扭力驱动所述电机完成螺钉的锁固。

2.根据权利要求1所述的智能电动起子控制系统，其特征在于，

所述输入模块还用于输入浮高故障阈值和滑牙故障阈值；

所述主控模块包括锁付故障监控模块，用于根据所述电机的转子位置信息实时获取螺钉的总旋转圈数，当所述总旋转圈数大于所述滑牙故障阈值时，判定发生滑牙故障并发出警报；当起子停机后，若所述总旋转圈数小于所述浮高故障阈值，判定发生浮高故障并发出警报。

3.根据权利要求1所述的智能电动起子控制系统，其特征在于，所述主控模块还包括扭矩标定模块和扭矩控制模块，所述扭矩标定模块用于预先对电流和扭矩的对应关系进行标定，并保存标定数据；

所述扭矩控制模块连接扭矩标定模块，用于根据所述标定数据将所述设定扭力转换成输出到所述电机的电流。

4.根据权利要求1所述的智能电动起子控制系统，其特征在于，当所述电机的转速等于零且所述电机的实时电流的输出幅值等于设定值时判定螺钉拧紧进入堵转维持阶段。

5.根据权利要求1所述的智能电动起子控制系统，其特征在于，所述主控模块还包括存储模块，所述存储模块设定有多个参数通道，每一所述参数通道用于接收并存储一组所述控制参数；

所述输入模块还用于选取一个或多个所述参数通道，所述主控模块依据被选取的一组控制参数对一个螺钉进行拧紧控制，或自动切换被选取的多组控制参数分别对多个螺钉进行拧紧控制。

6.根据权利要求1所述的智能电动起子控制系统，其特征在于，所述主控模块还包括锁付计数模块，所述锁付计数模块用于根据所述电机的转速和实时电流判定螺钉是否完成锁固，并对每一完成锁固的螺钉进行计数。

7.根据权利要求4所述的智能电动起子控制系统，其特征在于，还包括用于连接扫码枪的扫码枪接口模块，所述输入模块还用于设置条码命名规则并存储至所述存储模块，每一所述条码命名规则对应一所述参数通道；

所述主控模块还包括扫码功能模块，所述扫码功能模块连接所述扫码枪接口模块和存储模块，用于识别所述扫码枪扫描的条码获取对应的条码命名规则，并调取所述条码命名规则对应的所述参数通道内的控制参数。

8.一种智能电动起子控制方法，其特征在于，包括步骤：

输入控制参数，所述控制参数包括设定扭力、设定维持时间和设定转速；

接收所述控制参数，并依据所述设定转速驱动电机进行转动；

检测所述电机的转速、转子位置信息和实时电流，并根据所述电机的转速、转子位置信息和实时电流调整输出到电机的电流，实现FOC闭环控制；

根据所述电机的转速和实时电流判断螺钉拧紧是否进入堵转维持阶段；若是，则根据所述设定维持时间和设定扭力驱动所述电机完成螺钉的锁固。

9.根据权利要求8所述的智能电动起子控制方法，其特征在于，还包括步骤：

输入浮高故障阈值和滑牙故障阈值；

根据所述电机的转子位置信息实时获取螺钉的总旋转圈数，当所述总旋转圈数大于所述滑牙故障阈值时，判定发生滑牙故障并发出警报；当起子停机后，若所述总旋转圈数小于所述浮高故障阈值，判定发生浮高故障并发出警报。

10.根据权利要求8所述的智能电动起子控制方法，其特征在于，还包括步骤：

预先对电流和扭矩的对应关系进行标定，并保存标定数据；

根据所述标定数据将所述设定扭力转换成输出到所述电机的电流。

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