CN111109840B - 一种基于自学习的升降控制系统及其防夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自学习的升降控制系统及其防夹方法。在此防夹方法中，修正上次防夹状态记录的防夹阈值；电机驱动升降控制系统升降的过程中，按照预设的采样周期采集电机的运转电流，获得当前时刻的电机位置、电流检测值或电流变化率值；判断当前时刻的电流检测值或电流变化率值是否大于等于修正后的防夹阈值；若是，将修正后的防夹阈值、当前时刻的电机位置、电流检测值或电流变化率值更新EEPROM中的原有数据。采用自学习方法，可以消除由生产过程和多次使用后疲劳导致的移动件一致性偏差，降低了对移动件的生产一致性要求，有效达到安全防夹功能。

Description

一种基于自学习的升降控制系统及其防夹方法

技术领域

本发明涉及一种升降控制系统，尤其涉及一种基于自学习的升降控制系统及其防夹方法。

背景技术

一般的升降控制系统在使用时，不同的使用者有着身高及体型的差异。因此，若能将控制系统的移动部件高度调整至一适当高度，可以让使用者更为舒适。有相关业者研发出可升降的控制系统，以配合不同身高及体型的使用者来进行控制系统的高度调整。目前，按升降的控制方式主要分为电动升降和手动升降。对于手动升降的升降控制系统而言，调节速度较慢、对用户体力有要求，且由于机械传动机构的存在，机构需较为频繁地保养，否则容易锈蚀或卡死。相比而言，电动升降控制系统控制和操作简便，通过电机控制能够较好地启动升降和制动停止，精度上也较手动升降控制系统要高。

但不管搭配何种的调整机构，控制系统在进行高度升降时，使用者常常会忽略控制系统下方或控制系统上方是否存在障碍物。在调整控制系统高度的升降过程中，时常发生移动部件撞击到放在其下方或位于其上方的障碍物，导致该移动部件发生倾斜，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自学习的升降控制系统及其防夹方法，对升降控制系统增加了防夹自学习设计。采用自学习方法，可以消除由生产过程和多次使用后疲劳导致的移动件一致性偏差，降低了对移动件的生产一致性要求，有效达到安全防夹功能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一个方面提供了一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，包括：

将上次防夹状态记录的防夹阈值、电机位置从电机控制单元的EEPROM中读取出来；

修正所述防夹阈值；

电机驱动升降控制系统升降的过程中，按照预设的采样周期采集电机的位置和电机的运转电流，获得当前时刻的电机位置、电流检测值或电流变化率值；

进行第一判断步骤，所述第一判断步骤包括：

将当前时刻的电流检测值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流检测值是否大于等于该防夹阈值；

当所述第一判断步骤的结果为是时，将修正后的防夹阈值、当前时刻的电流检测值和电机位置存入EEPROM中，更新原有数据，并启动升降控制系统的防夹动作；或者

所述第一判断步骤包括：

将当前时刻的电流变化率值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流变化率值是否大于等于该防夹阈值；

当所述第一判断步骤的结果为是时，将修正后的防夹阈值、当前时刻的电流变化率值和电机位置存入EEPROM中，更新原有数据，并启动升降控制系统的防夹动作。

优选地，所述电流变化率值的计算方法包括：

将当前时刻采样的电流检测值减去前一时刻采样的电流检测值，二者的差值除以预设的采样周期，得到所述电流变化率值。

优选地，修正所述防夹阈值包括：

设置阈值系数k，其中0<k<1；

将从EEPROM中读取的防夹阈值乘以所述阈值系数k，得到修正后的防夹阈值。

优选地，修正所述防夹阈值包括：

设置修正值m，其中0<m<1；

将从EEPROM中读取的防夹阈值减去所述修正值m，得到修正后的防夹阈值。

优选地，所述一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法还包括：

预设一阈值下限；

当升降控制系统已经进行过n次防夹自学习，n为≥1的自然数，若防夹自学习过程中获得的防夹阈值小于等于预设的阈值下限，则此防夹自学习过程中获得的防夹阈值、电机位置、电流检测值或电流变化率值不进行保存，防夹自学习结束。

优选地，所述一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法还包括：

设置一防夹自学习计数器，并将所述防夹自学习计数器清零；预设第一计数值；

判断当前时刻的电流检测值或电流变化率值是否大于等于修正后的防夹阈值；如果是，将所述防夹自学计数器加一；

检测所述防夹自学计数器的值是否等于所述第一计数值；如果是，则此防夹自学习过程中获得的防夹阈值、电机位置、电流检测值或电流变化率值不进行保存，防夹自学习结束；并且所述防夹自学习计数器清零。

优选地，所述升降控制系统的防夹动作是所述电机停止运转或反转。

优选地，所述电机控制单元的EEPROM中存有阈值表，所述阈值表中预设有不同的电机位置下不同的电流值对应的防夹阈值；或者

所述阈值表中预设有不同的电机位置下不同的电流变化率值对应的防夹阈值。

更优选地，在所述电机控制单元初始化阶段，将所述阈值表从EEPROM中读取到RAM中。

更优选地，在所述第一判断步骤之前，所述一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法还包括：

查询所述阈值表，通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流检测值所对应的防夹阈值；或者

在所述第一判断步骤之前，所述一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法还包括：

查询所述阈值表，通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流变化率值所对应的防夹阈值。

本发明第二个方面提供了一种基于自学习的升降控制系统，包括：

电机；

检测模块，所述检测模块按照预设采样周期采集所述电机的运转电流，获得电流检测值；

电机控制单元，所述电机控制单元与所述检测模块和所述电机电连接；所述电机控制单元包括：

存储部件，所述存储部件存储预设的电流检测值/电流变化率值以及其对应的预设的防夹阈值；以及，所述存储部件存储更新后的电流检测值/电流变化率值以及其对应的预设的防夹阈值；

计算部件，所述计算部件基于所述存储部件中存储的所述防夹阈值，计算用于参与防夹自学习过程的防夹阈值的修正值；基于采样周期、当前时刻采样的电流检测值和前一时刻采样的电流检测值计算电流变化率值；

比较部件，所述比较部件将所述检测模块检测到的电流检测值或所述计算部件计算得到的电流变化率值与修正后的所述防夹阈值进行比较；

移动件，所述移动件与所述电机电连接，所述电机驱动所述移动件沿一移动行程向指定位置移动。

优选地，所述移动件配置于所述升降控制系统的桌脚内。

优选地，所述电机驱动所述移动件进行升降控制系统的高度升降调整。

优选地，所述电机控制单元还连接用于启动升降控制系统高度升降调整的升降开关。

更优选地，所述升降开关为数字开关或模拟开关中的一种或两者组合。

优选地，所述电机控制单元还连接用于测量升降控制系统是否升降到位的位置传感器。

优选地，所述电机为直流电机或步进电机。

本申请中，当前时刻指的是当前采样周期，前一时刻指的是上一采样周期。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

采用电流检测法实现升降控制系统在升降的过程中的防夹实时检测，遇到障碍物时能够自动反弹；采用防夹自学习方法，可以消除由生产过程和多次使用后疲劳导致的移动件一致性偏差，降低了对移动件的生产一致性要求，有效达到安全防夹功能，提高了升降控制系统的使用安全性能。

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例一的一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例二的一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于自学习的升降控制系统及其防夹方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

一般而言，当升降控制系统的移动件在升降的过程中，如触碰到障碍物，此时驱动移动件的电机的运转电流也会显著地提高，因此可根据这项特性，通过检测电流或电流的变化来使得移动件产生防夹动作。

一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，包括：

将上次防夹状态记录的防夹阈值、电机位置从电机控制单元的EEPROM中读取出来；

修正所述防夹阈值；

电机驱动升降控制系统升降的过程中，按照预设的采样周期采集电机的位置和电机的运转电流，获得当前时刻的电机位置、电流检测值或电流变化率值；

进行第一判断步骤，所述第一判断步骤包括：

将当前时刻的电流检测值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流检测值是否大于等于该防夹阈值；

当所述第一判断步骤的结果为是时，将修正后的防夹阈值、当前时刻的电流检测值和电机位置存入EEPROM中，更新原有数据，并启动升降控制系统的防夹动作；或者

所述第一判断步骤包括：

将当前时刻的电流变化率值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流变化率值是否大于等于该防夹阈值；

当所述第一判断步骤的结果为是时，将修正后的防夹阈值、当前时刻的电流变化率值和电机位置存入EEPROM中，更新原有数据，并启动升降控制系统的防夹动作。

其中，所述防夹动作是所述电机停止运转或反转。

具体地，实现上述防夹方法的一种升降控制系统，包括：

电机；

检测模块，所述检测模块按照预设采样周期采集所述电机的运转电流，获得电流检测值；

电机控制单元，所述电机控制单元与所述检测模块和所述电机电连接；所述电机控制单元包括：

存储部件，所述存储部件存储预设的电流值/电流变化率值以及其对应的预设的防夹阈值；以及，所述存储部件存储更新后的电流检测值/电流变化率值以及其对应的预设的防夹阈值；

计算部件，所述计算部件基于所述存储部件中存储的所述防夹阈值，计算用于参与防夹自学习过程的防夹阈值的修正值；基于采样周期、当前时刻采样的电流检测值和前一时刻采样的电流检测值计算电流变化率值；

比较部件，所述比较部件将所述检测模块检测到的电流检测值或所述计算部件计算得到的电流变化率值与修正后的所述防夹阈值进行比较；

移动件，所述移动件与所述电机电连接，所述电机驱动所述移动件沿一移动行程向指定位置移动。

实施例一：

电机控制单元根据稳态电流、作动行程、电机位置，以及防夹阈值等信息可以识别出防夹这个状态。电机控制单元记录下产生防夹时的电流检测值或电流变化率值、电机位置、防夹阈值，并存入电机控制单元的存储部件，例如，存入EEPROM，这样即使重新上电也不会丢失记录的数据。但是，在下次防夹产生之前，需要把下次防夹判断条件的防夹阈值相应地按一定比例减小或按等步长减少，这样，系统在下次防夹产生时相比上次就会更容易触发。

图1是一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法的流程示意图。

如图1所示，该防夹自学习方法包括以下步骤：

步骤A1：系统上电；

步骤A2：电机控制单元进行初始化；

步骤A3：将上次防夹状态记录的防夹阈值、电机位置从电机控制单元的EEPROM中读取到RAM中；

步骤A4：探测电机的初始位置；

步骤A5：打开连接所述电机控制单元的升降开关；

步骤A6：修正防夹阈值；

步骤A7：升降控制系统在升降过程中，检测模块按照预设采样周期采集所述电机的运转电流，获得电流检测值；计算部件基于采样周期、两个相邻时刻的电流检测值计算电流变化率值；

步骤A8：将电流检测值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流检测值是否大于等于该防夹阈值；或者将电流变化率值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流变化率值是否大于等于该防夹阈值；

步骤A9：当该电流检测值或该电流变化率值大于等于修正后的防夹阈值时，将修正后的防夹阈值、当前时刻的电机位置、电流检测值或电流变化率值存入EEPROM中，更新原有数据，并切断电流，启动升降控制系统的防夹动作；

步骤A10：当该电流检测值或该电流变化率值小于修正后的防夹阈值时，检测模块继续进行电流检测。

在一种优选实施例中，可以将RAM中的防夹阈值乘以一个衰减系数实现修正。具体地，设置阈值系数k，其中0<k<1；将从RAM中读取的防夹阈值乘以所述阈值系数k，得到修正后的防夹阈值。

在另一种优选实施例中，可以将RAM中的防夹阈值减去一个步长实现修正。具体地，设置修正值m，其中0<m<1；将从RAM中读取的防夹阈值减去所述修正值m，得到修正后的防夹阈值。

防夹产生几次后，系统会对防夹越学越灵敏，必须对防夹阈值设定一个下限，或设定防夹自学习的次数，也就是说，防夹自学习学到一定的程度就不再学习。

在一种优选实施例中，预设一阈值下限；当升降控制系统已经进行过n次防夹自学习，n为≥1的自然数，若防夹自学习过程中获得的防夹阈值小于等于预设的阈值下限，则此防夹自学习过程中获得的防夹阈值、电机位置、电流检测值或电流变化率值不进行保存，防夹自学习结束。

在另一种优选实施例中，设置一防夹自学习计数器，并将所述防夹自学习计数器清零；预设第一计数值。判断当前时刻的电流检测值或电流变化率值是否大于等于修正后的防夹阈值；如果是，将所述防夹自学计数器加一。检测所述防夹自学计数器的值是否等于所述第一计数值；如果是，则此防夹自学习过程中获得的防夹阈值、电机位置、电流检测值或电流变化率值不进行保存，防夹自学习结束；并且所述防夹自学习计数器清零。

实施例二：

所述电机控制单元的EEPROM中可以预先设置有阈值表，该阈值表可根据电流或电流变化率、电机位置等主要特征信息，根据不同的数值分成block，每个block中存放不同的学习到的防夹阈值。实际应用中，可以运用插值算法得到不同位置不同电流检测值下的不同的防夹阈值，用于防夹判断。

表1给出了一种阈值表的示例。如表1所示，该表存放了不同电机位置下，不同的电流值对应的防夹阈值，此时的电机供电电压为12V，空载转速为300+/-10％RPM，额定负载为1.2Nm。

表1，阈值表

电机控制单元可获得当前时刻检测到的电流值和电机位置，以及计算出的电流变化率值。在学习模式时，当不同的人手搭在移动部件上时，也就是说外部力不一样作用到系统上，系统可识别学习到不同的防夹阈值存储到控制单元中。在不同的电机位置上，防夹阈值可能不一样。需要把电机位置分成几个点，在这几个位置点上分别学习到不同的防夹阈值。

图2是另一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法的流程示意图。

如图2所示，该防夹自学习方法包括以下步骤：

步骤B1：系统上电；

步骤B2：电机控制单元进行初始化；

步骤B3：将阈值表从电机控制单元的EEPROM中读取到RAM中；

步骤B4：探测电机的初始位置；

步骤B5：打开连接所述电机控制单元的升降开关；

步骤B6：修正阈值表中的防夹阈值；

步骤B7：升降控制系统在升降过程中，检测模块按照预设采样周期采集所述电机的运转电流，获得电流检测值；计算部件基于采样周期、两个相邻时刻的电流检测值计算电流变化率值；

步骤B8：查询所述阈值表，通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流检测值所对应的防夹阈值；或者通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流变化率值所对应的防夹阈值。

步骤B9：将电流检测值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流检测值是否大于等于该防夹阈值；或者将电流变化率值与修正后的防夹阈值进行比较，判断该电流变化率值是否大于等于该防夹阈值；

步骤B10：当该电流检测值或该电流变化率值大于等于修正后的防夹阈值时，读取RAM中的阈值表，将修正后的防夹阈值、当前时刻的电机位置、电流检测值或电流变化率值写入阈值表，并将更新后的阈值表存入EEPROM中；切断电流，启动升降控制系统的防夹动作；

步骤B11：当该电流检测值或该电流变化率值小于修正后的防夹阈值时，检测模块继续进行电流检测。

综上所述，本发明提供的方案，采用电流检测法实现升降控制系统在升降的过程中的防夹实时检测，遇到障碍物时能够自动反弹。采用防夹自学习方法，可以消除由生产过程和多次使用后疲劳导致的移动件一致性偏差，降低了对移动件的生产一致性要求，能有效达到安全防夹功能。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，其特征在于，包括：

电机控制单元的EEPROM中存有阈值表，所述阈值表中预设有不同的电机位置下不同的电流值或电流变化率值对应的防夹阈值；

系统上电，电机控制单元进行初始化，将阈值表从电机控制单元的EEPROM中读取到RAM中；

探测电机的初始位置，打开连接所述电机控制单元的升降开关；

修正阈值表中的防夹阈值，将RAM中的防夹阈值乘以一个衰减系数或者减去一个步长实现修正，得到修正后的防夹阈值；

电机驱动升降控制系统升降的过程中，按照预设的采样周期采集电机的位置和电机的运转电流，获得当前时刻的电机位置、电流检测值，以及基于采样周期、两个相邻时刻的电流检测值计算电流变化率值；

查询所述阈值表，通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流检测值所对应的防夹阈值；或者通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流变化率值所对应的防夹阈值；

进行第一判断步骤，所述第一判断步骤包括：将当前时刻的电流检测值与插值算法计算得到的防夹阈值进行比较，判断该电流检测值是否大于等于该防夹阈值；或者，将当前时刻的电流变化率值与插值算法计算得到的防夹阈值进行比较，判断该电流变化率值是否大于等于该防夹阈值；

当所述第一判断步骤的结果为是时，读取RAM中的阈值表，将当前时刻的电机位置、电流检测值或电流变化率值，以及与该电流检测值或电流变化率值对应的防夹阈值写入阈值表，并将更新后的阈值表存入EEPROM中，更新原有数据；切断电流，启动升降控制系统的防夹动作；

当所述第一判断步骤的结果为否时，继续进行电流检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，其特征在于：所述升降控制系统的防夹动作是所述电机停止运转或反转。

3.根据权利要求1所述的一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，其特征在于：所述电流变化率值的计算方法包括：

将当前时刻采样的电流检测值减去前一时刻采样的电流检测值，二者的差值除以预设的采样周期，得到所述电流变化率值。

4.根据权利要求1所述的一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，其特征在于，修正所述防夹阈值包括：

设置阈值系数k，其中0<k<1；将从EEPROM中读取的防夹阈值乘以所述阈值系数k，得到修正后的防夹阈值；或者

设置修正值m，其中0<m<1；将从EEPROM中读取的防夹阈值减去所述修正值m，得到修正后的防夹阈值。

5.根据权利要求1所述的一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，其特征在于，还包括：

预设一阈值下限；

当升降控制系统已经进行过n次防夹自学习，n为≥1的自然数，若防夹自学习过程中获得的防夹阈值小于等于预设的阈值下限，则此防夹自学习过程中获得的防夹阈值、电机位置、电流检测值或电流变化率值不进行保存，防夹自学习结束。

6.根据权利要求1所述的一种基于自学习的升降控制系统的防夹方法，其特征在于，还包括：

设置一防夹自学习计数器，并将所述防夹自学习计数器清零；预设第一计数值；

判断当前时刻的电流检测值或电流变化率值是否大于等于修正后的防夹阈值；如果是，将所述防夹自学计数器加一；

检测所述防夹自学计数器的值是否等于所述第一计数值；如果是，则此防夹自学习过程中获得的防夹阈值、电机位置、电流检测值或电流变化率值不进行保存，防夹自学习结束；并且所述防夹自学习计数器清零。

7.一种基于自学习的升降控制系统，其特征在于，包括：

电机；

检测模块，所述检测模块按照预设采样周期采集所述电机的运转电流，获得电流检测值；

电机控制单元，所述电机控制单元与所述检测模块和所述电机电连接；所述电机控制单元包括：

存储部件，所述存储部件存有阈值表，所述阈值表中预设有不同的电机位置下不同的电流值/电流变化率值以及其对应的预设的防夹阈值；以及，所述存储部件存储更新后的电流检测值/电流变化率值以及其对应的防夹阈值；

计算部件，所述计算部件基于所述存储部件中存储的所述防夹阈值，计算用于参与防夹自学习过程的防夹阈值的修正值；基于采样周期、当前时刻采样的电流检测值和前一时刻采样的电流检测值计算电流变化率值；以及，通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流检测值所对应的防夹阈值，或者通过插值算法计算当前时刻的电机位置下的电流变化率值所对应的防夹阈值；

比较部件，所述比较部件将所述检测模块检测到的电流检测值或所述计算部件计算得到的电流变化率值与插值算法计算得到的防夹阈值进行比较；

移动件，所述移动件与所述电机电连接，所述电机驱动所述移动件沿一移动行程向指定位置移动。

8.根据权利要求7所述的一种基于自学习的升降控制系统，其特征在于：所述电机控制单元还连接用于启动升降控制系统高度升降调整的升降开关，所述升降开关为数字开关或模拟开关中的一种或两者组合。

9.根据权利要求7所述的一种基于自学习的升降控制系统，其特征在于：所述电机控制单元还连接用于测量升降控制系统是否升降到位的位置传感器。

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