CN114397470A

CN114397470A - 基于电机电流特性的行程控制系统

Info

Publication number: CN114397470A
Application number: CN202111401003.2A
Authority: CN
Inventors: 俞少洪; 赵鸿羽; 沈侃; 何荣
Original assignee: Zhejiang Jiecang Linear Motion Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Jiecang Linear Motion Technology Co Ltd
Priority date: 2021-11-24
Filing date: 2021-11-24
Publication date: 2022-04-26

Abstract

本发明公开了基于电机电流特性的行程控制系统，包括信号处理模块及处理器，所述信号处理模块包括采样模块、采样信号放大模块、分离模块及信号转换模块，所述采样模块通过连接电机的采样电阻获得采样信号，采样信号由采样信号放大模块进行放大后，经过分离模块分离出直流信号和交流信号，所述信号转换模块将交流信号转换为方波信号输出，所述处理器接收直流信号和方波信号，处理并输出控制指令。本发明的实质性效果包括：通过电路设计实现电机电流信号的分离提取并检测转速，有效减少推杆复杂部件，不需要霍尔感应线路板，也不需要干簧管等行程限位开关，从而大大降低推杆的生成成本。

Description

基于电机电流特性的行程控制系统

技术领域

本发明涉及电机转速检测领域，特别涉及基于电机电流特性的行程控制系统。

背景技术

目前市场产品中涉及推杆行程控制、限位位置检测、速度检测的应用场合，基本都是采用双霍尔或干簧管反馈的方案，方案选项较少，物料成本较高，装配难度较大，不利于在对成本敏感的产品中广泛使用；对部分需要电机速度反馈的应用场合而言(如：用于限位位置检测)，双霍尔反馈的性能远超使用场合的实际需求，若有新的更低成本的电机转速检测方案出现，会带来巨大的降本空间。

发明内容

针对现有技术用于检测电机速度的行程控制系统成本较高的问题，本发明提供了基于电机电流特性的行程控制系统，采样信号经过信号放大，分离提取，并转换成嵌入式单片机能够识别的电压脉冲方波，完成对电机速度的检测。有效减少推杆复杂部件，不需要霍尔感应线路板，也不需要干簧管等行程限位开关以及信号导线，从而大大降低成本。

以下是本发明的技术方案。

基于电机电流特性的行程控制系统，包括信号处理模块及处理器，所述信号处理模块包括采样模块、采样信号放大模块、分离模块及信号转换模块，所述采样模块通过连接电机的采样电阻获得采样信号，采样信号由采样信号放大模块进行放大后，经过分离模块分离出直流信号和交流信号，所述信号转换模块将交流信号转换为方波信号输出，所述处理器接收直流信号和方波信号，处理并输出控制指令。

本发明根据电机电流中交流分量产生的原因加以利用，用于电机转速的检测。即直流有刷电机的持续旋转要借助机械换向结构，电机旋转过程中，电刷与换向片从接触到断开再接触下一换向片的连续过程，会引起电流的同节奏的波动；由于电机做好之后换向片的数量是一定的，也就是说电机旋转一圈产生电流纹波的数量是已知的，因此可以利用此电流纹波的频率来推算电机转速。将此电流纹波经过滤波、放大、提取等操作后，可转化成等频率的方波脉冲信号，用于电机转速检测。应用上述方案，实现不带速度反馈的常规推杆(只需2根电机线，磁环和霍尔板均不需要)，在不做任何变更的情况下即可实现电机转速反馈功能。

作为优选，所述分离模块包括若干电阻及电容，其中电阻R9的一端连接采样信号放大模块的输出端，电阻R9的另一端连接电容C17的一端和电阻R12的一端，电容C18的另一端接地，电阻R12的另一端作为直流电流的输出端；电容C2的一端连接采样信号放大模块的输出端，分两路分别连接信号转换模块。分离模块先将电流信号分为两路，一路直流输出，一路交流输出，随后再将交流电进一步分为两路分别输入至信号转换模块。

作为优选，所述采样信号放大模块包括至少一个放大器，用于对采样信号进行一级或多级放大。

作为优选，所述采样信号放大模块包括运算放大器，运算放大器的同相输入端通过滤波电路连接采样电阻的一端。

作为优选，所述采样信号放大模块包括仪表放大器，仪表放大器的两个输入端分别连接采样电阻的两端。

作为优选，所述采样信号放大模块包括差分放大器，差分放大器的两个输入端分别连接采样电阻的两端。

作为优选，还包括设置在分离模块与信号转换模块之间的交流分量放大模块，所述交流分量放大模块将分离模块输出的交流信号分别放大，再输入至信号转换模块。

直流有刷电机的旋转过程中，流过电机的电流可以看作是直流分量和交流分量的叠加；直流分量的大小正比于电机功率和电机的负载大小；交流分量表征电机的转速和行程。本发明对电机的电流信号采样，对电流信号RC滤波，对信号运算放大，对直流和交流信号分离提取，对交流信号分量分出两路，两路交流信号经过信号转换模块输出相等频率方波脉冲信号，处理器可有效读取该带有电机运行信息方波脉冲信号得到电机转速信息。如有需要，处理器还可根据反馈电流信号，控制推杆速度、行程、位置等动作。

本发明的实质性效果包括：通过电路设计实现电机电流信号的分离提取并检测转速，有效减少推杆复杂部件，不需要霍尔感应线路板，也不需要干簧管等行程限位开关，从而大大降低推杆的生成成本。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种信号处理模块电路原理图；

图2是本发明实施例2的一种信号处理模块电路原理图；

图3是本发明实施例3的一种信号处理模块电路原理图；

图4是本发明实施例4的一种信号处理模块电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例1：

如图1所示，信号处理模块中，差分放大器的两个输入端分别经过RC滤波电路连接采样电阻的两端，差分放大器的输出端连接分离模块。

分离模块包括若干电阻及电容，其中电阻R9的一端连接采样信号放大模块的输出端，电阻R9的另一端连接电容C17的一端和电阻R12的一端，电容C18的另一端接地，电阻R12的另一端作为直流电流的输出端；电容C2的一端连接采样信号放大模块的输出端，分两路分别连接信号转换模块。分离模块先将电流信号分为两路，一路直流输出，一路交流输出，随后再将交流电进一步分为两路分别输入至信号转换模块。

信号转换模块的比较器将两路交流信号进行处理，输出方波信号至处理器。

实施例2：

如图2所示，本实施例的整体电路与上一实施例相同，区别在于采样信号放大电路使用了运算放大器，通过运算放大器的同相输入端连接采样电阻的一端，运算放大器的反相输入端通过电阻R2接地，同时运算放大器的反相输入端通过电阻R3连接自身的输出端。

实施例3：

如图3所示，本实施例与上一实施例的区别在于，采样信号放大电路使用了仪表放大器，同时还增加了交流分量放大模块。其中仪表放大器的两个输入端分别连接采样电阻的两端，仪表放大器的输出端连接分离模块。

交流分量放大模块中，分别利用两个运算放大器对两路交流信号进行单独放大，再将放大后的信号输入比较器，输出方波。

实施例4：

如图4所示，本实施例与上一实施例均设有相同的交流分量放大模块，区别在于本实施例的采样信号放大模块采用的是差分放大器。其中，差分放大器的两个输入端分别连接采样电阻的两端，差分放大器的输出端连接分离模块。

以上实施例均具有以下实质性特点：采样直流电机的电流信号，并对电流信号进行信号滤波，信号放大，分离提取，有用信号分量转换成嵌入式单片机能够识别的电压脉冲方波。单片机根据反馈电流信号，控制推杆速度、行程、位置等动作。有效减少推杆复杂部件，不需要霍尔感应线路板，也不需要干簧管等行程限位开关，以及涉及到信号导线。从而大大降低推杆的生成成本。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.基于电机电流特性的行程控制系统，包括信号处理模块及处理器，其特征在于，所述信号处理模块包括采样模块、采样信号放大模块、分离模块及信号转换模块，所述采样模块通过连接电机的采样电阻获得采样信号，采样信号由采样信号放大模块进行放大后，经过分离模块分离出直流信号和交流信号，所述信号转换模块将交流信号转换为方波信号输出，所述处理器接收直流信号和方波信号，处理并输出控制指令。

2.根据权利要求1所述的基于电机电流特性的行程控制系统，其特征在于，所述分离模块包括若干电阻及电容，其中电阻R9的一端连接采样信号放大模块的输出端，电阻R9的另一端连接电容C17的一端和电阻R12的一端，电容C18的另一端接地，电阻R12的另一端作为直流电流的输出端；电容C2的一端连接采样信号放大模块的输出端，分两路分别连接信号转换模块。

3.根据权利要求1所述的基于电机电流特性的行程控制系统，其特征在于，所述采样信号放大模块包括至少一个放大器，用于对采样信号进行一级或多级放大。

4.根据权利要求3所述的基于电机电流特性的行程控制系统，其特征在于，所述采样信号放大模块包括运算放大器，运算放大器的同相输入端通过滤波电路连接采样电阻的一端。

5.根据权利要求3所述的基于电机电流特性的行程控制系统，其特征在于，所述采样信号放大模块包括仪表放大器，仪表放大器的两个输入端分别连接采样电阻的两端。

6.根据权利要求3所述的基于电机电流特性的行程控制系统，其特征在于，所述采样信号放大模块包括差分放大器，差分放大器的两个输入端分别连接采样电阻的两端。

7.根据权利要求1所述的基于电机电流特性的行程控制系统，其特征在于，还包括设置在分离模块与信号转换模块之间的交流分量放大模块，所述交流分量放大模块将分离模块输出的交流信号分别放大，再输入至信号转换模块。