CN114567228B - 一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法 - Google Patents

一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，在无霍尔传感器的电机运行状态下，主芯片持续输出时钟脉冲数据，电机驱动芯片捕获所述脉冲数据；主芯片根据预设修正周期，实时计算温漂和通过转速校准方法实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差，本发明整体校准方法整体操作简单，智能化程度高，无需多余的霍尔传感器，针对电机通过对应的计算得出预设校准系数，基于预设校准系数结合并根据获得的实际转速计算得出校准后的转速，进而通过转速校准方法可实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差，不仅降低了现阶段电机的检测校准和生产加工成本，且校准精度高和校准工作便捷。

Description

一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法
技术领域
本发明涉及电机校准技术领域，特别是一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法。
背景技术
现阶段为了控制准确的流量对于电机的转速精度要求非常高，对由于市面上的电机驱动芯片计算的转速精度受内部RC振荡器的精度影响较大，尤其受温漂影响，需要对温漂影响说明的，首先电机的位置和速度可根据测量电机的电流和电压估算出，n=60f/p，通过统计电流过零点的频率，再通过LPF低通滤波即可获得公式中的f，极对数p为常量，可以推算出转速n，因此从公式可以看出转速n依赖于频率f的测量，频率f=1/T，T为过零点周期，因此T的精度依赖于芯片本身的晶振的温漂，需要获得准确的转速，现阶段缺少一种解决温漂带来的影响而实现电机转速校准的方法。
同时市面上电机一般转速精度能达到2%~5%，一些对转速依赖较大的控制系统只能在三相电机增加霍尔检测元件或通过比值判断的方法进行阈值比对的判断修正；进一步地，传统的为了解决温漂带来的影响，系统就要选择精度更高的温补晶振或者恒温晶振，如图1所示，由支持外部高精度晶体的主芯片MCU对霍尔信号进行精确统计，这样即增加了电机检测霍尔元件和晶振的成本，也增加了霍尔检测线为生产增加了环节，为此我们提供了一种基于无霍尔传感器的准确转速校准的实现方法。
发明内容
本发明的一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，其主芯片根据预设修正周期，通过转速校准方法实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差，进而完成电机转速的校准，不仅降低了电机的检测校准和生产加工成本，且校准精度高、校准工作运行稳定。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，应用于通用电机驱动芯片高精度转速校准系统，通用电机驱动芯片高精度转速校准系统包括电机、主芯片和电机驱动芯片，在无霍尔传感器的电机运行状态下，主芯片持续输出时钟脉冲数据，电机驱动芯片捕获所述脉冲数据；主芯片根据预设修正周期，通过转速校准方法实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差，进而完成转速校准，所述转速校准方法具体如下：
步骤S1，计算电机的校准系数
Figure 588735DEST_PATH_IMAGE001
；预设电机理论的基础脉冲数值
Figure 878902DEST_PATH_IMAGE002
，同时获得捕 获脉冲周期内的实际脉冲数值
Figure 431237DEST_PATH_IMAGE003
，并根据基础脉冲数值
Figure 305390DEST_PATH_IMAGE002
计算校准系数
Figure 398111DEST_PATH_IMAGE001
并存储；进一 步地，校准系数
Figure 808364DEST_PATH_IMAGE001
通过公式（1）计算得出，如下；
Figure 656234DEST_PATH_IMAGE004
公式（1）；
步骤S2，根据所述校准系数
Figure 755034DEST_PATH_IMAGE001
计算校准后的转速
Figure 917025DEST_PATH_IMAGE005
；电机驱动芯片根据电机工 作的电压和电流信号推算出实际转速
Figure 588309DEST_PATH_IMAGE006
，进一步地，根据校准系数
Figure 43298DEST_PATH_IMAGE001
计算校准后的转速
Figure 393508DEST_PATH_IMAGE005
，即校准后的转速
Figure 155928DEST_PATH_IMAGE005
通过公式（2）计算得出，如下：
Figure 275194DEST_PATH_IMAGE007
公式（2）；
步骤S3，主芯片根据预设修正周期，实时周期性的通过主芯片发出校准后的转速
Figure 462654DEST_PATH_IMAGE005
的指令，电机驱动芯片接收并执行校准后的转速
Figure 300160DEST_PATH_IMAGE005
的指令，电机实时修正校准后的转速
Figure 476058DEST_PATH_IMAGE005
的工作。
作为本发明所述一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法的一种优选方案，其 中：步骤S2中，所述电机驱动芯片根据电机工作的电压和电流信号推算出实际转速
Figure 213944DEST_PATH_IMAGE006
，具 体通过公式（3）计算得出，如下：
Figure 246622DEST_PATH_IMAGE008
公式（3）；
其中，
Figure 571424DEST_PATH_IMAGE009
是通过统计电流过零点的频率和通过LPF低通滤波电路的输出数值；
Figure 675647DEST_PATH_IMAGE010
为 常量，是电机极对数。
作为本发明所述一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法的一种优选方案，其中：所述主芯片通过脉冲宽度调制PWM或外部时钟输出MCO持续输出高精度时钟脉冲信号至电机驱动芯片。
作为本发明所述一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法的一种优选方案，其 中：步骤S1中，所述获得捕获脉冲周期内的实际脉冲数值
Figure 739811DEST_PATH_IMAGE003
，所述捕获脉冲周期的时间设为 100ms。
作为本发明所述一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法的一种优选方案，其中：所述预设修正周期为500ms。
作为本发明所述一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法的一种优选方案，其中：所述主芯片和电机驱动芯片之间通过检测线TIM-Capture连接；所述电机驱动芯片的TIM-Capture脚通过检测线TIM-Capture与脉冲宽度调制PWM脚或外部时钟输出MCO脚相连，进行捕获脉冲信号。
作为本发明所述一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法的一种优选方案，其 中：所述电机驱动芯片的脉冲捕获进行初始化配置以及中断处理，对主芯片的脉冲统计存 入寄存器，并作为实测值及实际脉冲数值
Figure 474549DEST_PATH_IMAGE003
传送给主芯片。
作为本发明所述一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法的一种优选方案，其中：所述电机应用于转速精度误差不高于千分之五的流量控制应用。
本发明的有益效果：本发明整体校准方法整体操作简单，智能化程度高，无需多余的霍尔传感器，可针对电机通过对应的计算得出预设校准系数，基于预设校准系数结合并根据获得的实际转速计算得出校准后的转速，系数更新周期为100ms，转速校准周期为500ms，基于500 ms的预设修正周期，每隔500ms周期性的实时修正电机的当前转速，进而通过转速校准方法可实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差；综上所述，本发明的转速校准方法不仅降低了现阶段电机的检测校准和生产加工成本，且校准精度高和校准工作便捷，通过电机可准确的对流量进行控制，应用于对电机的转速精度要求高的控制系统中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为传统的主芯片、电机驱动芯片、电机以及霍尔传感器的模块化结构示意图；
图2为本发明转速校准方法的流程框图；
图3为本发明主芯片、电机驱动芯片和电机的模块化结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
由于在电机校准技术领域，认为在传统的电机中，为了控制准确的流量对于电机的转速精度要求非常高，对于一些对转速依赖较大的控制系统只能在三相电机增加霍尔传感器，进而现阶段缺少一种低成本、高精度和稳定运行的转速校准方法。为解决现有技术中存在的原因，本发明实施例提供了一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，主芯片根据预设修正周期，通过转速校准方法实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差，进而完成电机转速的校准，不仅降低了电机的检测校准和生产加工成本，且校准精度高，通过电机可准确的对流量进行控制，具体如下：
参照图2，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种通用电机驱动芯片Chip2 高精度转速校准方法，在无霍尔传感器的电机运行状态下，主芯片Chip1持续输出时钟脉冲 数据，电机驱动芯片捕获脉冲数据；主芯片Chip1根据预设修正周期，实时计算温漂和通过 转速校准方法实时修正电机驱动芯片Chip2内部时钟偏移带来的转速周期的误差，预设修 正周期为500ms，每隔500ms修正电机的当前转速，进而完成转速校准，其中实时计算温漂， 具体地为单位时间内主芯片Chip1发送的脉冲数量是定值，也是本实施例转速校准方法参 考的标准，但是由于电机驱动芯片Chip2内部时钟源的温漂，电机驱动芯片Chip2捕获的脉 冲数量及实际脉冲数值
Figure 693172DEST_PATH_IMAGE003
会随着温度漂移，可能多也可能少，这个漂移就是时钟的误差，也 是速度的误差，现有技术中已有降低电机驱动芯片Chip2温度漂移误差的方案，这里本实施 例就不多叙述基于温度漂移减小实际脉冲数值
Figure 302882DEST_PATH_IMAGE003
误差值的修正，此外本实施例重点说明的 是通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，具体如下；
首先计算电机的校准系数
Figure 251247DEST_PATH_IMAGE001
，预设电机理论的基础脉冲数值
Figure 891307DEST_PATH_IMAGE002
，同时获得捕获 脉冲周期内的实际脉冲数值
Figure 721859DEST_PATH_IMAGE003
，捕获脉冲周期的时间设为100ms，并根据基础脉冲数值
Figure 872611DEST_PATH_IMAGE002
计 算校准系数
Figure 409903DEST_PATH_IMAGE001
并存储；进一步地，校准系数
Figure 486443DEST_PATH_IMAGE001
通过公式（1）计算得出，如下：
Figure 178194DEST_PATH_IMAGE004
公式（1）；
然后根据校准系数
Figure 100013DEST_PATH_IMAGE001
计算校准后的转速
Figure 22970DEST_PATH_IMAGE005
，电机驱动芯片Chip2根据电机工作 的电压和电流信号推算出实际转速
Figure 67149DEST_PATH_IMAGE006
，根据校准系数
Figure 311442DEST_PATH_IMAGE001
计算校准后的转速
Figure 302532DEST_PATH_IMAGE005
；进一步 地，校准后的转速
Figure 752099DEST_PATH_IMAGE005
通过公式（2）计算得出，如下：
Figure 668977DEST_PATH_IMAGE007
公式（2）；
最后主芯片根据预设修正周期，实时周期性的通过主芯片发出校准后的转速
Figure 633522DEST_PATH_IMAGE005
的 指令，电机驱动芯片接收并执行校准后的转速
Figure 428303DEST_PATH_IMAGE005
的指令，电机实时修正校准后的转速
Figure 857010DEST_PATH_IMAGE005
的 工作。
基于上述推算出实际转速
Figure 936000DEST_PATH_IMAGE006
，具体为电机驱动芯片Chip2根据电机工作的电压和 电流信号推算出实际转速
Figure 653421DEST_PATH_IMAGE006
，具体通过公式（3）计算得出，如下：
Figure 658417DEST_PATH_IMAGE008
公式（3）；
其中，
Figure 643428DEST_PATH_IMAGE009
是通过统计电流过零点的频率和通过LPF低通滤波电路的输出数值；
Figure 403574DEST_PATH_IMAGE010
为 常量，是电机极对数。
需要进一步说明的，该电机驱动芯片Chip2的脉冲捕获进行初始化配置以及中断 处理，初始化配置具体为电机上电时让电机驱动芯片Chip2对应的I/O工作在脉冲捕获模 式，以及上述的校准系数
Figure 608290DEST_PATH_IMAGE001
、实际转速
Figure 541611DEST_PATH_IMAGE006
和校准后的转速
Figure 384059DEST_PATH_IMAGE005
的计算更新，以及转速校准 是电机运行中持续进行的，即上述的校准系数
Figure 315106DEST_PATH_IMAGE001
更新周期为100ms，转速校准周期为 500ms，对主芯片Chip1的脉冲统计存入寄存器，并作为实测值及实际脉冲数值
Figure 679222DEST_PATH_IMAGE003
传送给主 芯片Chip1。
参照图3，本实施例包括电机、主芯片Chip1和电机驱动芯片Chip2，其中电机去掉了电机上的三个霍尔传感器以及去掉主芯片Chip1Chip1的三个检测IO接脚，本实施例的主芯片Chip1通过脉冲宽度调制PWM或外部时钟输出MCO持续输出高精度时钟脉冲信号至电机驱动芯片Chip2，主芯片Chip1和电机驱动芯片Chip2之间通过检测线TIM-Capture连接；电机驱动芯片Chip2的TIM-Capture脚通过检测线TIM-Capture与脉冲宽度调制PWM脚或外部时钟输出MCO脚相连，进行捕获脉冲信号。基于上述可知，在主芯片Chip1和电机驱动芯片Chip2之间增加了一根检测线（PWM/MCP->TIM-Capture），根据实测在不同环境温度下，电机的转速精度可以提高到千分之五，可以做到和霍尔传感器的检测校准效果，进而本实施例的电机可应用于对转速精度要求较高的电机应用中，例如在医疗中的流量控制、工业加工中的流量控制或其他高精制造中。
基于上述可知，本发明整体校准方法整体操作简单，智能化程度高，无需多余的霍 尔传感器，针对电机通过对应的计算得出预设校准系数，基于预设校准系数结合并根据获 得的实际转速计算得出校准后的转速，校准系数
Figure 852452DEST_PATH_IMAGE001
更新周期为100ms，转速校准周期为 500ms，基于500 ms的预设修正周期，每隔500ms周期性的实时修正电机的当前转速，进而通 过转速校准方法可实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差；综上所 述，本发明的转速校准方法不仅降低了现阶段电机的检测校准和生产加工成本，且校准精 度高和校准工作便捷，通过电机可准确的对流量进行控制，应用于对电机的转速精度要求 高的控制系统中。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，应用于通用电机驱动芯片高精度转速校准系统，所述通用电机驱动芯片高精度转速校准系统包括电机、主芯片和电机驱动芯片，其特征在于，在无霍尔传感器的电机运行状态下，主芯片持续输出时钟脉冲数据，电机驱动芯片捕获所述脉冲数据，所述主芯片根据预设修正周期，所述预设修正周期的时间设为500ms，即每隔500ms周期性计算温漂和通过转速校准方法实时修正电机驱动芯片内部时钟偏移带来的转速周期的误差，进而完成转速校准，所述转速校准方法具体如下：
步骤S1，计算电机的校准系数
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；预设电机理论的基础脉冲数值
Figure 243174DEST_PATH_IMAGE002
，同时获得捕获脉冲周期内的实际脉冲数值
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，所述捕获脉冲周期的时间设为100ms，根据基础脉冲数值
Figure 538021DEST_PATH_IMAGE002
计算校准系数
Figure 686105DEST_PATH_IMAGE001
并存储；进一步地，校准系数
Figure 569748DEST_PATH_IMAGE001
通过公式（1）计算得出，如下：
Figure 622800DEST_PATH_IMAGE004
公式（1）；
步骤S2，根据所述校准系数
Figure 591893DEST_PATH_IMAGE001
计算校准后的转速
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；电机驱动芯片根据电机工作的电压和电流信号推算出实际转速
Figure 809248DEST_PATH_IMAGE006
，进一步地，根据校准系数
Figure 812976DEST_PATH_IMAGE001
计算校准后的转速
Figure 942737DEST_PATH_IMAGE005
，即校准后的转速
Figure 133547DEST_PATH_IMAGE005
通过公式（2）计算得出，如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
公式（2）；
步骤S3，主芯片根据预设修正周期，实时周期性的通过主芯片发出校准后的转速
Figure 685751DEST_PATH_IMAGE005
的指令，电机驱动芯片接收并执行校准后的转速
Figure 793253DEST_PATH_IMAGE005
的指令，电机实时修正校准后的转速
Figure 343183DEST_PATH_IMAGE005
的工作；
其中，所述主芯片和电机驱动芯片之间通过检测线TIM-Capture连接，所述电机驱动芯片的TIM-Capture脚通过检测线TIM-Capture与脉冲宽度调制PWM脚或外部时钟输出MCO脚相连，进行捕获脉冲信号；
所述电机驱动芯片的脉冲捕获进行初始化配置以及中断处理，对主芯片的脉冲统计存入寄存器，并作为实际脉冲数值
Figure 286868DEST_PATH_IMAGE003
传送给主芯片。
2.如权利要求1所述的一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，其特征在于，步骤S2中，所述电机驱动芯片根据电机工作的电压和电流信号推算出实际转速
Figure 580446DEST_PATH_IMAGE006
，具体通过公式（3）计算得出，如下：
Figure 27608DEST_PATH_IMAGE008
公式（3）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是通过统计电流过零点的频率和通过LPF低通滤波电路的输出数值；
Figure 30331DEST_PATH_IMAGE010
为常量，是电机极对数。
3.如权利要求1所述的一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，其特征在于，所述主芯片通过脉冲宽度调制PWM或外部时钟输出MCO持续输出高精度时钟脉冲信号至电机驱动芯片。
4.如权利要求1所述的一种通用电机驱动芯片高精度转速校准方法，其特征在于，所述电机应用于转速精度误差不高于千分之五的流量控制应用。
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