CN115242131A - 电机软启停的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种电机软启停的控制方法，包括：确定电机当前需要执行的动作指令，基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机完成动作指令。由于电机转速与控制信号占空比正相关，现有技术中在需要控制电机起动或转向时，直接根据设置好的固定占空比信号对电机进行控制。本实施例中，是在一定时间内，基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机控制信号的占空比从0逐渐增加到预设占空比值，或从预设占空比值逐渐减少到0，使电机在完成动作指令时具有一个缓冲过程，从而避免了电机在进行启停或转向时受到的瞬间电流冲击过大的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种电机软启停的控制方法。
背景技术
采用PWM驱动的直流电机，因其应用灵活、调速精准、转向方便，在日常生活用具和专业设备中得到广泛应用。如医疗器械领域的蠕动泵即采用PWM驱动的直流减速电机来带动，通过正反转向控制，实现手术过程中生理盐水或其他液体的泵入或吸出。
电机在起动时需要的电流大概是额定电流的6倍左右，在起动时电机会受到比正常工作时更大的电流冲击，这样的电流冲击会增加电机的损耗，减少电机的寿命，甚至当电流过大时会对机器内部的其他零件造成破坏。
以蠕动泵为例，除起动时造成电机瞬间电流过大之外，手术间歇时，蠕动泵需暂停工作，要求蠕动泵从泵入状态快速转为吸出状态工作几秒后停止，即蠕动泵驱动电机需由正转快速转为反转，这种工作方式不仅会对电机绕组产生大电流的冲击，同时对电机的机械部分和蠕动泵机械部分也会造成巨大的磨损消耗。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中电机在进行启停或转向时受到的瞬间电流冲击过大的问题，本申请提供一种电机软启停的控制方法。
本申请的方案如下：
一种电机软启停的控制方法，包括：
确定电机当前需要执行的动作指令；
基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机完成所述动作指令。
优选地，所述方法还包括：
根据预设控制时间和预设定时间隔得到总调整次数；
根据总调整次数、当前调整次数和预设占空比，确定当前调整次数对应的电机控制信号的占空比。
优选地，所述动作指令包括：起动指令、停止指令和转向指令。
优选地，在所述动作指令为起动指令时，基于预设定时间隔，逐次增加电机控制信号的占空比；
在所述动作指令为停止动指令时，基于预设定时间隔，逐次减少电机控制信号的占空比。
优选地，在所述动作指令为转向指令，且当前调整次数未达到总调整次数的一半时，基于预设定时间隔，逐次减少电机控制信号的占空比；
在所述动作指令为转向指令，且当前调整次数达到总调整次数的一半时，基于预设定时间隔，逐次增加电机控制信号的占空比。
优选地，所述总调整次数、所述当前调整次数、所述预设占空比和当前调整次数对应的电机控制信号的占空比满足线性函数关系或非线性函数关系。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请中电机软启停的控制方法，包括：确定电机当前需要执行的动作指令，基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机完成动作指令。由于电机转速与控制信号占空比正相关，现有技术中在需要控制电机起动或转向时，直接根据设置好的固定占空比信号对电机进行控制。本实施例中，是在一定时间内，基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机控制信号的占空比从0逐渐增加到预设占空比值，或从预设占空比值逐渐减少到0，使电机在完成动作指令时具有一个缓冲过程，从而避免了电机在进行启停或转向时受到的瞬间电流冲击过大的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的一种电机软启停的控制方法的流程图；
图2是本申请一个实施例提供的一种PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制技术）直流电机驱动系统的电路结构图；
图3是本申请一个实施例提供的一种PWM波形示意图；
图4是本申请一个实施例提供的一种电机转速线性增加软起动示意图；
图5是本申请一个实施例提供的一种电机转速非线性增加软起动示意图；
图6是本申请一个实施例提供的另一种电机转速非线性增加软起动示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
一种电机软启停的控制方法，参照图1，包括：
S11：确定电机当前需要执行的动作指令；
需要说明的是，动作指令包括：起动指令、停止指令和转向指令。
S12：基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机完成动作指令。
需要说明的是，本实施例中的技术方案可以应用于电机控制技术领域，具体可以应用到医疗器械领域，如蠕动泵的正反转向控制，实现手术过程中生理盐水或其他液体的泵入或吸出。
具体实施时，基于MCU通过PWM电机驱动器完成对电机的驱动。PWM直流电机驱动系统参见图2，主要由电机、PWM电机驱动器、MCU和电机转速反馈装置组成。其中，PWM电机驱动器是较为成熟的专用芯片（如Allegro公司的A4950芯片），输出端OUT1和OUT2直接与电机两极连接，OUT1为高电平、OUT2为低电平时电机正转；OUT1为低电平、OUT2为高电平时电机反转；OUT1、OUT2同为高电平时电机停转；OUT1、OUT2同为高阻态时，电机失去动力，惯性运动，芯片进入低功耗状态，IN1和IN2是PWM电机驱动器的输入控制引脚。
PWM电机驱动器的输入控制IN1、IN2信号由控制单元MCU产生，MCU通过调整IN1和IN2的高低电平及占空比（即产生相应的PWM信号），即可实现电机的转速、转向及启停控制。
MCU可以是单片机或更高端的智能控制系统，可按照一定的条件（对应PWM电机驱动器真值表）生成PWM信号或固定电平输出到IN1、IN2，通过PWM电机驱动器实现电机动作控制。
电机转速反馈模块是电机运动状态采集反馈单元，实现电机转速实时采集反馈。可通过光电码盘测速法、霍尔元件测速法等方法实现，得到反应电机转速的脉冲信号，反馈给MCU单元，MCU通过脉宽或单位时间内的脉冲个数，对应电机转速反馈单元的特征公式可计算出电机的实时转速。
需要说明的是，PWM调速原理如下：在IN1或IN2上，设置一定频率的方波输出（另一输入端设为低电平），并调整方波周期内输出高电平的占空比实现。占空比为1时，维持高电平，占空比为0时，维持低电平。参照图3，若占空比为0~1之间的值x，则在一个周期T内，x*T时间为高电平，（1-x）*T时间为低电平。电机转速与PWM信号占空比正相关，占空比越小，则电机转速越低；占空比越大电机转速越高。因此，通过MCU控制PWM电机驱动器的IN1或IN2输入（即IN1或IN2上输入PWM信号，另一端设置为低电平），再通过调整PWM信号的占空比即可实现电机调速。
需要说明的是，本实施例中的电机软启停的控制方法，在上述电机控制原理的基础上，对电机控制信号的占空比输入进行了优化。
本实施例中的电机软启停的控制方法，还包括：
根据预设控制时间和预设定时间隔得到总调整次数；
根据总调整次数、当前调整次数和预设占空比，确定当前调整次数对应的电机控制信号的占空比。
例如，电机当前需要执行的动作指令为起动指令，预设占空比为1，预设控制时间为1秒，预设定时间隔为0.1秒；根据预设控制时间和预设定时间隔得到总调整次数为10次，在实施时，首次电机控制信号的占空比为0.1，通过10次逐渐增加占空比，最终达到占空比为1。电机将由低速起动，逐渐提升转速直至1秒时达到最高转速，由此实现电机的软起动。
具体实施时，预设占空比为P；预设控制时间为Ts；预设定时间隔为t；则总调整次数为N=Ts/t；定时器到达计时时间后，产生中断，中断计次为n，其初始值为0，最大值为N；设第n次占空比值为Pn。
在定时器计时中断时，设置IN端的PWM信号占空比，逐渐增大，直至第N次调整达到配置要求的占空比P，完成电机软起动过程。
其中，第n次调整对应的电机控制信号的占空比可以为Pn=P*(n/N)，此时电机起动转速是线性增加，参见图4。
采用不同的公式计算Pn值，可以得到电机转速非线性增加的软起动过程，图5和图6分别例举了采用平方公式Pn=P*(n/N)2和开方公式Pn=P*(n/N)1/2所得到的电机软起动过程转速增加曲线，通过增加变量系数和常量还可得到不同变化率及初始占空比非0的软起动曲线，此处不一一例举，具体实施时可根据实际应用的需要灵活选取设定。
需要说明的是，在动作指令为起动指令时，基于预设定时间隔，逐次增加电机控制信号的占空比；在动作指令为停止动指令时，基于预设定时间隔，逐次减少电机控制信号的占空比。基于此，电机在执行停止指令时的流程原理同上，此处不做赘述。
现有技术中，在动作指令为转向指令时，控制PWM电机驱动器进入惯性运动模式（即设置IN1、IN2为低电平），在电机及其负载部分的运动惯性作用下逐渐停止。在电机换向动作时，通过电机转速反馈单元检测到电机转速低于一定数值后（如转速低于60r/min），施加电机反向转动软起动过程，从而完成电机换向动作。
需要说明的是，本实施例中的技术方案，在动作指令为转向指令，且当前调整次数未达到总调整次数的一半时，基于预设定时间隔，逐次减少电机控制信号的占空比；
在动作指令为转向指令，且当前调整次数达到总调整次数的一半时，基于预设定时间隔，逐次增加电机控制信号的占空比。
具体实施时，例如预设软停止和软起动整个过程的控制时间为1秒，其中500毫秒实现软停止，500毫秒实现反向软起动，预设定时间隔为0.1秒，根据预设控制时间和预设定时间隔得到总调整次数为10次。预设占空比为P；预设控制时间为Ts；预设定时间隔为t；则总调整次数为N=Ts/t；定时器到达计时时间后，产生中断，中断计次为n，其初始值为0，最大值为N；设第n次占空比值为Pn。
在定时器中断处理函数中，需要增加当前调整次数n是否大于N/2次的判别，当小n于N/2时，电机处于软停止状态，电机转速PWM占空比逐渐减小，当前调整次数对应的电机控制信号的占空比为Pn=P*(1-2n/N)；当n大于等于N/2时，电机处于反向软起动状态，电机转速控制PWM占空比逐渐增加，当前调整次数对应的电机控制信号的占空比为Pn=P*(2*(n-N/2)/N)。需要说明的是，在电机完成软停止状态后，IN1和IN2的设置需要转换，以完成电机转动方向的改变。
可以理解的是，本实施例中的电机软启停的控制方法，是在一定时间内，基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机控制信号的占空比从0逐渐增加到预设占空比值，或从预设占空比值逐渐减少到0，使电机在完成动作指令时具有一个缓冲过程，从而避免了电机在进行启停或转向时受到的瞬间电流冲击过大的问题。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种电机软启停的控制方法，其特征在于，包括：
确定电机当前需要执行的动作指令；
基于预设定时间隔，逐次调整电机控制信号的占空比，使电机完成所述动作指令。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据预设控制时间和预设定时间隔得到总调整次数；
根据总调整次数、当前调整次数和预设占空比，确定当前调整次数对应的电机控制信号的占空比。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述动作指令包括：起动指令、停止指令和转向指令。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述动作指令为起动指令时，基于预设定时间隔，逐次增加电机控制信号的占空比；
在所述动作指令为停止动指令时，基于预设定时间隔，逐次减少电机控制信号的占空比。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述动作指令为转向指令，且当前调整次数未达到总调整次数的一半时，基于预设定时间隔，逐次减少电机控制信号的占空比；
在所述动作指令为转向指令，且当前调整次数达到总调整次数的一半时，基于预设定时间隔，逐次增加电机控制信号的占空比。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述总调整次数、所述当前调整次数、所述预设占空比和当前调整次数对应的电机控制信号的占空比满足线性函数关系或非线性函数关系。
Priority Applications (1)
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