CN116078984B - 基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机芯位置预估方法，具体涉及一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法、设备及介质，包括如下步骤：由单霍尔传感器信号判断机芯是否处于初始位置；更新位置预估所需要的变量；计算机芯移动距离；计算单电角度内位置误差Err1（position）；计算单电角度内位置误差Err2（position）；计算实际预估位置；本发明使用单霍尔传感器实现机芯位置的准确预估，有效提高安全性能，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种机芯位置预估方法，具体涉及一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法、设备及介质。
背景技术
现有的电动拉铆钉枪及拉铆螺母枪多使用带霍尔传感器的无刷电机来提供动力，并用多霍尔来确定机芯位置，其中，应用最广泛的是采用三个霍尔传感器，但采用多霍尔来确定机芯位置的方式主要存在以下问题：
1.此方式对霍尔信号的依赖过高，无法规避因霍尔失败而造成的如机芯卡死、机芯超过最大允许范围等错误，且此种错误出现时多以电流保护起效来终止错误，再次启动时依然会造成同样的错误。
2.由霍尔失效而造成的错误会对物理结构造成不可恢复的冲击，甚至会对使用者人身安全造成威胁。
3.使用多个霍尔传感器，造价成本高且电路复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法、设备及介质，采用无感无刷电机和单霍尔的硬件方案，实现机芯位置的准确预估。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
第一方面，本发明提供了一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，包括如下步骤：
S1.由单霍尔传感器信号判断机芯是否处于初始位置，若无信号，则电机反转进行信号检测；
S2.基于步骤S1，更新位置预估所需要的变量，主要包括：电机换向过零次数、连续换向之间的时间间隔、拉钉电流平均滤波后的值、上次拉钉更新的静差率、上次拉钉电机过零点换向计数；
S3.基于步骤S2，电机换向过零次数为ZC_Cnt，
则Mech_roll = ZC_Cnt × Pole Pairs
其中，Mech_roll 为电机转动圈数， ZC_Cnt为电机换向过零次数，Pole Pairs为极对数；
电机通过螺旋减速杆控制机芯前进后退，
则机芯移动距离ΔX = Mech_roll × 螺杆减速比；
S4.基于步骤S3，连续换向之间的时间间隔为TIM_Cnt，可获得1/6电角度旋转时间为1/(TIM_Cnt/TIM_Period)秒；
则上一步的速度V =6× Pole Pairs ×(TIM_Cnt/TIM_Period)
其中，TIM_Period为计时器周期；
则机芯的下一步预估位置ΔX（predict）= V × TIM_Cnt(now)
其中， TIM_Cnt(now)为当前两相换向之间的时间间隔；
则单电角度内位置误差Err1（position）= ΔX（predict） - ΔX；
S5.基于步骤S4，通过拉钉电流平均滤波后的值得出负载大小，带入上次拉钉更新的静差率Sn，得出速度的预估值V(predict) = Sn × N0×P；
其中，N0为理想空载转速，P为负载率；
在一个电角度内，对速度的预估值反求导数，得出单电角度内位置误差Err2（position）；
则单电角度内位置误差Err2（position）=
其中，Δt为单电角度旋转时间，则Δt=6×1/6电角度旋转时间；
S6.基于步骤S5，按照信任度分别对机芯移动位置加权50%，对单电角度内位置误差err1加权30%，对单电角度内位置误差err2加权20%，得到实际预估位置ΔS；
则实际预估位置ΔS = ΔX（predict）×50%+（ΔX（predict）+Err1（position））×30%+（ΔX（predict）+Err2（position））×20%。
优选的，在步骤S1中，电机反转进行信号检测时，电机的反转保护由电流与转动时间共同完成，超过反转时刻最大电流值或反转超时，均认为发生物理错误，保护机身和人身安全。
优选的，统计电机换向过零次数的方法为：通过过零点时刻的ADC采样或比较器中断，在固定相上升沿或下降沿时刻计数，则计数值为电机换向过零次数。
优选的，连续换向之间的时间间隔使用定时器计数获得。
优选的，通过电流采样得到拉钉电流平均滤波后的值。
优选的，当单电角度内位置误差err1（position）或单电角度内位置误差err2（position）大于设定值时，理解为存在电机过载或堵转问题；当单电角度内位置误差err1（position）和单电角度内位置误差err2（position）未超过设定值时，则位置预估准确。
优选的，若单电角度内位置误差err1（position）或单电角度内位置误差err2（position）与设定值误差较大时，则做退回原点处理。
第二方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法中所述的步骤。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法所述的步骤。
本发明的有益效果是：
1）本发明仅使用单个霍尔传感器，除了初始霍尔传感器不需要再安装其他霍尔传感器，结构要求更简单，且摆脱了对多霍尔的依赖，有效提高安全性能。
2）相对于传统的多霍尔需要使用单片机的多引脚，本发明使用单个霍尔传感器，则只需一个空闲单片机的IO口，可减小使用的硬件资源，节约成本，也降低硬件开发难度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明步骤图；
图2是单霍尔拉铆钉枪示意图；
图3是图2中A处放大图；
图中的标记：1为电路板，2为单霍尔传感器初始位置，3为磁钢。
具体实施方式
实施例1
如图1-3所示的一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，包括如下步骤：
S1.由单霍尔传感器信号判断机芯是否处于初始位置，若无信号，则电机反转进行信号检测，电机反转进行信号检测时，电机的反转保护由电流与转动时间共同完成，超过反转时刻最大电流值或反转超时，均认为发生物理错误，保护机身和人身安全；
S2.基于步骤S1，更新位置预估所需要的变量，主要包括：电机换向过零次数、连续换向之间的时间间隔、拉钉电流平均滤波后的值、上次拉钉更新的静差率、上次拉钉电机过零点换向计数；
S3.基于步骤S2，如图2或图3所示，当霍尔元件和磁钢相对运动时就会产生脉冲信号，通过过零点时刻的ADC采样或比较器中断，在固定相上升沿或下降沿时刻计数，则计数值为电机换向过零次数，电机换向过零次数为ZC_Cnt，
则Mech_roll = ZC_Cnt × Pole Pairs
其中，Mech_roll 为电机转动圈数， ZC_Cnt为电机换向过零次数，Pole Pairs为极对数；
电机通过螺旋减速杆控制机芯前进后退，
则机芯移动距离ΔX = Mech_roll × 螺杆减速比；
S4.基于步骤S3，连续换向之间的时间间隔使用定时器计数获得，连续换向之间的时间间隔为TIM_Cnt，可获得1/6电角度旋转时间为1/(TIM_Cnt/TIM_Period)秒；
则上一步的速度V =6× Pole Pairs ×(TIM_Cnt/TIM_Period)
其中，TIM_Period为计时器周期；
则机芯的下一步预估位置ΔX（predict）= V × TIM_Cnt(now)
其中， TIM_Cnt(now)为当前两相换向之间的时间间隔；
则单电角度内位置误差Err1（position）= ΔX（predict） - ΔX；
S5.基于步骤S4，通过电流采样得到拉钉电流平均滤波后的值，通过拉钉电流平均滤波后的值得出负载大小，带入上次拉钉更新的静差率Sn，得出速度的预估值V(predict)= Sn × N0×P；
其中，N0为理想空载转速，P为负载率；
在一个电角度内，对速度的预估值反求导数，得出单电角度内位置误差Err2（position）；
则单电角度内位置误差Err2（position）=
其中，Δt为单电角度旋转时间，则Δt=6×1/6电角度旋转时间；
S6.基于步骤S5，按照信任度分别对机芯移动位置加权50%，对单电角度内位置误差err1加权30%，对单电角度内位置误差err2加权20%，得到实际预估位置ΔS；
则实际预估位置ΔS = ΔX（predict）×50%+（ΔX（predict）+Err1（position））×30%+（ΔX（predict）+Err2（position））×20%。
当单电角度内位置误差err1（position）或单电角度内位置误差err2（position）大于设定值时，理解为存在电机过载或堵转问题；当单电角度内位置误差err1（position）和单电角度内位置误差err2（position）未超过设定值时，则位置预估准确；若单电角度内位置误差err1（position）或单电角度内位置误差err2（position）与设定值误差较大时，则做退回原点处理。
本实施例1可根据步骤S5中的电流采样得出电流采样曲线，可用于检测断钉提前返回，或根据实施例1内容使拉钉达到设定最大位置时返回。
实施例2
本发明提供一种电子设备，电子设备包括：
至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行实施例1中所述的步骤。
实施例3
本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现实施例1中所述的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、电子设备、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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 (8)
1.一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.由单霍尔传感器信号判断机芯是否处于初始位置，若无信号，则电机反转进行信号检测；
S2.基于步骤S1，更新位置预估所需要的变量，主要包括：电机换向过零次数、连续换向之间的时间间隔、拉钉电流平均滤波后的值、上次拉钉更新的静差率、上次拉钉电机过零点换向计数；
S3.基于步骤S2，电机换向过零次数为ZC_Cnt，
则Mech_roll = ZC_Cnt × Pole Pairs
其中，Mech_roll 为电机转动圈数， ZC_Cnt为电机换向过零次数，Pole Pairs为极对数；
则机芯移动距离ΔX = Mech_roll × 螺杆减速比；
S4.基于步骤S3，连续换向之间的时间间隔为TIM_Cnt，可获得1/6电角度旋转时间为1/(TIM_Cnt/TIM_Period)秒；
则上一步的速度V =6× Pole Pairs ×(TIM_Cnt/TIM_Period)
其中，TIM_Period为计时器周期；
则机芯的下一步预估位置ΔX（predict）= V × TIM_Cnt(now)
其中， TIM_Cnt(now)为当前两相换向之间的时间间隔；
则单电角度内位置误差Err1（position）= ΔX（predict） - ΔX；
S5.基于步骤S4，通过拉钉电流平均滤波后的值得出负载大小，带入上次拉钉更新的静差率Sn，得出速度的预估值V(predict) = Sn×N0×P；
其中，N0为理想空载转速，P为负载率；
在一个电角度内，对速度的预估值反求导数，得出单电角度内位置误差Err2（position）；
则单电角度内位置误差Err2（position）=
其中，Δt为单电角度旋转时间，则Δt=6×1/6电角度旋转时间；
S6.基于步骤S5，按照信任度分别对机芯移动位置加权50%，对单电角度内位置误差Err1加权30%，对单电角度内位置误差Err2加权20%，得到实际预估位置ΔS；
则实际预估位置ΔS = ΔX（predict）×50%+（ΔX（predict）+Err1（position））×30%+（ΔX（predict）+Err2（position））×20%。
2.根据权利要求1所述的一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，其特征在于：在步骤S1中，电机反转进行信号检测时，电机的反转保护由电流与转动时间共同完成，超过反转时刻最大电流值或反转超时，均认为发生物理错误，保护机身和人身安全。
3.根据权利要求1所述的一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，其特征在于：统计电机换向过零次数的方法为：通过过零点时刻的ADC采样或比较器中断，在固定相上升沿或下降沿时刻计数，则计数值为电机换向过零次数。
4.根据权利要求1所述的一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，其特征在于：连续换向之间的时间间隔使用定时器计数获得。
5.根据权利要求1所述的一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，其特征在于：通过电流采样得到拉钉电流平均滤波后的值。
6.根据权利要求1所述的一种基于单霍尔的拉铆钉枪机芯位置预估方法，其特征在于：当单电角度内位置误差Err1（position）或单电角度内位置误差Err2（position）大于设定值时，理解为存在电机过载或堵转问题；当单电角度内位置误差Err1（position）和单电角度内位置误差Err2（position）未超过设定值时，则位置预估准确。
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的方法。
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