CN117040357A - 一种智能调速方法、控制器及厨房设备 - Google Patents

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CN117040357A CN202310997438.0A CN202310997438A CN117040357A CN 117040357 A CN117040357 A CN 117040357A CN 202310997438 A CN202310997438 A CN 202310997438A CN 117040357 A CN117040357 A CN 117040357A
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吴清元
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Abstract

本发明公开了一种智能调速方法、控制器及厨房设备，智能调速方法，包括：选择合适的MCU，设置主频及调功分辨率π；机器启动时MCU读取程序设置好的档位信息；MCU根据不同的档位按不同的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动，并采集电机的实时转速信息，其中，转速信息包括档位、速度及速度变化率K；MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值；MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率，MCU根据相应的斩波值/PWM值计算延时时间，调节功率开关管的通、断时间，实现调功，达到调节速度的目的，达到在厨房设备负载变化或者是不同负载情况下不调速以及转速稳定。

Description

一种智能调速方法、控制器及厨房设备
技术领域
本发明涉及电机调速技术领域，更具体的说是涉及一种智能调速方法、控制器及厨房设备。
背景技术
在厨师机、搅拌机等产品上，电机带动搅拌件进行转动，电机轴的转速基于电压的不稳定、负载量的变化等原因，会出现转速不稳定的情况。而为了解决这一问题，现有专利号202110242860.6提出了一种搅拌机不掉速控制方法、装置及搅拌机，其是根据电流信息来判断负载的梯度，根据对应的负载梯度所对应的固定的斩波方式调整电机的驱动功率，即达到调速的目的。但是根据电流信息判断负载梯度，不直接，并且通过采集电流信号分析负载梯度，误差大，因此电机的转速还是不稳定。
因此，现有技术还有待于改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种智能调速方法、控制器及厨房设备。
为了实现上述目的，本发第一方面提出一种智能调速方法，包括：
选择合适的MCU，设置主频及调功分辨率π；
机器启动时MCU读取程序设置好的档位信息；
MCU根据不同的档位按不同的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动，并采集电机的实时转速信息，其中，转速信息包括档位、速度及速度变化率K；
MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值；
MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率，从而稳定转速。
作为本发明优选的一种方案，所述的选择合适的MCU，设置主频及调功分辨率π包括：
根据选定的MCU，设置MCU主频；
根据MCU的主频及所要处理的事宜繁琐以确定合适的调功分辨率π。
作为本发明优选的一种方案，所述的机器启动时MCU读取程序设置好的档位信息，该档位信息包括：档位级别及档位斩波值/PWM值；
每个档位又分启动前期的软启动及正常负载下的档位斩波值/PWM值。
作为本发明优选的一种方案，所述的MCU根据不同的档位按不同的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动，并采集电机的实时转速信息包括：
电机选用R对磁极的,其可在半波时间(T/2周期)内接收到多个速度信号，得到当前速度；MCU将在时间Z内获取两个不同时刻速度值，并得出一个速度变化率K。
作为本发明优选的一种方案，所述的MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值包括：
MCU先设置好不同的档位、不同的速度及速度变化率K对应的斩波值X；其中，将一个交流电源半波分为N份，N＝(T/2)/π，N为自然数；在Z时间内记录两个速度从而计算其速度变化率；根据当前速度及速度变化率，来确定相应的斩波值X；
作为本发明优选的一种方案，所述的MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率包括：
基于斩波值X调整MCU的延迟时间T1，T1＝X*π＝X*(T/2)/N，在延时T1时间后给触发信号导通，导通时间T2，其中，MCU在交流电源在每半波周期需要进行一次斩波值X的调整，且X小于N。
作为本发明优选的一种方案，所述的MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值包括：
MCU先设置好不同的档位、不同的速度及速度变化率K对应的PWM值；其中，将PWM周期t分成N份，在Z时间内记录两个速度从而计算其速度变化率，根据当前速度与速度变化率来确定相应的PWM值。
作为本发明优选的一种方案，所述的MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率包括：
基于PWM值Y调整MCU的延迟时间t1，t1＝Y*π＝Y*(t/N)，其中，在每周期需要进行一次PWN值Y的调整，Y小于N。
本发明的第二方面，提出一种智能调速控制器，包括：
获取单元，用于获取机器启动时的档位信息；
采集单元，用于采集机器的当前转速；
计算单元，用于根据所采集的Z时间的内获取两个不同时刻速度值，得出一个速度变化率K；
确定单元，用于根据当前档位、当前转速以及速度变化率K确定对应的斩波值/PWM值；功率调整单元，用于根据当前对应的斩波值/PWM值调整电机输出功率。
本发明的第三方面，提出一种厨房设备，包括所述的一种智能调速控制器。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：本发明通过获取电机的当前档位、当前速度以及速度变化率，根据当前档位所对应的信息表，并且将当前速度以及速度变化率与信息表中的速度和速度变化率作对比，获取对应的斩波值/PWM值，MCU根据相应的斩波值/PWM值计算延时时间，调节功率开关管的通、断时间，实现调功，达到调节速度的目的，达到在厨房设备负载变化或者是不同负载情况下不调速以及转速稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明中智能调速方法的流程图；
图2为本发明中智能调速方法中S100的流程图；
图3为本发明中智能调速方法中S200的流程图；
图4为本发明中智能调速方法中S300的流程图；
图5为本发明中智能调速方法中S400、S500的流程图1；
图6为本发明中智能调速方法中S400、S500的流程图2；
图7为本发明中斩波驱动方式对应的一个周期的电压波形图；
图8为本发明中PWM驱动方式对应的一个周期的电压波形图；
图9为本发明中智能调速控制器的结构框图；
图10为本发明中厨房设备的示意图；
图11为本发明中厨房设备的爆炸图。
附图标记说明
获取单元110；采集单元120；计算单元130；确定单元140；功率调整单元150；
底座200；电机210；机头300；传动组件310；搅拌碗400。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
目前，市面上需要具有搅拌功能的设备，如榨汁机、搅拌机、厨师机等，主要是通过搅拌组件转动实现相应的功能，而随着设备中食材增加或者不稳定负载，电机的负载加大时，导致电机转速降低，直至停止转动。
针对于上述问题，本方案提出了一种智能调速方法、控制器及厨房设备，请出参阅图1所示，智能调速方法：包括以下步骤：
S100,选择合适的MCU，设置主频及调功分辨率π；
作为一可选实施例，如图2所示，所述的选择合适的MCU，设置主频及调功分辨率π包括：
S110，根据选定的MCU，设置MCU主频；
S120，根据MCU的主频及所要处理的事宜繁琐以确定合适的调功分辨率π；
具体地，根据MCU供应商的不同MCU的主频而选择不同的MCU，厨房设备可能是：搅拌机、破壁机、厨师机等；
如搅拌机，其具备不同档位的不同搅拌转速；
如破壁机，其具备不同食材的不同档位的不同搅拌转速以及发热功能；
如厨师机，其具备不同模式不同食材的不同档位的不同搅拌转速以及可调节不同的发热功率；
那么，可以认为，搅拌机、破壁机、厨师机中MCU的处理事宜从简单到复杂，在选择MCU的时候，其主频一般是确定，不同型号的MCU其主频不同，而本实施例在选择MCU时，根据实际需要选择，因为主频太高的MCU会增加成本，主频太低不能满足机器检测及处理的速度需求；
在选择了MCU后，根据MCU的主频及所需要处理的事宜，来确定调功分辨率π，低的分辨率可增加调速的平滑性,但太低会增加MCU的负担。
S200,机器启动时MCU读取程序设置好的档位信息；
作为一可选实施例，如图3所示：
S210，所述的机器启动时MCU读取程序设置好的档位信息，该档位信息包括：档位级别及档位斩波值/PWM值；
具体地，档位级别是根据于机器类型不同而设定，针对于每个档位设置有相应的档位斩波值/PWM值，如设定机器具备有三个档位，分别为一级档位、二级档位和三级档位，而三个档位则对应一级档位斩波值/PWM值、二级档位斩波值/PWM值和三级档位斩波值/PWM值；
可以理解为，当用户输入三级档位指令时，MCU识别当前档位为三级档位，则按照相应的三级档位斩波值/PWM值的进行斩波/PWM驱动；又或者当用户输入一级档位指令时，MCU识别当前档位为一级档位，则按照相应的一级档位斩波值/PWM值的进行斩波/PWM驱动。
S220，每个档位又分启动前期的软启动及正常负载下的档位斩波值/PWM值。
则每级档位中含有一个软启动档位斩波值/PWM值和一个正常负载档位斩波值/PWM值；设备在识别当前档位后，如识别当前为一级档位，启动时先按照软启动档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动运行，然后按照正常负载档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动运行，减少对电网冲击。
S300,MCU根据不同的档位按不同的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动，并采集电机的实时转速信息，其中，转速信息包括档位、速度及速度变化率K；
作为一可选实施例，如图4所示：
S310，电机选用R对磁极的,其可在半波时间(T/2周期)内接收到多个速度信号，得到当前速度；
具体地，R取值可以为2-6，这里优选R＝3，即电机上带有霍尔元件可直接检测电机的转速，并且是配有3对磁极以便快速的获得当前速度；
S320，MCU将在时间Z内获取两个不同时刻速度值，并得出一个速度变化率K。
具体地，设备运行时，MCU首先识别当前的档位，当前档位是用户所设定的，那么MCU则按照当前档位的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动，由于电机的速度是不稳定的，在半波周期接受到多个速度信号，获取指定时间段内两个不同时刻的电机速度V，这里的指定时间段为Z，Z数值可以人为设定，而电机速度通过霍尔元件进行测量，本实施例中电机上带有三对磁极及霍尔测速元件，通过多对电磁极设置，可使MCU在极短时间Z内检测到两个转速信号，设定第一次检测速度V1，第二次检测速度V2，那么速度变化率K＝(V2-V1)/z。
S400,MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值；
值得说明的是，电机调速驱动方式有两种：一种是PWM脉冲调速驱动方式另一种为斩波调速驱动方式,所谓脉冲宽度调变信号就是一连串可以调整脉冲宽度的信号，脉宽调变是一种调变简单方法。在它的基本形式上，方波工作周期是根据输入信号的变化而变化，在直流电机控制系统中，为了减少流经电机绕线电流及降低功率消耗等目的，常常使用脉冲宽度调变信号来控制交换式功率组件的开与关动作时间，其最常使用的就是通过改变输出脉冲宽度或频率来改变电机的转速；
斩波调速驱动方式是根据每个周期中所接收到的触发信号，在每个周期中的某一时刻导通，某一时刻断开，通过改变通断时间来改变电机的转速。
作为一可选实施例，如图5所示，所述的MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值包括：
S410，MCU先设置好不同的档位、不同的速度及速度变化率K对应的斩波值X；其中，将一个交流电源半波分为N份，N＝(T/2)/π，N为自然数；在Z时间内记录两个速度从而计算其速度变化率；根据当前速度及速度变化率，来确定相应的斩波值X；
具体地，MCU中预先储存有信息表，该信息表包括：档位、速度、速度变化率k以及斩波值X；
采集电机的实时转速信息时，首先，获取当前档位，如获取当前档位为一级档位，则读取信息表中一级档位的内容；
接着，采集当前速度，将当前速度与信息表中记录的一级档位中的速度对比，获取与当前速度最接近的速度；这里，还可能是，采集两组当前速度数据，取其平均速度，获取与平均速度最接近的速度；
然后，通过所采集当的两组当前速度数据，计算出当前速度变化率K；
根据平均速度、当前速度变化率K获取信息表中对应的斩波值X。
S500,MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率，从而稳定转速。
作为一可选实施例，如图5所示，MCU根据斩波值X进行斩波驱动以调整电机输出功率，包括：
S510，基于斩波值X调整MCU的延迟时间T1，T1＝X*π＝X*(T/2)/N，在延时T1时间后给触发信号导通，导通时间T2，如图7所示。
S520,MCU在交流电源在每半波周期需要进行一次斩波值X的调整，且X小于N。
那么，通过斩波值X变化，改变导通时间以及延时时间，进而调整电机的输出功率。
再者，采用交流斩波调速驱动方式调节功率时，必须在电源额定频率的最小半波周期进行一次斩波的调节，以便获得过最快的反馈及处理速度，MCU在交流电源半波T/2的周期内就要对斩波做一次调功即斩波方式调整斩波值X的大小以确保调功的及时性，其中X不能大于N，当N越大就可将T/2半波周期时间分得越小，也就是说π时间内对应的速度变化越小，接近无极调速的效果，因而调速的平滑性就越好。
作为一可选实施例，所述步骤S400和S500还可以采用以下方案：
如图4和图6所示，所述的MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的PWM值包括：
S410’,MCU先设置好不同的档位、不同的速度及速度变化率K对应的PWM值Y；其中，将PWM周期t分成N份，在Z时间内记录两个速度从而计算其速度变化率，根据当前速度与速度变化率来确定相应的PWM值Y；
具体地，MCU中预先储存有信息表，该信息表包括：档位、速度、速度变化率k以及PWM值；
采集电机的实时转速信息时，首先，获取当前档位，如获取当前档位为一级档位，则读取信息表中一级档位的内容；
接着，采集当前速度，将当前速度与信息表中记录的一级档位中的速度对比，获取与当前速度最接近的速度；这里，还可能是，采集两组当前速度数据，取其平均速度，获取与平均速度最接近的速度；
然后，通过所采集当的两组当前速度数据，计算出当前速度变化率K；
根据平均速度、前速度变化率K获取信息表中对应的PWM值。
S500,MCU根据PWM值进行PWM驱动以调整电机输出功率，从而稳定转速。
如图4所示，MCU根据PWM值进行斩波驱动以调整电机输出功率，包括：
S510’，基于PWM值Y调整MCU的延迟时间t1，t1＝Y*π＝Y*(t/N)，其中，在每周期需要进行一次PWN值Y的调整，Y小于N，如图8所示。
S520’，MCU调功需在调功周期T的下一个周期要对电机做一次PWM调功即调整Y的大小以确保调功的及时性。
那么，通过PWM值Y变化，改变导通时间以及延时时间，进而调整电机的输出功率。
MCU在延时t1＝Y*π＝Y*(t/N)后给触发信号关断，t1为导通时间，t2为关断时间，当t1越大，t2越小时电机的输出功率越大，否则反之。MCU调功需在调功周期T的下一个周期要对电机做一次PWM调功即调整Y的大小以确保调功的及时性，其中Y不能大于N，当t越小就可将T周期时间分成N份，每份时间就将越小，也就是说其对应的速度变化越小，同样接近无极调速的效果，因而调速的平滑性就越好。
本发明适用厨师机、搅拌机等产品上，但是必须具备传动比足够大的传动系统以获得足够大的输出转矩，输出扭矩如果不够大很难保证电机经过斩波处理(也就是降功率后)低转速时的扭矩能够带动搅拌头搅拌面团且掉速不明显，另一方面没有高的传动比的话，就得选择大功率的电机，从而会增加了整机的成本。因此本实例选用的是一款高速500W的串激交流电机，成本低且可获得高转速，电机上带有三对磁极及霍尔测速元件，选用三对磁极可使MCU在极短时间内检测到其转速信号。
作为本申请的目的之一，还提出了一种智能调速控制器，如图9所示，包括：
获取单元110，用于获取机器启动时的档位信息；
采集单元120，用于采集机器的当前转速；
计算单元130，用于根据所采集的Z时间的内获取两个不同时刻速度值，得出一个速度变化率K；
确定单元140，用于根据当前档位、当前转速以及速度变化率K确定对应的斩波值/PWM值；
功率调整单元150，用于根据当前对应的斩波值/PWM值调整电机输出功率。
以厨师机为例，用户通过厨师机中所设定的控制面板输定启动时的档位，该档位至少设置有两级档位。
采集单元获取厨师机所输入的档位信息，这里设定为使用时，用户输入二级档位；那么，电机以二级档位所对应的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动；
采集单元可以采用霍尔元件，通过霍尔元件和多对磁极进行转速采集，当电机转动时带动磁极旋转，霍霍尔元件通过感应磁极的级数变化获取电机的旋转速度，并且将电机速度传送至MCU中；
计算单元根据在Z时间内所采集到的两个不同速度V1和V2，计算出速度变化率K，k＝(V2-V2)/Z。
确定单元用于根据当前档位、当前转速以及速度变化率K确定对应的斩波值/PWM值；
功率调整单元斩波值/PWM值来确定延时时间，进而调节功率开关管的通、断时间，实现调功，达到调节速度的目的。
作为本申请的目的之一，还提出了一种厨房设备,如图10-11所示，厨师机包括：底座200、机头300和搅拌碗400，底座200内设置有电机210，电机210的输出轴上设置有三对磁极，对应电机210的输出轴还设置有霍尔元件，霍霍尔元件通过感应磁极的级数变化获取电机的旋转速度；机头300内设置有传动组件310，该传动组件可以是齿轮传动组件和/或皮带传动组件；传动组件310的动力输出端连接有搅拌头。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种智能调速方法，其特征在于：包括：
选择合适的MCU，设置主频及调功分辨率π；
机器启动时MCU读取程序设置好的档位信息；
MCU根据不同的档位按不同的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动，并采集电机的实时转速信息，其中，转速信息包括档位、速度及速度变化率K；
MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值；
MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率，从而稳定转速。
2.根据权利要求1所述的一种智能调速方法，其特征在于：所述的选择合适的MCU，设置主频及调功分辨率π包括：
根据选定的MCU，设置MCU主频；
根据MCU的主频及所要处理的事宜繁琐以确定合适的调功分辨率π。
3.根据权利要求1所述的一种智能调速方法，其特征在于：所述的机器启动时MCU读取程序设置好的档位信息，该档位信息包括：档位级别及档位斩波值/PWM值；
每个档位又分启动前期的软启动及正常负载下的档位斩波值/PWM值。
4.根据权利要求1所述的一种智能调速方法，其特征在于：所述的MCU根据不同的档位按不同的档位斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动，并采集电机的实时转速信息包括：
电机选用R对磁极的,其可在半波时间(T/2周期)内接收到多个速度信号，得到当前速度；
MCU将在时间Z内获取两个不同时刻速度值，并得出一个速度变化率K。
5.根据权利要求1所述的一种智能调速方法，其特征在于：所述的MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值包括：
MCU先设置好不同的档位、不同的速度及速度变化率K对应的斩波值X；其中，将一个交流电源半波分为N份，N＝(T/2)/π，N为自然数；在Z时间内记录两个速度从而计算其速度变化率；根据当前速度及速度变化率，来确定相应的斩波值X。
6.根据权利要求5所述的一种智能调速方法，其特征在于：所述的MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率包括：
基于斩波值X调整MCU的延迟时间T1，T1＝X*π＝X*(T/2)/N，在延时T1时间后给触发信号导通，导通时间T2，其中，MCU在交流电源在每半波周期需要进行一次斩波值X的调整，且X小于N。
7.根据权利要求1所述的一种智能调速方法，其特征在于：所述的MCU根据采集的电机的实时转速信息来确定实时转速信息所对应的斩波值/PWM值包括：
MCU先设置好不同的档位、不同的速度及速度变化率K对应的PWM值；其中，将PWM周期t分成N份，在Z时间内记录两个速度从而计算其速度变化率，根据当前速度与速度变化率来确定相应的PWM值。
8.根据权利要求7所述的一种智能调速方法，其特征在于：所述的MCU根据斩波值/PWM值进行斩波/PWM驱动以调整电机输出功率包括：
基于PWM值Y调整MCU的延迟时间t1，t1＝Y*π＝Y*(t/N)，其中，在每周期需要进行一次PWN值Y的调整，Y小于N。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种智能调速控制器，其特征在于：包括：
获取单元，用于获取机器启动时的档位信息；
采集单元，用于采集机器的当前转速；
计算单元，用于根据所采集的Z时间的内获取两个不同时刻速度值，得出一个速度变化率K；
确定单元，用于根据当前档位、当前转速以及速度变化率K确定对应的斩波值/PWM值；
功率调整单元，用于根据当前对应的斩波值/PWM值调整电机输出功率。
10.一种厨房设备，其特征在于：包括如权利要求9所述的一种智能调速控制器。
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