專利名稱：用于通過計算電流脈沖來控制直流電機的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及直流電機控制的領(lǐng)域，更詳細地涉及用于通過計算電流脈沖來控制直流電機的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
直流(DC)電機廣泛用來在各種各樣產(chǎn)品中產(chǎn)生運動。要求精確控制運動的一些產(chǎn)品包含根據(jù)所要求的運動量(電機轉(zhuǎn)動)激勵電機一個周期時間的控制電路。一些簡易的時基技術(shù)方法引起在運動量上的很大偏差。象摩擦、電池電壓、負載等等之類的各種因素可以自始至終改變而且影響在給定時間內(nèi)發(fā)生的移動量。因此，可以通過把轉(zhuǎn)速計、軸角編碼器、位置傳感器或諸如此類安裝到電機軸、齒輪軸或直線滑板上來產(chǎn)生反饋信號?？刂齐娐房梢杂梅答佇盘杹頌樗Ｍ倪\動量而調(diào)整電機的運行時間。
要求運動控制的直流電機的一種示范性應(yīng)用是紙巾分送系統(tǒng)。由于公共廁所的原因，因些許多盥洗室設(shè)備采用用于抽水沖洗廁所、分送水、分送肥皂和/或分送紙巾的非手動裝置。非手動系統(tǒng)減少細菌會在使用者之間轉(zhuǎn)移的可能性。一種典型的非手動紙巾分送器是一種裝有近貼式傳感器啟動直流電機的電池操作單元。近貼式傳感器每一次啟動，電機控制器就控制直流電機發(fā)送預(yù)定量的紙(例如12英寸)。在所分送的紙量上的偏差能夠增加材料成本。例如，如果分送太少的紙，則使用者可能傾向于多于一次地啟動分送器，因而增大紙的使用率。如果不準確地控制分送器而且分送太多的紙，則材料成分再次增加。
一種用于為控制直流電機而產(chǎn)生信號的大家知道的技術(shù)涉及計算明顯在電機電流中的脈沖。直流電機具有固定數(shù)目的磁場線圈架。電機的轉(zhuǎn)動引起每旋轉(zhuǎn)一次的固定數(shù)目電機電流脈沖。因此，脈沖數(shù)可以用來計算電機轉(zhuǎn)動次數(shù)，而電機轉(zhuǎn)動次數(shù)可以根據(jù)電機和負載之間機械聯(lián)動的齒輪傳動比來換算到用于安裝在電機上的負載的移動量。
脈沖計數(shù)技術(shù)的一個局限性在于當沒有使電機/負載滿負載時在計算脈沖上的困難。在電機的起動循環(huán)期間，電機電流處于其最大幅度狀態(tài)；而且能夠比較容易檢測電機脈沖。當電機/負載達到穩(wěn)態(tài)速度時，電流隨著由于電極/負載的慣性引起電機所要求的轉(zhuǎn)動力下降而降低。在較低的電機電流時，因為脈沖幅度較小所以脈沖較難識別。因為忽略了一些脈沖而所以降低了電機控制器的有效性。增大對系統(tǒng)的摩擦負載以抬高電機電流可能不是一個有效解決方法，因為摩擦負載增大對電機的負載而引起較高功率消耗，在用電池給電機供電的一些應(yīng)用中可能是一個相當大的系數(shù)。
脈沖計數(shù)技術(shù)的另一個局限性在于電機脈沖在關(guān)斷電機以后不一定總是能檢測的。例如，許多控制電路使用場效應(yīng)晶體管來接通和關(guān)斷電機。當電機是正運轉(zhuǎn)著時為了計算脈沖，可以監(jiān)測流過晶體管的電流。然而，只要關(guān)斷電機，晶體管便斷開電機而且不可能再監(jiān)測脈沖。在提供制動器或者系統(tǒng)摩擦特征是成電機負載比較快停止的情況下，減少了電機/負載的慣性運動時間，而且在電機/負載停止以后電機/負載的附加移動不可能是相當大的。然而，在慣性運動時間相當長的情況下，電流脈沖提供的反饋是不適用的，而且附加的移動可能妨礙到電機控制器的有效性。系統(tǒng)添加制動器，減少了慣性運動時間而增加了驅(qū)動系統(tǒng)的成本。
因此，控制直流電機的技術(shù)是需要使用脈沖計數(shù)技術(shù)來計算出低的電機電流和/或電機慣性運動時間間隔。本發(fā)明針對克服，或者至少降低以上所陳述的一些問題中的一個或更多問題的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人考慮使用軟件控制型微控制器可以實現(xiàn)脈沖計數(shù)系統(tǒng)，而軟件控制型微控制器應(yīng)用數(shù)字信號技術(shù)來計算脈沖。數(shù)字脈沖計數(shù)系統(tǒng)可以配置成計算出在低電機電流周期和/或慣性運動周期期間出現(xiàn)的脈沖。
本發(fā)明的一個方面，反映在包含用于向電機輸送電流時產(chǎn)生運動的電機和與電機耦接用于接收表示輸送到電機電流的電機電流信號的電機控制器的系統(tǒng)。電機控制器裝有用于把電機電流信號轉(zhuǎn)換到抽樣電機電流信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。電機控制器可操作于檢測在抽樣電機電流信號中的脈沖、計算所檢測的脈沖而產(chǎn)生第一脈沖計數(shù)和根據(jù)第一脈沖計數(shù)確定用于電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)。
本發(fā)明的另一個方面，反映在用于控制電機的方法。方法包含計算在啟動電機時所產(chǎn)生的電機電流信號中的第一多個脈沖而產(chǎn)生第一脈沖計數(shù)。計算在停止電機時所產(chǎn)生的電機電流信號中的第二多個脈沖而產(chǎn)生第二脈沖計數(shù)。根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)來確定用于電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)。
根據(jù)下面的說明書，結(jié)合附圖，本發(fā)明的其他一些目的、優(yōu)點和特點將顯而易見。


可以通過參閱下面結(jié)合附圖的描述來理解本發(fā)明，其中同樣的標號表示同樣元件，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的紙巾分送器的簡圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明、可以在圖1的分送器中使用的電機控制器的簡化框圖；圖3A、3B和3C是舉例說明在不同的電機運轉(zhuǎn)時間間隔期間電機電流的曲線圈；圖4A和4B是電機控制器為控制圖1中的電機而執(zhí)行總邏輯的簡化流程圖；圖5A和5B是電機控制器為控制電機而根據(jù)以在電機正運轉(zhuǎn)著時脈沖計數(shù)為基礎(chǔ)的第一實施方式來執(zhí)行邏輯的簡化流程圖；圖6A和6B是電機控制器為控制電機而根據(jù)以在電機正運轉(zhuǎn)著時脈沖計數(shù)和在停止電機以后電機慣性運動時脈沖計數(shù)為基礎(chǔ)的第二實施方式來執(zhí)行邏輯的簡化流程圖；以及圖7A、7B和7C是電機控器為控制電機而根據(jù)以電機正運轉(zhuǎn)著時的脈沖計數(shù)、在停止電機以后電機慣性運動時的脈沖計數(shù)和在低電機電流周期期間所計算的脈沖計數(shù)為基礎(chǔ)的第三實施方式來執(zhí)行邏輯的簡化流程圖。
雖然本發(fā)明容許有各種各樣變更和替換形式，但是用附圖中的實施例表示了一些具體實施方式
并且在本文中詳細描述。然而應(yīng)當理解，在本文中一些具體實施方式
的并不意欲把本發(fā)明局限于所公開的特殊方式，而是相反，本發(fā)明意在覆蓋所有屬于如附加權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明精神和范圍的變更物、同等物和替換物。
具體實施例方式
雖然能夠以若干種不同方式中的任何一種方式實施本發(fā)明，但是本發(fā)明在此是在將把本公開內(nèi)容認為是陳述本發(fā)明示例而并不意欲把本發(fā)明局限于所舉例說明的具體實施例內(nèi)的條件下描述的。對本發(fā)明來說，認為在本申請書中沒有什么是臨界的或者本質(zhì)的，除非明確表示為是“臨界的”或者“本質(zhì)的”。
參閱圖1，提供根據(jù)本發(fā)明一個實施例的紙巾發(fā)送器100的簡化圖。紙巾發(fā)送器100包含支撐在機殼110內(nèi)的紙料卷105。紙通過輥子115。直流電機裝有在機械上通過齒輪130或者一些其他類型聯(lián)動裝置與一些輥子中至少一個輥子115連動的傳動軸125。通過在機殼110內(nèi)的狹縫135發(fā)送紙。狹縫135一條邊緣140含有鋸齒表面，以便在使用者抓住伸出超過狹縫的紙時切斷紙。電機控制器145從近貼式傳感器150接收輸入而且控制電機每次啟動分送大約12英寸的紙。電池155是為象電機120、電機控制器145和近貼式傳感器150之類電力部件而提供的。在圖1中用圖說明的紙巾分送器中部件配置僅僅是示范性的，而且并不意味著代表真正實際的實施過程。雖然在圖1的紙巾分送器的情況下描述本發(fā)明，但是其應(yīng)用不受此限制。電機控制器145實施的電機控制技術(shù)可以應(yīng)用于種類繁多的電機用途。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，提供電機控制器145簡化方框圖。電機控制器145包含用執(zhí)行下面更詳細描述的功能的軟件指令來編程的微控制器200。微控制器200包含數(shù)字化測量電機電流的集成化模擬到數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器205。微控制器200利用A/D轉(zhuǎn)換器采集的數(shù)據(jù)來檢測在電機電流(Im)中的脈沖而因此控制電機102。適用于執(zhí)行在此所描述的一些功能的一種示范性微控制器是由Texas Instruments，Incof Dalls，Texas大批提供的型號MSP430F1122IPW。如以下更詳細所描述的那樣，微控制器200可以配置成實施不同的脈沖計數(shù)技術(shù)，取決于其使用的系統(tǒng)(例如紙巾分送器100)特有的特征。
電機控制器包含場效應(yīng)晶體管210，場效應(yīng)晶體管210與用于啟動電機120的微控制器200中的啟動輸出終端215連接。為保證在微控制器200復(fù)位以后在使I/O端口初始化以前啟動晶體管210而提供電阻器220。電阻器225限制可能在晶體管210在其啟動時的輸入端上出現(xiàn)的短暫振蕩。在電機200終端之間耦接電容器230以減少在電機120內(nèi)的電刷噪聲(換向器開關(guān)噪聲)引起的射頻輻射。在電機終端之間還設(shè)置二極管235，以抑制在關(guān)斷電機120時會出現(xiàn)的尖峰脈沖。
為在通過晶體管210來啟動電機120時產(chǎn)生與電機電流成正比的電壓而提供第一電流讀出電阻器240。第二電阻器245給晶體管210設(shè)旁路而且在關(guān)斷電機時產(chǎn)生與電機電流成正比的電壓，并且由晶體管210隔離第一電流讀出電阻240。設(shè)置對電機電流輸入信號起低通抗混淆濾波器作用的電阻器245、250和電容器255。
現(xiàn)在參閱圖3A、3B和3C，提供舉例說明在不同的電機運轉(zhuǎn)時間間隔期間電機電流的曲線圖。圖3A舉例說明電機運轉(zhuǎn)循環(huán)，圖3B表示在運轉(zhuǎn)循環(huán)起動部分期間電機電流的展開圖，而圖3C表示在停止電機120以后電機電流的展開圖。在圖3A、3B和3C中的數(shù)據(jù)代表在循環(huán)范圍內(nèi)用計數(shù)表示的A/D轉(zhuǎn)換器205輸出。在本例證性實施例中，每個計數(shù)代表大約10ma。然而，A/D轉(zhuǎn)換器205的計數(shù)和電機120中電流大小可以變化，取決于特定的實施過程。
運轉(zhuǎn)循環(huán)包含“電機接通”時間間隔300和“電機關(guān)斷”時間間隔305。在時間間隔300上電機的起動部分期間，顯然，電機電流非常高而脈沖是容易辨別得出的。在本例證性實施例中，電機控制器145通過信號312代表所測量的電機電流與信號313代表的參考電流(Im_REFERENCN)(圖3B中所表示的兩者)作比較來測量脈沖。檢測在所測量的電機電流Im，降低到參考電流Im_REFERENCN以下、一個預(yù)定閾值(例如2個計數(shù)或2ma)時如信號314所代表的脈沖。
如在圖3A中所見的那樣，當電機120達到穩(wěn)定狀態(tài)時，電機電流下降，而脈沖幅度也減小，如低脈沖信號時間間隔315所示。在圖3B中，顯然，電機電流脈沖底部峰值達到參考電流，使得差值可以小于閾值。圖3B舉例說明在電機電流失效而充分降低到參考電流以下的場合下未看到的脈沖316。
如下面更詳細描述的那樣，電機控制器145可以檢測低脈沖信號時間間隔315而且應(yīng)用脈沖逼近方法來計算在時間間隔期間出現(xiàn)的脈沖。為了實現(xiàn)逼近，電機控制器145測量在電機關(guān)斷以后立即出現(xiàn)的一些脈沖的脈沖重復(fù)頻率，如圖3A和3C中的速度脈沖320所示。用所測量的脈沖重復(fù)頻率來逼近在低脈沖信號時間間隔315期間出現(xiàn)的脈沖數(shù)目。
重新轉(zhuǎn)到圖3A，在電機離開時間間隔305期間，電機/負載作慣性運動直到摩擦負載使其停下來為止。在使電機120不能運轉(zhuǎn)以后，A/D輸出向上漂移到6V電源電壓(例如大約900次計數(shù))。
圖3A、3B和3C所表示的電機循環(huán)描繪具有在穩(wěn)態(tài)速度時比較輕的負載和相當長的慣性運動周期(沒有制動)的電機。這種循環(huán)對于圖1的紙巾分送器100來說是具有代表性的。紙卷105具有相當大的慣量，以致卷105一處于運動就引起較低電機電流。并且，由于成本原因，紙巾分送器100沒有裝備制動裝置，因此造成相當長的慣性運動周期。在其他一些應(yīng)用中，在對電機充分加載的場合下，電機電流不會明顯下降而且不會造成低脈沖信號時間間隔315。并且，如果電機120包含制動裝置，則在可能出現(xiàn)最低程度的慣性運動時，電機離開時間間隔305的長度顯著減小。
現(xiàn)在詳細地描述電機控制器145在其各不相同的實施例中的操作。圖4A和4B表示應(yīng)用于各個實施例的電機控制器145的總邏輯。當使微控制200復(fù)位時進入方框400。I/O引線配置在方框402內(nèi)，而在方框404內(nèi)使A/D轉(zhuǎn)換器205初始化以產(chǎn)生周期性的A/D中斷(例如每次200微秒)。在方框406中使CONTROL_STATE變量初始化到READY狀態(tài).如果CONTROL_STATE在方框408中不是READY或者在方框410中不是MOTOR_ON，則形成回路返回到回路標志L.如果CONTROL_STATE在方框408中是READY，則電機控制器145轉(zhuǎn)移到待用標志R，而且如果在方框410中CONTROL_STATE是MOTOR_ON，則電機控制器145轉(zhuǎn)移到在標志M上的電機。下面更詳細討論在標志R和M時的后續(xù)邏輯取決于具體的實施例。
接著的A/D中斷(根據(jù)在方框404中初始化的時間間隔)進入方框412。在方框414中逐漸增大TIME變量(例如滾動式計數(shù)器)。在方框416中如果參考電流Im_REFERENCE和電機電流Im之差小于2個計數(shù)(例如在所舉例說明的實施例中大致20ma)，則檢測脈沖。當然，可以使用其他一些檢測閾值或公式，取決于所采用系統(tǒng)的特定特征。在方框416中檢測脈沖以后，在方框418中把PULSE_LEVEL變量置位于1。如果在方框420中PREVIOUS_LEVEL變量等于0，表示這是電流脈沖的第一次檢測，則在方框422中逐漸增大MOTOR_PULSES變量而且在方框424中把TIME_OF_PULSE調(diào)整到電流TIME。在方框426中把PREVIOUS PULSE變量調(diào)整到PULSE_LEVEL，而且在方框428中用低通濾波器公式Im_REFERNCE＝(Im_REFERENCE*15+Im)/16來計算用于下一步逐步逼近法的Im_REFERENCE值。當然，可以用象別的一些求平均值公式之類其他公式來產(chǎn)生用于下一步逐步逼近法的Im_REFERNCE。在方框430中微控制器200從A/D中斷返回。
應(yīng)該把A/D轉(zhuǎn)換器205的中斷頻率調(diào)整成給定脈沖間隔大批中斷(即為了避免看不到的脈沖)。如果在方框420中PREVIOUS_LEVEL等于1、表示已經(jīng)檢測了電流脈沖，則電機微控制器145轉(zhuǎn)移到方框426而且如以上所述繼續(xù)實行中斷。
如果在方框416中沒有檢測出脈沖，則在方框432中電機微控制器145確定在Im_REFERNCE和Im之間差(即表示在向下尖峰脈沖和脈沖尾部后面回升到參考電流上面的電機電流)是否小于0。如果在方框432中檢測脈沖尾部，則把PULSE_LEVEL調(diào)回到0，而且電機控制器145在方框426中繼續(xù)實行中斷。
在圖5A和5B所詳細說明的第一實施例中，把電機控制器145配置成控制電機120而沒有顯著的慣性運動周期。因此，只有在電機在圖3A中的時間間隔300期間對電機脈沖計數(shù)。圖5A表示電機控制器145在標志R上在圖4A的READY狀態(tài)下執(zhí)行的邏輯，而圖5B表示在標志M上在MOTOR_ON狀態(tài)下執(zhí)行的邏輯。
在方框500中，電機控制器145檢測由圖1的近貼式傳感器150提供表示希望紙巾分送器100啟動的控制信號的轉(zhuǎn)換。如果檢測出沒有控制信號，則電機控制器145轉(zhuǎn)移回到回路標志L。在檢測控制信號以后，在方框502中CONTROL_STATE改變到MOTOR_ON。在方框504中，使MOTOR_PULSES、PULSE_LEVEL和PREVIOUS_LEVEL變量初始化到零，而且使Im_REFERNCE變量初始化到250。用于Im_REFERNCE的初始化值可以改變，取決于具體實施過程。在方框506中把圖2的電機啟動輸出終端215設(shè)定在邏輯高狀態(tài)以啟動晶體管210和開動電機120。然后電機控制器145轉(zhuǎn)移回到回路標志L。
在下一迭代中，CONTROL_STATE將是在圖4的方框410中的MOTOR_ON，而電機控制器145轉(zhuǎn)移到在圖5B所說明的標志M上的電機。在方框508中，電機控制器145確定是否MOTOR_PULSES的數(shù)目等于所要求的脈沖數(shù)目(即電機循環(huán)是完整的)。如果沒有計算出所要求的脈沖數(shù)，則電機控器145轉(zhuǎn)移回到回路標志L而且電機120繼續(xù)運轉(zhuǎn)。如果計算出所要求的脈沖數(shù)目，則在方框510中把CONTROL_STATE調(diào)整回到READY而且在方框512中通過重新確立在啟動輸出終端215上關(guān)斷晶體管210的信號來關(guān)斷電機。然后電機控制器145返回到在圖4A中的回路標志L，等待另一次啟動。
在圖6A和6B所詳細說明的第二實施例中，配置電機控制器145，把電機120調(diào)節(jié)成具有相當大的慣性運動周期。因此，在電機在圖3A的時間間隔期間和在電機離開時間間隔305而電機正在慣性運動期間對電機脈沖計數(shù)。圖6A表示在標志M上在圖4A的READY狀態(tài)下電機控制器145執(zhí)行的邏輯而圖6B表示的標志M上在MOTOR_ON狀態(tài)下執(zhí)行的邏輯。
在方框600中，電機控制器145檢測由圖1的近貼式傳感器150提供表示希望紙巾分送器100啟動的控制信號的轉(zhuǎn)換。如果檢測出沒有控制信號，則電機控制器145轉(zhuǎn)移回到回路標志L。在檢測出控制信號以后，在方框602中CONTROL_STATE改變到MOTOR_ON。在方框604中，使MOTOR_PULSES、PULSE_LEVEL和PREVIOUS_LEVEL變量初始化到零，而使Im_REFERENCE變量初始化到250。用于Im_REFERNCE的初始化值可以改變，取決于具體實施過程。在方框606中把OFF變量調(diào)整到RUN_PULSES變量的電流值。大體上OFF變量表示在關(guān)斷電機之前電機在時間間隔300期間電機控制器145計算的脈沖數(shù)目。RUN_PULSES變量是從以前的逐步逼近法中設(shè)定的反饋變量，當在邏輯流程中后者變得明顯時是根據(jù)在電機離開時間間隔305期間計算的總脈沖數(shù)來調(diào)節(jié)的。把圖2的電機啟動輸出終端215調(diào)整在方框608中的邏輯高狀態(tài)上以啟動晶體管210和開動電機120。然后電機控制器轉(zhuǎn)移回到回路標志L。
在下一迭代中，CONTROL_STATE將是在圖4A的方框410中的MOTOR_ON，而且電機控制器145轉(zhuǎn)移到圖6B所描繪的標志M上的電機。在方框610中，電機控制器145確定電機是否接通。如果電機是接通的，則在方框612中電機控制器145就確定所計算的MOTOR_PULSES是否等于OFF變量值(即在方框606中初始化的OFF變量值)。如果沒有計算所要求的脈沖數(shù)目，則電機控制器145轉(zhuǎn)移回到回路標志L而且電機120繼續(xù)運轉(zhuǎn)。如果計算了在電機在圖3A的時間間隔300期間所要求的脈沖數(shù)目，則在方框614中通過重新確立在啟動輸出終端251上關(guān)斷晶體管210的信號來關(guān)斷電機。在方框616中把OFF_TIME變量調(diào)整到TIME計數(shù)器的電流值，而然后電機控制器145返回到在圖4A上的回路標志L。
在下一迭代中，CONTROL_STATE仍然是MOTOR_ON，但是在方框610中電機是關(guān)斷的。在方框618中，電機控制器145通過從電流TIME減去OFF_TIME來確定電機具有慣性運動的時間，而且把這個時間與Coast_Time變量比較。Coast_Time變量是一個預(yù)定的常數(shù)，設(shè)定這個常數(shù)取決于電機的期望慣性運動時間，正如在圖3A中電機離開時間間隔305期間所舉例說明的那樣。
如果在方框618中已達到預(yù)定慣性運動時間，則CONTROL_STATE返回到在方框620中的READY。在方框622中通過從總的MOTOR_PULSES減去OFF變量的數(shù)值來計算COAST_PULSES的數(shù)目。在方框624中，通過從COAST_PULSES的數(shù)目減去總的Required Pulses數(shù)目(即預(yù)定常數(shù))來更新用于RUN_PULSES的數(shù)目。因此，如果電機120的慣性運動特征在時間范圍內(nèi)變化，則把在電機在時間間隔300期間計算的脈沖數(shù)調(diào)節(jié)均衡，以使總脈沖數(shù)目保持接近Required Pulses常數(shù)。電機控制器145轉(zhuǎn)移回到圖4A中的回路標志L，等待另一次啟動。
在圖7A、7B和7C所詳細說明的第三實施例中，配制電機控制器145，把電機120調(diào)節(jié)成具有相當大的慣性運動周期和電流下降到難以檢測脈沖程度的周期(例如在穩(wěn)定狀態(tài)下)。因此，在電機在圖3A的時間間隔300中的至少一部分期間和在電機離開時間間隔305而電機正慣性運動著期間計算電機脈沖。為確定用于緊接以前的低脈沖信號時間間隔315的電機脈沖重復(fù)頻率而計算速度脈沖320以逼近其中出現(xiàn)的脈沖。圖7A表示電機控制器145在圖4A的READY狀態(tài)下在標志R上執(zhí)行的邏輯，而圖7B和7C表示在MOTOR_ON狀態(tài)下在標志M上執(zhí)行的邏輯。
在方框700中，電機控制器145檢測由圖1的近貼式傳感器150提供表示希望紙巾分送器100啟動的控制信號的轉(zhuǎn)換。如果檢測出沒有控制信號，則電機控制器145轉(zhuǎn)換回到回路標記L。在檢測出控制信號以后，在方框702中CONTROL_STATE改變到MOTOR_ON。在方框704中，使MOTOR_PULSES、PULSE_LEVEL和PREVIOUS_LEVEL變量初始化到零，而使Im_REFERNCE變量初始化到250。用于Im_REFERNCE的初始化值可以改變，取決于具體實施過程。在方框706中，把STOR_TIME變量調(diào)整到ON_TIME變量的電流值，把TIME計數(shù)器置位于零，而且把START_PULSES變量調(diào)整到0。STOP_TIME變量表示在電機在圖3A的時間間隔300中包含的時間。如以下所詳細說明的那樣，在采集有關(guān)慣性運動脈沖數(shù)目和在低脈沖信號時間間隔315期間出現(xiàn)的脈沖的反饋時調(diào)節(jié)STOP_TIME。在微控制器復(fù)位期間可以根據(jù)具體執(zhí)行過程的期望特征來設(shè)定STOP_TIME變量的初始值(在任何一步逐步逼近法之前)。把圖2中的電機啟動輸出終端215設(shè)定在方框708中的邏輯高狀態(tài)下以啟動晶體管210和開動電機120。然后電機控制器145轉(zhuǎn)移回到回路標志L。
在下一迭代中，CONTROL_STATE將是在圖4A的方框410中的MOTOR_ON，而電機控制器145轉(zhuǎn)移到圖7B所描繪的標志M上的電機。在方框710中，電機控制器145確定電機是否接通。如果電機是接通的，則電機控制器145確定是否START_PULSES等于其在方框712中零的初始化值(即沒有檢測低脈沖信號時間間隔)。如果START_PULSES值在方框712中為零，則在方框714中Im_REFERNCE值與Required Level閾值(例如在所舉例說明的實施例中67個計數(shù)或0.67amp)比較。如果Im_REFERNCE值小于閾值，則在方框716中電機控制器145把STAR_PULSES變量調(diào)整到所計算的MOTOR_PULSES的數(shù)目而且把START_TIME調(diào)整到電流TIME。
在完成或是方框712或是方框716以后，在方框718中電機控制器145確定是否STOP_TIME等于電流TIME。如果沒有達到STOP_TIME，則電機控制器145返回到回路標志L。如果達到STOP_TIME，則在方框720中把ON_PULSES調(diào)整到所計算的MOTOR_PULSES總數(shù)目而且在方框722中通過重新確立在啟動輸出終端215上關(guān)斷晶體管210的信號來關(guān)斷電機。
向后返回到方框710，如果電機是關(guān)斷的(即正在慣性運動)，則電機控制器145轉(zhuǎn)移到圖7C所示的標志M1。在關(guān)斷電機以后，電機控制器145計算在圖3A中接近電機在低脈沖信號時間間隔315期間速度的速度脈沖320。在方框724中，把電流TIME與關(guān)斷電機的STOP_TIME加上關(guān)斷電機以后用于計算脈沖的預(yù)定時間間隔的Speed Time作比較。如果Stop Time已過去，則在方框726中通過從總MOTOR_PULSES數(shù)目減去ON_PULSES來計算SPEED_COUNT，并且通過從最后脈沖的時間、TIME_OF_PULSE、減去STOP_TIME來計算SPEE_TIME。
在不是完成方框724就是完成方框726以后，電機控制器145通過電流TIME與STOP_TIME加上預(yù)定Coast Time比較來確定在方框728中是否慣性運動時間已經(jīng)過去。如果慣性運動時間沒有過去，則電機控制器145返回到回路標志L。如果慣性運動時間已經(jīng)過去，則在方框730中使CONTROL_STATE返回到READY。在方框732中通過從總MOTOR_PULSES減去ON_PULSES來確定COAST_PULSES的數(shù)目。電機控制器145確定在方框734中確定是否沒有STAPT_PULSES。如果START_PULSES仍等于其初始化為零的數(shù)值，則始終進入低脈沖信號時間間隔315，而且電機控制器145能夠計算在電機在時間間隔300期間所有的脈沖。如果START_PULSES等于零，則電機控制器145在方框736中根據(jù)所計算的速度和所計數(shù)的電機脈沖，采用公式TIM_ADJUST＝(RequiredPulses-MOTOR_PULSES)*(SPEED_TIME/SPEED_COUNT)來確定時間調(diào)整因子。Required Pulses和所計數(shù)的MOTOR_PULSES之差表示脈沖誤差。用通過對速度脈沖320計數(shù)所確定的脈沖重復(fù)頻率的倒數(shù)乘脈沖誤差得出時間調(diào)整。如果太多脈沖被計數(shù)，則時間調(diào)整因子將是負的，而且會減少電機的ON_TIME。同樣，如果太少的脈沖被計數(shù)，則時間調(diào)整因子將是正的，而會增加電機的接通時間。
如果START_PULSERS的數(shù)目不等于零(即檢測低脈沖信號)，則在方框738中電機控制器145根據(jù)所計算的速度和所計數(shù)的電機脈沖，采用公式TIME_ADJUST＝(Required Pulses-START_PULSES_COAST_PULSES)*(SPEED_TIME/SPEED_COUNT)-(STOP_TIME_STARTIME)確定時間調(diào)整因子。從Required Pulses減去START_PULSES和COAST_PULSES得出所希望用于低脈沖信號時間間隔315的脈沖數(shù)目。用速度脈沖320計算的脈沖重復(fù)頻率的倒數(shù)乘所希望的脈沖數(shù)目得出所計算在低脈沖信號時間間隔315期間已經(jīng)過去的時間。從所計算的時間減去存在于脈沖信號時間間隔315之中的實際時間而產(chǎn)生時間調(diào)整因子。因此，如果電機120慣性運動比以前根據(jù)從速度脈沖320計算的脈沖重復(fù)頻率所確定的要快，則在方框738中計算的時間和實際時間之差會是負的而且會減少電機的ON_TIME。
方框738中的公式在數(shù)字上相當于根據(jù)所確定的脈沖重復(fù)頻率來計算存在于低脈沖信號時間間隔315的脈沖數(shù)目，從Required Pulses減去Coast Pulses和電機在低脈沖信號時間間隔315以前的時間間隔300期間所計數(shù)的脈沖而得到脈沖誤差，并且用所計算的脈沖重復(fù)頻率除脈沖誤差而產(chǎn)生時間調(diào)整因子。也就是，該公式可以寫作TIME_ADJUST＝(Required Pulses-START_PULSES_COAST_PULSES-(STOP_TIME_START_TIME)*(SPEED_COUNT/SPEED_TIME))/(SPEED_COUNT/SPEED_TIME)。
在或是方框736或是方框738中計算TIME_ADJUST以后，在方框740中通過把二分之一的TIME_ADJUST值添加到電流ON_TIME來調(diào)節(jié)ON_TIME，而且電機控制器145轉(zhuǎn)移回到回路標志L。在所舉例說明的實施例中，僅把二分之一的調(diào)節(jié)用于更新ON_TIME，以免過度補償。當然，可以采用不同的調(diào)節(jié)功能，取決于具體的執(zhí)行過程。
在本說明書中所描述的電機控制器145具有許多優(yōu)點。因為采用軟件控制的微控制器200來補充電機控制器，所以很容易能夠把電機控制器配置成適應(yīng)各種各樣的電機用途。如果電機120沒有顯示出相當大的慣性運動時間，則電機控制器145可以配置成實現(xiàn)圖5A和5B的實施例。如果電機120具有慣性運動周期，但是充分加載以致電機電流沒有下降到適合于檢測脈沖的程度以下，則電機控制器145可以配置成實現(xiàn)圖6A和6B的實施例。最后，如果電機120的確具有慣性運動周期和可能的低脈沖信號時間間隔，則電機控制器145可以配置成實現(xiàn)圖7A、7B和7C的實施例。
因為對得益于在本說明書中講授的熟練技術(shù)人員來說，顯而易見可以以不同的但是等效的方式改變而且實施本發(fā)明，所以以上所公開的一些具體實施例僅僅是例證性的。進一步，意味著除下面權(quán)利要求書中所描述的以外，不局限于在說明書中所說明的結(jié)構(gòu)或設(shè)計的詳細內(nèi)容。因此顯然，可以改變或變換以上公開的一些具體實施例，而且認為所有象這些變化在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。因此，在本說明書中所尋求的保護如以下權(quán)利要求書所陳述。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括·在給電機輸送電流時產(chǎn)生運動的電機；和·與電機耦接，用于接收表示電機電流和電壓其中至少之一的電機信號而且裝有用于把電機信號轉(zhuǎn)換到抽樣電機信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電機控制器，電機控制器可操作于在給電機輸送電流時檢測在抽樣電機信號中的脈沖，計算所檢測的脈沖以產(chǎn)生第一脈沖計數(shù)，而且根據(jù)第一脈沖計數(shù)確定用于電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于響應(yīng)第一脈沖計數(shù)等于運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)，停止給電機輸送電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于在停止向電機輸送電流時計算在所抽樣的電機信號中的脈沖而產(chǎn)生第二脈沖計數(shù)，而且根據(jù)第一、第二脈沖計數(shù)確定用于電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于響應(yīng)第一脈沖計數(shù)等于運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)，停止給電機輸送電流，而且運轉(zhuǎn)參數(shù)包括運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于從總脈沖計數(shù)減去第二脈沖計數(shù)以產(chǎn)生運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于在運轉(zhuǎn)時間參數(shù)已經(jīng)過去以后停止向電機輸送電流而且根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于在停止電機以后計算在第一時間間隔范圍內(nèi)所抽樣的電機信號中脈沖的子集合以確定脈沖重復(fù)頻率而且根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)以及脈沖重復(fù)頻率來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于識別對確定所抽樣的信號已下降到預(yù)定閾值以下作出響應(yīng)的低脈沖信號時間間隔，在停止電機以后計算在第一時間間隔范圍內(nèi)所抽樣的電機信號中的脈沖的子集合以確定脈沖重復(fù)頻率，根據(jù)所確定的脈沖重復(fù)頻率來約算在低脈沖信號時間間隔之中的第三脈沖計數(shù)；而且根據(jù)第一、第二和第三脈沖計數(shù)來確定運轉(zhuǎn)參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于從所要求的脈沖計數(shù)減去第一、第二和第三脈沖計數(shù)而產(chǎn)生脈沖誤差值，用所確定的脈沖重復(fù)頻率除脈沖誤差值而產(chǎn)生時間調(diào)整因子，而且根據(jù)時間調(diào)整因子來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中電機控制器進一步可操作于根據(jù)所抽樣的電機信號來產(chǎn)生參考信號，把參考信號與所抽樣的電機信號作比較，而且檢測在所抽樣的電機信號中對小于參考信號一個預(yù)定閾值的電機信號作出響應(yīng)的脈沖。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，進一步包括·為控制向電機輸送電流而連接并且由電機控制器控制連接的開關(guān)；和·為在向電機輸送電流時產(chǎn)生電機信號第一分量而連接的第一電阻器，而且模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與第一電阻耦接以接收電機信號第一分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，進一步包括·為在沒有向電機輸送電流時產(chǎn)生電機信號的第二分量而耦接的第二電阻器，而且模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與第一和第二電阻耦接以接收電機信號的第一和第二分量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，進一步包括在第一電阻器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器之間耦接的低通濾波器。
14.一種用于控制電機啟動的設(shè)備，包括·為對表示電機電流和電壓其中至少之一的電機信號抽樣而連接的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器；以及·用在執(zhí)行時實施控制電機方法的指令來編程的處理裝置，該方法包括·在啟動電機時檢測所抽樣的電機信號中的脈沖；·計算脈沖以產(chǎn)生第一脈沖計數(shù)；和·根據(jù)第一脈沖計數(shù)確定用于電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和處理裝置是在同一個集成電路上形成的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中在該方法中確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括產(chǎn)生用于響應(yīng)第一脈沖計數(shù)等于運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)，停止電機的信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，設(shè)備包含用于啟動和停止電機的開關(guān)，而且處理裝置所實施的方法進一步包括·在停止電機時計算在所抽樣的電機信號中的脈沖以產(chǎn)生第二脈沖計數(shù)；以及·根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)來確定用于電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中處理裝置所實施的方法進一步包括響應(yīng)第一脈沖計數(shù)等于運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)，產(chǎn)生用于停止電機的信號，而且用該方法確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括確定用于電機后續(xù)啟動的運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，其中用該方法確定運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)進一步包括從總脈沖計數(shù)減去第二脈沖計數(shù)以產(chǎn)生運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的設(shè)備，其中處理裝置所實施的方法進一步包括在運轉(zhuǎn)時間參數(shù)已經(jīng)過去以后停止電機，而且用方法確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中處理裝置所實施的方法進一步包括在停止電機以后計算在第一時間間隔范圍內(nèi)所抽樣的電機信號中脈沖的子集合以確定脈沖重復(fù)頻率，而且用該方法確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)以及脈沖重復(fù)頻率來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的設(shè)備，其中處理裝置所實施的方法進一步包括·響應(yīng)確定所抽樣的信號已下降到預(yù)定閾值以下，識別低脈沖信號時間隔；·計算在停止電機以后在第一時間間隔范圍內(nèi)所抽樣的電機信號中脈沖的子集合以確定脈沖重復(fù)頻率；·根據(jù)所確定的脈沖重復(fù)頻率來約算在低脈沖信號時間間隔之中的第三脈沖計數(shù)；以及·根據(jù)第一、第二和第三脈沖計數(shù)來確定運轉(zhuǎn)參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的設(shè)備，其中用該方法確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括·從所要求的脈沖計數(shù)減去第一、第二和第三脈沖計數(shù)以產(chǎn)生脈沖誤差值；·用所確定的脈沖重復(fù)頻率除脈沖誤差值以產(chǎn)生時間調(diào)整因子；以及·根據(jù)時間調(diào)整因子來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求14的設(shè)備，其中用該方法檢測脈沖進一步包括·根據(jù)所抽樣的電機信號來產(chǎn)生參考信號；·把參考信號與所抽樣的電機信號作比較；和·響應(yīng)小于參考信號一個預(yù)定閾值的電機信號，檢測脈沖。
25.一種用于控制電機的方法，包括·計算在表示當啟動電機時產(chǎn)生的電機電流和電機電壓其中至少之一的電機信號中的第一多個脈沖以產(chǎn)生第一脈沖計數(shù)；·計算在停止電機時產(chǎn)生的電機信號中的第二多個脈沖以產(chǎn)生第二脈沖計數(shù)；以及·根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)來確定運轉(zhuǎn)參數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，進一步包括響應(yīng)第一脈沖計數(shù)等于運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)，停止電機，而且其中確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)來更新運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中更新運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)進一步包括從總脈沖計數(shù)減去第二脈沖計數(shù)以產(chǎn)生運轉(zhuǎn)脈沖計數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，進一步包括在運轉(zhuǎn)時間參數(shù)已經(jīng)過去以后停止電機，而其中確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28，進一步包括·響應(yīng)確定電機信號已下降到預(yù)定閾值以下，識別低脈沖信號時間間隔；·計算在第二多個脈沖中脈沖的子集合以確定脈沖重復(fù)頻率；以及·通過根據(jù)第一和第二脈沖計數(shù)以及脈沖重復(fù)頻率更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)來確定運轉(zhuǎn)參數(shù)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，進一步包括·響應(yīng)對確定電機信號已下降到預(yù)定閾值以下，識別低脈沖信號時間間隔；·計算在停止電機以后在第一時間間隔范圍內(nèi)電機信號中的脈沖的子集合以確定脈沖重復(fù)頻率；根據(jù)所確定的脈沖重復(fù)頻率來約算在低脈沖信號時間間隔之中的第三脈沖計數(shù)；以及根據(jù)第一、第二和第三脈沖計數(shù)確定運轉(zhuǎn)參數(shù)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中確定運轉(zhuǎn)參數(shù)進一步包括·從所要求的脈沖計數(shù)減去第一、第二和第三脈沖計數(shù)以產(chǎn)生脈沖誤差值；·用所確定的脈沖重復(fù)頻率除脈沖誤差值而產(chǎn)生時間調(diào)整因子；以及·根據(jù)時間調(diào)整因子來更新運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
32.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中計算第一和第二多個脈沖進一步包括·根據(jù)電機信號產(chǎn)生參考信號；·把參考信號與電機信號作比較；和·響應(yīng)小于參考信號一個預(yù)定閾值的電機信號，檢測脈沖。
33.一種用于控制電機的方法，包括·計算表示在啟動電機時所產(chǎn)生的電機電流和電壓其中至少之一的電機信號中的第一多個脈沖以產(chǎn)生第一測量電機時間間隔?！び嬎阍谕Ｖ闺姍C時所產(chǎn)生的電機信號中的第二多個脈沖以產(chǎn)生第二測量電機時間間隔；而且識別在啟動電機時對確定電機信號已下降到預(yù)定閾值以下作出響應(yīng)的低脈沖信號時間間隔?！び嬎愕诙鄠€脈沖中脈沖的子集合以確定脈沖重復(fù)頻率；·在低脈沖信號時間間隔期間根據(jù)所確定的脈沖重復(fù)頻率來確定第三測量電機時間間隔；以及·根據(jù)第一、第二和第三測量電機時間間隔來確定用于電機的運轉(zhuǎn)時間參數(shù)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中確定第三測量電機時間間隔進一步包括在低脈沖信號時間間隔期間根據(jù)所確定的脈沖重復(fù)頻率來約算在電機信號之中的大量脈沖。
35.一種紙巾分送器，包括·紙巾卷；·與卷耦接的電機；以及·與電機耦接而且裝有可操作于接收表示電機電流和電壓其中至少之一的電機信號并且產(chǎn)生抽樣電機信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的電機控制器，電機控制器可操作于在啟動電機時檢測在抽樣電機信號中的脈沖，計算脈沖以產(chǎn)生第一脈沖計數(shù)，和根據(jù)第一脈沖計數(shù)來確定用于電機的運轉(zhuǎn)參數(shù)。
全文摘要
一種系統(tǒng)包含在向電機(120)輸送電流時產(chǎn)生運動的電機(120)和與電機(120)耦接用于接收表示輸送到電機(120)電流的電機電流信號的電機控制器(145)。電機控制器(145)裝有用于把電機電流信號轉(zhuǎn)換到抽樣電機電流信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(205)。電機控制器(145)可操作于檢測在抽樣電機電流信號中的脈沖，計算所檢測的脈沖而產(chǎn)生第一脈沖計數(shù)，而且確定用于電機(120)以第一脈沖計數(shù)為基礎(chǔ)的運轉(zhuǎn)參數(shù)。電機控制器(145)可以進一步操作于檢測在停止電機時所產(chǎn)生的電機電流信號而產(chǎn)生第二脈沖計數(shù)。用于電機(120)的運轉(zhuǎn)參數(shù)可以是以第一和第二脈沖計數(shù)作為基礎(chǔ)的。
文檔編號H02P1/00GK101040429SQ200580034808
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月12日
發(fā)明者詹姆斯·A·羅德芮恩 申請人:詹姆斯·A·羅德芮恩