本發(fā)明涉及一種直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)及其速度檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

在直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，一般采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的方法來(lái)提高系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。速度閉環(huán)的前提是速度的檢測(cè)，目前檢測(cè)速度的方法主要是采用離心式轉(zhuǎn)速表、閃光測(cè)速儀、光電數(shù)字轉(zhuǎn)速表等實(shí)現(xiàn)。

離心式轉(zhuǎn)速表主要是離心器、變速器以及指示度盤(pán)等部分組成，其中離心器大部分采用的是帶有重錘結(jié)構(gòu)的。在速度檢測(cè)過(guò)程中，不僅重錘容易受到地面顛簸的影響，導(dǎo)致檢測(cè)的速度存在一定誤差；而且指示度盤(pán)的刻度不均勻也會(huì)導(dǎo)致速度的顯示與讀取不準(zhǔn)；閃光測(cè)速儀是根據(jù)儀器的閃光頻率與被測(cè)物的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等時(shí)，閃光頻率即為被測(cè)物的轉(zhuǎn)速，但是當(dāng)儀器的光源被阻擋時(shí)，會(huì)影響測(cè)速的精度；光電數(shù)字轉(zhuǎn)速表是采用光電敏感元件，測(cè)量并顯示轉(zhuǎn)速的儀表。然而當(dāng)天氣不好時(shí)，會(huì)影響光電敏感元件的工作準(zhǔn)確性，導(dǎo)致速度檢測(cè)的誤差。

另外，這些檢測(cè)裝置大都需要固定在專門(mén)的位置上，屬于額外的安裝在輪椅上的速度檢測(cè)裝置，這樣不僅增加了生產(chǎn)成本，而且也加大了輪椅的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，給使用者帶來(lái)了負(fù)擔(dān)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而進(jìn)行的，目的在于提供直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)及其速度檢測(cè)方法。

本發(fā)明提供了一種直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，具有這樣的特征，包括：有刷直流電機(jī)，設(shè)置在輪椅上，用于驅(qū)動(dòng)輪椅；電源，對(duì)有刷直流電機(jī)進(jìn)行供電；電流-電壓轉(zhuǎn)換器，與有刷直流電機(jī)連接，用于將流經(jīng)有刷直流電機(jī)的脈動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓；濾波放大電路，與電流-電壓轉(zhuǎn)換器連接，用于對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波并放大；整形器，與濾波放大電路，用于將經(jīng)過(guò)濾波并放大的脈動(dòng)電壓進(jìn)行整形成方波；微處理器，具有測(cè)速單元以及調(diào)速單元，測(cè)速單元與整形器連接，用于捕捉方波得到脈動(dòng)頻率，基于該脈動(dòng)頻率根據(jù)預(yù)定規(guī)則計(jì)算有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速；調(diào)速單元與有刷直流電機(jī)連接，用于調(diào)節(jié)有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)節(jié)輪椅的行駛速度。

本發(fā)明提供了一種直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征，包括：其中，電流-電壓轉(zhuǎn)換器為電阻、電流互感器以及霍爾元件中的任意一種。

本發(fā)明提供了一種直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，還可以具有這樣的特征，包括：其中，預(yù)定規(guī)則為：其中，fn為電流的脈動(dòng)頻率，n為有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，k為有刷直流電機(jī)的換向片數(shù)，p為有刷直流電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，c為與換向片數(shù)k的奇偶性有關(guān)的系數(shù)，k為偶數(shù)時(shí)c＝1，k為奇數(shù)是c＝2。

本發(fā)明還提供了在上述直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的速度檢測(cè)方法，具有這樣的特征，包括：采用電流-電壓轉(zhuǎn)換器將流經(jīng)有刷直流電機(jī)的脈動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓；采用濾波放大電路對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波處理并放大；采用整形器對(duì)經(jīng)過(guò)濾波處理并放大的脈動(dòng)電壓整形成方波；采用微處理器對(duì)方波進(jìn)行捕捉，得到脈動(dòng)頻率；以及采用微處理器基于該脈動(dòng)頻率根據(jù)預(yù)定規(guī)則計(jì)算得到有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)及其速度檢測(cè)方法，因?yàn)樵谥绷麟姍C(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中設(shè)置了電流-電壓轉(zhuǎn)換器、濾波放大電路以及微處理器，提取到有刷直流電機(jī)的脈動(dòng)頻率，即可實(shí)時(shí)檢測(cè)輪椅的轉(zhuǎn)速，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以，本發(fā)明的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，不僅降低了輪椅的生產(chǎn)成本，減小了輪椅的復(fù)雜程度，而且本發(fā)明的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的檢測(cè)速度方法是設(shè)置在微處理器調(diào)速控制系統(tǒng)內(nèi)的電路上，這樣設(shè)置不會(huì)因?yàn)槭艿秸駝?dòng)、路況或者天氣的影響而導(dǎo)致速度檢測(cè)的偏差，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)到輪椅的行駛電機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高了速度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中濾波放大電路及整形器的的電路圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明基于輪椅的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)及其速度檢測(cè)方法作具體闡述。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例中直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)100包括電源10、有刷直流電機(jī)20、電流-電壓轉(zhuǎn)換器30、濾波放大電路40、整形器50以及微處理器60。

電源10用于向有刷直流電機(jī)20供電。

有刷直流電機(jī)20包括電刷以及換向器，電源10通過(guò)電刷將直流電壓引入換向器，換向器在有刷直流電機(jī)20旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，將外加直流電壓以及直流電流轉(zhuǎn)換成交流電勢(shì)與交流電流，在供電回路中產(chǎn)生脈動(dòng)電流。

電流-電壓轉(zhuǎn)換器30與換向器連接，用于采集脈動(dòng)電流，將脈動(dòng)電流轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓。電流-電壓轉(zhuǎn)換器30為電阻、電流互感器以及霍爾元件中的任意一種。在本實(shí)施例中，電流-電壓轉(zhuǎn)換器30采用的是電流互感器。

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中濾波放大電路及整形器的的電路圖。

如圖2所示，濾波放大電路40與電流-電壓轉(zhuǎn)換器30連接，用于對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波處理并放大。濾波放大電路40包含第一濾波放大單元41以及第二濾波放大單元42。

第一濾波放大單元41由電容C5、電阻R10、第一運(yùn)算放大器、電阻R8、反饋電阻R2、電阻R12以及電容C7組成。電容C5的一端與電流互感器連接，另一端接電阻R10，電阻R10的另一端接第一運(yùn)算放大器的輸入端正極，第一運(yùn)算放大器的輸入端負(fù)極接電阻R8，電阻R8的另一端接地。第一運(yùn)算放大器的輸出端接反饋電阻R2，反饋電阻R2的另一端接第一運(yùn)算放大器的輸入端負(fù)極。其中，電阻R12的一端與電阻R10接于電容C5的同一側(cè)，另一端接地。電容C7一端接第一運(yùn)算放大器的輸入端正極，另一端接地。在本實(shí)施例中，電阻R8以及反饋電阻R2的阻值選取遵循的關(guān)系，其中，A_V為放大倍數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)使用者的放大需求對(duì)R2以及R8的阻值進(jìn)行調(diào)整。

第二濾波放大單元42由電容C4、電阻R9、第二運(yùn)算放大器、電阻R7、反饋電阻R1、電阻R11以及電容C6組成。電容C4的一端與第一運(yùn)算放大器的輸出端連接，另一端接電阻R9，電阻R9的另一端接第二運(yùn)算放大器的輸入端正極，第二運(yùn)算放大器的輸入端負(fù)極接電阻R7，電阻R7的另一端接地。第二運(yùn)算放大器的輸出端接反饋電阻R1，反饋電阻R1的另一端接第二運(yùn)算放大器的輸入端負(fù)極。其中，電阻R11的一端與電阻R9接于電容C4的同一側(cè)，另一端接地。電容C6一端接第二運(yùn)算放大器的輸入端正極，另一端接地。在本實(shí)施例中，電阻R7以及反饋電阻R1的阻值選取遵循的關(guān)系，其中，A_V為放大倍數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)使用者的放大需求對(duì)R1以及R7的阻值進(jìn)行調(diào)整。

整形器50與濾波放大電路40，用于經(jīng)經(jīng)過(guò)濾波處理并放大的脈動(dòng)電壓進(jìn)行整形成方波。整形器為一個(gè)反相器，反相器的一端與第二運(yùn)算放大器的輸出端連接，另一端與微處理器60連接。在本實(shí)施例中，脈動(dòng)電壓整形成的方波的幅值為3.3V。

微處理器60具有測(cè)速單元61與調(diào)速單元62。

測(cè)速單元61為脈沖捕捉段，與反相器連接，用于捕捉方波得到脈動(dòng)電流的脈動(dòng)頻率?；谠撁}動(dòng)頻率根據(jù)預(yù)定規(guī)則計(jì)算有刷直流電機(jī)20的轉(zhuǎn)速。

預(yù)定規(guī)則為：

其中，f_n為電流的脈動(dòng)頻率，n為有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，k為有刷直流電機(jī)的換向片數(shù)，p為有刷直流電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)，c為與換向片數(shù)k的奇偶性有關(guān)的系數(shù)，k為偶數(shù)時(shí)c＝1，k為奇數(shù)是c＝2。

調(diào)速單元62與有刷直流電機(jī)20連接，用于調(diào)節(jié)有刷直流電機(jī)20的轉(zhuǎn)速。

直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)100的速度檢測(cè)方法包括以下步驟：

步驟一，電源10驅(qū)動(dòng)有刷直流電機(jī)20下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)工作，電源10通過(guò)電刷將直流電壓引入換向器。

步驟二，換向器將外加直流電壓以及直流電流轉(zhuǎn)換成交流電勢(shì)與交流電流，在供電回路中產(chǎn)生脈動(dòng)電流。

步驟三，采用電流互感器采集流經(jīng)有刷直流電機(jī)20的脈動(dòng)電流，將脈動(dòng)電流轉(zhuǎn)換脈動(dòng)。

步驟四，采用濾波放大電路對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波處理并放大。

步驟五，采用反相器對(duì)經(jīng)過(guò)濾波處理并放大的脈動(dòng)電壓進(jìn)行整形成幅值為3.3V的方波。

步驟七，采用微處理器60的測(cè)速單元61對(duì)方波進(jìn)行捕捉，得到脈動(dòng)電流的脈動(dòng)頻率；基于脈動(dòng)頻率根據(jù)計(jì)算得到有刷直流電機(jī)20的轉(zhuǎn)速。

實(shí)施例的作用與效果

根據(jù)實(shí)施例中的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)及其速度檢測(cè)方法，因?yàn)樵谥绷麟姍C(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中設(shè)置了電流-電壓轉(zhuǎn)換器、濾波放大電路以及微處理器，提取到有刷直流電機(jī)的脈動(dòng)頻率，即可實(shí)時(shí)檢測(cè)輪椅的轉(zhuǎn)速，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以，本發(fā)明的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，不僅降低了輪椅的生產(chǎn)成本，減小了輪椅的復(fù)雜程度，而且本發(fā)明的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的檢測(cè)速度方法是設(shè)置在微處理器調(diào)速控制系統(tǒng)內(nèi)的電路上，這樣設(shè)置不會(huì)因?yàn)槭艿秸駝?dòng)、路況或者天氣的影響而導(dǎo)致速度檢測(cè)的偏差，可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)到輪椅的行駛電機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高了速度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

另外，本實(shí)施例中的直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中的采集轉(zhuǎn)換器采用的是電流互感器。因?yàn)殡娏骰ジ衅鞯慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)直流電源的壓降幾乎沒(méi)有影響，所以不會(huì)造成電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程導(dǎo)致的偏差，提高了直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的速度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

上述實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。