本發(fā)明屬于電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種使用單傳感器的電機(jī)、應(yīng)用及高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、在常規(guī)應(yīng)用里，傳感器(霍爾傳感器或編碼器)至少需要兩個(gè)才能檢測(cè)出電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，因?yàn)樾D(zhuǎn)方向只有通過比較兩個(gè)傳感器輸出電平的相移才能實(shí)現(xiàn)。

2、此外，傳感器的輸出只能是0或1。常規(guī)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法如圖3所示，為脈沖計(jì)算法。常規(guī)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法下，低電機(jī)轉(zhuǎn)速、低處理時(shí)間(速度環(huán)采樣頻率高)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致較明顯的量化誤差。

3、引起量化誤差的原因，比如電機(jī)轉(zhuǎn)速僅300rpm(5hz)，如果用一個(gè)霍爾的下降沿檢測(cè)，每秒只能采集5個(gè)霍爾信號(hào)。如果速度環(huán)采樣時(shí)間0.1s,一秒會(huì)采集10次，這會(huì)導(dǎo)致有時(shí)候一半的時(shí)間，速度會(huì)顯示0，一半的時(shí)間速度會(huì)顯示600rpm。因?yàn)?秒只有五個(gè)信號(hào)。所以在低速時(shí)或者采樣頻率高的時(shí)候這個(gè)現(xiàn)象較為明顯。

4、如果不用或只用一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器，這樣會(huì)大幅度增加量化誤差，這將進(jìn)一步影響速度估計(jì)精度。

5、由于現(xiàn)有電機(jī)采用了兩個(gè)傳感器來(lái)尋找旋轉(zhuǎn)方向并順帶提高速度檢測(cè)精準(zhǔn)度，這導(dǎo)致電機(jī)的成本較高，同時(shí)故障率也會(huì)相應(yīng)增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，提供一種使用單傳感器的電機(jī)、應(yīng)用及高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法。本發(fā)明具有能降低電機(jī)成本、減少單片機(jī)引腳用量和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：使用單傳感器的電機(jī)，所述電機(jī)中設(shè)有單個(gè)傳感器，通過單個(gè)傳感器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，所述傳感器為霍爾傳感器或編碼器。

3、前述的電機(jī)中，電機(jī)上連接有驅(qū)動(dòng)器。

4、前述的電機(jī)在具有自鎖結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用。

5、前述的應(yīng)用中，所述具有自鎖結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿式的變速箱，變速箱用于升降桌上，電機(jī)通過變速箱驅(qū)動(dòng)升降桌實(shí)現(xiàn)升降動(dòng)作。

6、前述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，包括以下步驟，

7、步驟一、根據(jù)電機(jī)的輸入電壓方向或電流方向，得到電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，

8、步驟二、測(cè)量得到傳感器的脈沖數(shù)np，

9、步驟三、通過輸入電壓vin、占空比d、電流idc和總電阻rt，得到電機(jī)的估計(jì)速度ωest，

10、步驟四、根據(jù)估計(jì)速度ωest得到估計(jì)脈沖數(shù)np(est，i)，

11、步驟五、根據(jù)測(cè)量脈沖數(shù)np和估計(jì)脈沖數(shù)np(est，i)，計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速ωactual。

12、前述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法中，所述步驟三中，利用公式(eq.3)計(jì)算估計(jì)速度ωest，

13、

14、vin是電機(jī)的輸入電壓，d是占空比，idc是電流，rt是總電阻，即電機(jī)和電路的電阻，ke是反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。

15、前述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法中，所述步驟四中，利用公式(eq.4)計(jì)算得到估計(jì)脈沖數(shù)np(est，i)，

16、公式(eq.4)：

17、np(est，i)是當(dāng)前循環(huán)的估計(jì)脈沖數(shù)量，檢測(cè)到霍爾的下降沿時(shí)，np(est，i)＝0，np(est，i-1)是上一個(gè)循環(huán)的估計(jì)脈沖數(shù)量，ts(calc)是檢測(cè)電機(jī)速度的周期時(shí)間。

18、所述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法中，所述步驟五中，利用公式(eq.5)計(jì)算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，

19、公式(eq.5)：

20、ts(speed)是速度采樣時(shí)間，p是霍爾磁環(huán)極對(duì)數(shù)。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

22、1)、節(jié)省傳感器的數(shù)量，從而降低電機(jī)的成本，并在特定的計(jì)算方法下提高了電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量精度。

23、2)、由于傳感器數(shù)量從兩個(gè)降低到一個(gè)，可以減少一個(gè)單機(jī)片上的引腳，在某些情況下，比如多電機(jī)控制系統(tǒng)，多出一個(gè)引腳可能就要多放一個(gè)單片機(jī)，有助于降低電機(jī)控制系統(tǒng)的成本。

24、3)、在特定的計(jì)算方法下，可以使傳感器信號(hào)丟失的狀態(tài)下繼續(xù)使用估計(jì)速度運(yùn)行，即在傳感器故障時(shí)可以繼續(xù)使用。

25、4)、如果采用純電機(jī)無(wú)傳感器計(jì)算速度(即通過檢測(cè)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)來(lái)推導(dǎo)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速)，容易因電流測(cè)量噪聲而出錯(cuò)，尤其是在電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)時(shí)。此外，由于溫度和老化導(dǎo)致的電機(jī)參數(shù)變化將極大地降低準(zhǔn)確性。本發(fā)明使用一個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器作為配套器件，可以克服純電機(jī)無(wú)傳感器計(jì)算速度時(shí)的缺點(diǎn)，傳感器可以作為速度測(cè)量的錨點(diǎn)，從而測(cè)量精度高。

26、綜上，本發(fā)明具有能降低電機(jī)成本、減少單片機(jī)引腳用量和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.使用單傳感器的電機(jī)，其特征在于：所述電機(jī)中設(shè)有單個(gè)傳感器，通過單個(gè)傳感器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，所述傳感器為霍爾傳感器或編碼器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)，其特征在于：電機(jī)上連接有驅(qū)動(dòng)器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)在具有自鎖結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的與應(yīng)用，其特征在于：所述具有自鎖結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿式的變速箱，變速箱用于升降桌上，電機(jī)通過變速箱驅(qū)動(dòng)升降桌實(shí)現(xiàn)升降動(dòng)作。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，其特征在于：包括以下步驟，

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟三中，利用公式(eq.3)計(jì)算估計(jì)速度ωest，

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟四中，利用公式(eq.4)計(jì)算得到估計(jì)脈沖數(shù)np(est，i)，

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟五中，利用公式(eq.5)計(jì)算得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種使用單傳感器的電機(jī)、應(yīng)用及高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，所述電機(jī)中設(shè)有單個(gè)傳感器，通過單個(gè)傳感器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，所述傳感器為霍爾傳感器或編碼器；所述的電機(jī)在具有自鎖結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用；高精度轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，包括以下步驟，步驟一、根據(jù)電機(jī)的輸入電壓方向或電流方向，得到電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，步驟二、測(cè)量得到傳感器的脈沖數(shù)Np，步驟三、通過輸入電壓、占空比、電流和總電阻，得到電機(jī)的估計(jì)速度，步驟四、根據(jù)估計(jì)速度得到估計(jì)脈沖數(shù)，步驟五、根據(jù)測(cè)量脈沖數(shù)Np和估計(jì)脈沖數(shù)，計(jì)算得到電機(jī)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明具有能降低電機(jī)成本、減少單片機(jī)引腳用量和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：田浩為,沈杰,汪斌,余泉沖,唐培棟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江美茵電機(jī)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19