一种小功率直流电机的稳压控制方法及直流电机与流程

1.本发明涉及直流电机领域，尤其是一种小功率直流电机的稳压控制方法及直流电机。


背景技术：

2.随着当代设备工业生产对自动化设备程度的要求越来越高，电机作为实现自动化操作的不可缺少的传动与执行设备，早已遍及工业生产过程中。直流电机其调速精度高，调速性能优越，在高功率密度、大转矩和高效率方面具有显著优势和潜力，目前直流电机应用场合广泛，例如电动美容仪，冲牙器等，并且某些应用场景下会要求转速能够保持稳定，以能够带给用户好的使用体验。通常这类电机会采用pwm调节占空比的方式进行转速控制。
3.现有技术采用预先设置占空比的pwm调节方式无法保证在电池电量降低的时电机转速的稳定；产品在使用过程中由于用户的按压力度不同带来的负载变化会引起电流的变化，最终由于电池内阻的存在，电池输出电压会产生不稳定的波动，在此情况下会出现转速不稳定，影响使用效果。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种小功率直流电机的稳压控制方法及直流电机，该方法通过采集电机端的电压进行负反馈控制，实时快速的调整pwm占空比，以达到稳定电机两端电压的目的，同时采用mos管消除电机产生的感应电动势，减小其对电压负反馈的影响。
5.第一方面，本公开实施例提供了一种小功率直流电机的稳压控制方法，包括：
6.对小功率直流电机基于电压采样的负反馈稳压控制，具体为：通过采集电机电压，多次采样后取平均值，然后与微控制器预先设定的标准电压进行比较，得到误差值，基于该误差值自动调整输出的pwm占空比，以实现负反馈控制，直到电机电压的平均值接近预设值，最终得到稳定的转速。
7.进一步地，稳压控制方法还包括：在稳压控制电路中基于pmos结合nmos进行电压控制，微控制器通过gpio1发出的pwm控制pmos开通与关断，在根据工作模式并结合当前电池电压，设置好占空比后，即可调整电源加在电机两端的平均电压。由于nmos与pmos使用同一个驱动gpio1，当pmos关断时，nmos正好导通，能够很快的将电机内部的能量释放掉，且由于nmos在导通时的内阻很小，电机电流所产生的负压基本接近于0。
8.第二方面，本公开实施例提供了一种直流电机，基于小功率直流电机的稳压控制，包括：
9.电源模块、微控制器、电机控制模块、反馈信号采集模块、负压消除模块、滤波模块；
10.其中，所述电机控制模块包括与微控制器gpio接口连接的接口以及pmos管；反馈信号采集模块包括与微控制器gpio接口连接的接口以及分压电阻r1、r2；负压消除模块包括nmos管；滤波模块包括电容c1；
11.各个电路模块的连接方式如下：
12.pmos管q1、nmos管q2、电容c1、电阻r1、r2、电源接口vbat、gpio接口gpio1、gpio2；
13.pmos管q1的s端、d端、g端分别与电源接口vbat、nmos管q2的d端、接口gpio1连接；nmos管q2的g端、d端、s端分别与接口gpio1、pmos管q1的d端、地连接；电容c1的一端与pmos管q1与nmos管d2的相连的节点n1连接，另一端与地相连；电阻r1、r2串联接入节点n1与地之间，gpio2从两个分压电阻之间接出；节点n1电压vm提供电机实际电压。
14.还包括负反馈控制系统，微控制器与电机控制模块连接，对电机通过pwm信号进行控制，pwm信号控制pmos开通与关断，根据工作模式并结合当前电池电压，设置pwm信号占空比，即可调整电源加在电机两端的平均电压；反馈信号采集模块通过采集电机电压，将采集到的电机电压发送到微控制器，微控制器将采集到的电机电压与预设值进行对比，得到二者的误差值，微控制器根据该误差值自动调整输出的pwm信号的占空比以实现负反馈控制，直到电机电压的平均值接近预设值，最终得到稳定的转速。
15.本发明通过采集电机端的电压进行负反馈控制，实时快速的调整pwm占空比，以达到稳定电机两端电压的目的。
16.同时采用mos管消除电机产生的感应电动势，减小其对电压负反馈的影响。
17.本发明对于小功率电机的稳压控制具有通用性，且占用的mcu资源少，硬件电路简单，性价比高。
附图说明
18.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。
19.图1是现有技术中传统的电机控制电路图；
20.图2是根据本技术实施例的电机控制电路图；
21.图3是根据本技术实施例的pwm与电机电压关系示意图；
22.图4是根据本技术实施例的负反馈控制框图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
24.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
25.需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个
方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
26.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
27.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
28.参见图1，为现有技术中传统电机控制电路图，gpio1为控制引脚，控制pmos的通断，采用二极管阴极接pmos漏极，阳极接地，当gpio1产生的pwm为低电平时，pmos导通，加在电机两端的电压为电池电压vbat，电机转动；当pwm为高电平时，pmos关断，电机内部转子的电流由于不能突变，会通过二极管diode释放能量，同时产生负电压。
29.根据图3(b)所示，在a、b位置，通过二极管diode释放能量时产生的负电压会根据所选择的二极管导通压降的不同而有差异，也会与负载变化时电机转子中的电流变化有关，电流越大，负电压就会越大，如果对vm进行电压采样，此负电压会严重影响vm有效电压的准确性。
30.如图2所示，本发明为了消除上述现有技术中的负压的影响，将二极管改为一个nmos，gpio1和gpio2分别为控制引脚和电压采样引脚。mcu可通过gpio1发出的pwm控制pmos开通与关断，在根据工作模式并结合当前电池电压，设置好占空比后，即可调整电源加在电机两端的平均电压。由于nmos与pmos使用同一个驱动gpio1，当pmos关断时，nmos正好导通，能够很快的将电机内部的能量释放掉，且由于nmos在导通时的内阻很小，电机电流所产生的负压基本接近于0。如图3(c)中修正后的vm电压波形所示，此时的电压采样所得到的vm有效平均电压会非常准确，结合负反馈控制，就可以将vm稳定在设定的电压值附近，且基本不会受到电机负载所导致的电流变化的影响。
31.进一步地，如图4所示，本发明还结合电压采样的负反馈稳压控制，通过gpio2采集电机得电压vm，多次采样后取平均值，然后与mcu预先设定的标准电压进行比较，得到误差值，程序会根据该误差值自动调整gpio1输出的pwm占空比，以实现负反馈控制，直到vm的平均值接近预设值，最终得到稳定的转速。
32.在本实施方式中，通过采集电机端的电压进行负反馈控制，实时快速的调整pwm占空比，以达到稳定电机两端电压的目的，同时采用nmos管消除电机产生的感应电动势，减小其对电压负反馈的影响。对于小功率电机的稳压控制具有通用性，且占用的mcu资源少，硬件电路简单，性价比高。
33.本发明实施例还提出一种直流电机，其基于小功率直流电机的稳压控制，具体包括：
34.电源模块、微控制器、电机控制模块、反馈信号采集模块、负压消除模块、滤波模块；
35.其中，所述电机控制模块包括与微控制器gpio接口连接的接口以及pmos管；反馈
信号采集模块包括与微控制器gpio接口连接的接口以及分压电阻r1、r2；负压消除模块包括nmos管；滤波模块包括电容c1；
36.各个电路模块的连接方式如下：
37.pmos管q1、nmos管q2、电容c1、电阻r1、r2、电源接口vbat、gpio接口gpio1、gpio2；
38.pmos管q1的s端、d端、g端分别与电源接口vbat、nmos管q2的d端、接口gpio1连接；nmos管q2的g端、d端、s端分别与接口gpio1、pmos管q1的d端、地连接；电容c1的一端与pmos管q1与nmos管d2的相连的节点n1连接，另一端与地相连；电阻r1、r2串联接入节点n1与地之间，gpio2从两个电阻之间接出；节点n1电压vm提供电机实际电压。
39.还包括负反馈控制系统，微控制器mcu通过gpio1发出的pwm控制pmos开通与关断，再根据工作模式并结合当前电池电压，设置好占空比后，即可调整电源加在电机两端的平均电压。通过gpio2采集并计算得到电机的电压vm，多次采样后取平均值，然后与mcu预先设定的标准电压进行比较，得到误差值，程序会根据该误差值自动调整gpio1输出的pwm占空比，以实现负反馈控制，直到vm的平均值接近预设值，最终得到稳定的转速。
40.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。