一种基于频率变换的转速跟随系统及方法与流程

【技术领域】

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种基于频率变换的转速跟随系统及方法。

背景技术：

目前转速跟随方法主要基于人工设定转速，不能动态调整，因此在转速随时变化的情况下，调整转速尤为困难。申请号为:cn201811209033.1一种电机转速调节电路及装置,通过简单的电路结构，能够实时测量电机的转速、直观地读取电机的供电电压，并可通过调节供电电压来调节电机的转速，实现了电机转速调节的闭环调节，确保了电机转速调节的精准度，此技术只能通过手动设置转速，无法应用于动态的环境。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述问题，提供一种闭环跟随的转速同步装置及系统，主要解决不用人工手动设置转速，在动态环境下转速不能调整的问题。

本发明的技术方案为：一种闭环跟随的转速同步装置及系统，包括电机、霍尔传感器、单片机、转换器、电压比较器、延时继电器及脉宽调制器；

所述电机包括第一电机和第二电机，所述第一电机的转动轴末端设有主动轮，所述第二电机的转动轴末端设有从动轮，所述霍尔感应器包括第一霍尔感应器和第二感应器，所述第一电机连接所述第一霍尔感应器，所述第一霍尔感应器连接所述单片机；所述第二电机连接所述第二霍尔感应器，所述第二霍尔感应器连接所述单片机，霍尔传感器将电机的转速转换为脉冲信号；所述单片机用于接收第一霍尔传感器和第二霍尔感应器发出的脉冲信号；所述单片机的输出引脚连接所述转换器的输入端，所述转换器将单片机输出的脉冲信号转换为电压信号；所述转换器的输出端连接到所述电压比较器的输入端，所述电压比较器用于接收转换器输出的电压信号并比较从所述第一电机和第二电机两路过来的电压信号得到一个输出电平；所述电压比较器的输出端连接到所述延时继电器的输入端，所述延时继电器将所述输出电平进行稳压得到稳压电平，所述延时继电器用于延时电压比较器输出的电压信号的周期；所述延时继电器的输出端连接到所述脉宽调制器的输入端，所述脉宽调制器的输出端连接到第二电机的电压输入端，所述脉宽调制器通过改变脉冲宽度进而改变第二电机的电压信号，进而改变第二电机的转速。

优选的，所述霍尔感应器为线性霍尔感应器，所述线性霍尔感应器为闭环式。

优选的，所述转换器中选取lm331芯片。

优选的，所述第一霍尔感应器和第二霍尔感应器均包括转盘、永久磁铁和霍尔元件，在第一电机和第二电机的转动轴上均设置转盘，在每一转盘上间隔设置两块异级相对的永久磁铁形成一个感应区，在所述感应区两端分别设置一个霍尔元件，形成霍尔传感器。

优选的，所述电压比较器对从转化器流出的两路电压信号进行比较，并将比较结果传输到所述脉宽调制器。

优选的，所述脉宽调制器采用tl494芯片，所述单片机采用ti的msp430系列。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

本系统通过霍尔感应器将转速转换输出为脉冲信号，利用转换器将脉冲信号转换为电压信号，再用电压比较器对比两路电压信号的大小，最后采用pwm调制器来改变脉宽从而控制从动轮的电压信号，从而改变从动轮的转速，使从动轮和主动轮的转速一致。该系统能精确跟随到主动轮和从动轮转速的变化，并能及时调整它们的转速，而使用设备简单，控制器成本低，更为重要的是本系统能动态的跟随主动轮的转速，不用人工设置主动轮的转速，从而减少制动器的操作。因此，该转速的跟随系统和方法能应用于广泛的电子电路的控制系统领域。

由于所述转换器中选取lm331芯片，lm331转换精度高，适用于转换电路中各个参数之间的变换。

由于所述第一霍尔感应器和第二霍尔感应器均包括转盘、永久磁铁和霍尔元件，在第一电机和第二电机的转动轴上均设置转盘，在转盘上间隔设置两块相对方向的永久磁铁，在磁铁附近设置一个霍尔元件，形成霍尔传感器，霍尔传感器将电机的转速转换为脉冲信号。

由于所述电压比较器对从转化器流出的两路电压信号进行比较，并将比较结果传输到所述脉宽调制器，改变脉宽调制器的脉冲宽度，即可能改变第一电机的输入电压。

由于电压频率变换在所述第一霍尔感应器内改变，转速速调节在所述脉宽调制器上，该系统能使从动轮动态跟随主动轮转动，不需要人工干预，本系统从动轮能在动态环境中跟随频率的变化，进而跟随转速，从而根据主动轮的转速变化改变从动轮的转速，使它们的转速相同。

【附图说明】

图1为本发明基于频率变换的转速跟随系统的电路结构图。

图1中的附图标号为：1-第一电机，2-第一霍尔感应器，3-第二霍尔感应器，4-第二电机，5-单片机，6-转换器，7-电压比较器，8-延时继电器，9-脉宽调制器。

【具体实施方式】

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本实施例所述的一种闭环跟随的转速同步装置及系统，包括电机、霍尔传感器、单片机5、转换器、电压比较器7、延时继电器8及脉宽调制器9。

所述电机包括第一电机1和第二电机4，所述第一电机1的转动轴末端设有主动轮，所述第二电机4的转动轴末端设有从动轮，霍尔传感器将电机的转速转换为脉冲信号，所述霍尔感应器包括第一霍尔感应器2和第二感应器3，所述第一电机1连接所述第一霍尔感应器2，所述第一霍尔感应器2连接所述单片机5的输入引脚；所述第二电机4连接所述第二霍尔感应器3，所述第二霍尔感应器3连接所述单片机5的输入引脚，所述单片机5用于接收第一霍尔传感器2和第二霍尔感应器3发出的脉冲信号；所述单片机5的输出引脚连接所述转换器6的输入端，所述转换器6将单片机5输出的脉冲信号转换为电压信号；所述转换器6的输出端连接到所述电压比较器7的输入端，所述电压比较器7用于接收转换器6输出的电压信号，用于比较从所述第一电机1和第二电机4两路过来的电压信号；所述电压比较器7的输出端连接到所述延时继电器8的输入端，所述延时继电器8用于延时电压比较器7输出的电压信号的周期，稳定它的频率；所述延时继电器8的输出端连接到所述脉宽调制器9的输入端，所述脉宽调制器9的输出端连接到第二电机4的电压输入端，所述脉宽调制器9通过改变脉冲宽度进而改变第二电机4的电压信号，进而改变第二电机4的转速；第一霍尔感应器2有一路电压进入单片机5，第二霍尔感应器3有另一路电压进入单片机5，使得电压比较器5将这两路电压进行比较。

在本实施例中，所述第一霍尔感应器2和第二霍尔感应器3均为线性霍尔感应器，所述线性霍尔感应器为闭环式，所述第一霍尔感应器2和第二霍尔感应器3均包括转盘、永久磁铁和霍尔元件，在第一电机1和第二电机4的转动轴上均设置转盘，在每一转盘上间隔设置两块异级相对的永久磁铁形成一个感应区，在所述感应区两端分别设置一个霍尔元件，形成霍尔传感器，霍尔传感器将电机的转速转换为脉冲信号。所述转换器6中选取lm331芯片，lm331转换精度高，所述脉宽调制器9采用tl494芯片，所述单片机5采用ti的msp430系列。所述电压比较器7对从转化器6流出的两路电压信号进行比较，并将比较结果传输到所述脉宽调制器9。

在本实施例中，电压频率变换在所述第一霍尔感应器2内改变，转速调节在所述脉宽调制器9上，该系统能使从动轮动态跟随主动轮转动，不需要人工干预。

在本实施例中所述的一种闭环跟随的转速同步装置及系统，本系统运行时包括以下步骤：

(1)定义主动轮与从动轮分别为a和b，在连接主动轮的转动轴上设置转盘，在转盘上间隔设置两块相对方向的永久磁铁，转盘与转动轴同步运转，在磁铁附近设置一个霍尔元件，形成霍尔传感器；同样的，在连接从动轮的转动轴上设置转盘，在转盘上间隔设置两块相对方向的永久磁铁，转盘与转动轴同步运转，在磁铁附近设置一个霍尔元件，形成霍尔传感器；所述霍尔传感器连接单片机中计数器的捕获输入引脚，接通第一电机和第二电机的电源，第一电机和第二电机开始转动，单片机输出有脉冲信号ha和hb。

(2)所述转换器6中选取lm331芯片，转换器6将单片机5输出的脉冲信号ha和hb转换为电压信号va和vb。

(3)观察电压比较器7的输出电平，当电压比较器7输出为高电平时，表明va>vb；当电压比较器输出为低电平时，表明va<vb；如果va>vb，表示主动轮快，从动轮慢，此时调节脉宽调制器9，增加给从动轮供电的脉冲宽度，从而增大从动轮的供电电压，进而增加从动轮的转速；如果va<vb，表示从动轮快，主动轮慢，此时调节脉宽调制器9，减少给从动轮供电的脉冲宽度，从而降低从动轮的供电电压，进而降低从动轮的转速；va＝vb时，所述主动轮和从动轮的转速一样，不用调节脉宽调制器9。

具体实施时，第二霍尔感应器3利用在一定时间段内测量出从动轮的转速/角速度并将其脉冲信号传送至单片机5，连接主动轮的第一电机1，电压不是固定值，其主动轮的转速可随外部电压/电流的改变而改变，因此，主动轮的转速是不定的，例如拖拉机、汽车的车轮或其他机械的旋转轮等，其转速不是手工设定的，是根据外部环境的变化随时改变，根据主动轮的转速变化进而改变从动轮的脉冲宽度，从而改变从动轮的电压来改变其转速，最后使从动轮的转速与主动轮的转速相同。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。