一種基於霍爾信號的導通控制表自動生成儀及其檢測方法與流程
2024-01-21 23:26:15
本發明屬於電機控制領域，具體涉及一種基於霍爾信號的導通控制表自動生成儀及其檢測方法。
背景技術：
：：目前，國內的直流無刷電機在出廠之後，都需要用戶自己來完成霍爾相序控制表的測定，生成相序導通表。而現有霍爾元件的測定多數是在實驗室完成的，測試環境較為局限，對於電機的檢修、電機的工作場地現場調試等環境來說，無法及時、方便的完成測定。並且目前的測定多數需要先人工觀察波形，再完成霍爾真值表的繪製，其檢測精度差，且費時費力。此外，在線設備使用的過程中，由於保護和管理不當，造成相序導通控制表的丟失或者霍爾元件引出線標示的丟失，繼而引發檢修和維護的困難。這個時候就需要重新測定導通控制表。在重新測定導通控制表時，大家常用的有以下兩種方案：一是兩相通電法，即先給霍爾元件加通電源，保證其正常工作，再分別給AB，AC，BC分別加通正向直流電和反向直流電，測定每個狀態下霍爾元件的狀態值，然後完成相序表的繪製；二是手搖測定法，即先給霍爾元件通電保證正常工作，再手搖電機並記錄轉子在不同位置處所對應的霍爾元件狀態值。第一種方法需要加設電機驅動電源，並在轉子達到穩定狀態時才能有效測定，每次測量完成都需要重新換接電源線來完成通電相的改變，操作繁瑣，測定條件苛刻，不適合快速檢修和調試；第二種方法需要打開電機外殼，觀察內部轉子位置來人工判定當前霍爾狀態下，三相電機的導通相，更加不易於實現，而且對於測定人員的專業程度要求較高，實際應用並不方便。技術實現要素：：本發明為克服上述不足，提供了一種基於霍爾信號的導通控制表自動生成儀及其檢測方法，本發明可基於霍爾元件的輸入信號、線電壓輸入信號自動生成導通控制霍爾真值表，具有使用便捷、檢測精確的優點。本發明的基於霍爾元件信號的相序導通控制表自動生成儀，包括電源模塊、主控晶片模塊、屏幕顯示模塊、按鍵控制模塊、波形處理模塊、線電壓傳感器模塊、三相埠模塊、濾波電路模塊及霍爾元件，所述按鍵控制模塊耦接於主控晶片模塊；所述三相埠模塊耦依次串聯於電壓傳感器模塊和濾波電路模塊，濾波電路模塊耦接於主控晶片模塊；所述屏幕顯示模塊耦接於主控晶片模塊；所述電源模塊分別耦接於主控晶片模塊、屏幕顯示模塊和霍爾元件，所述霍爾元件耦接于波形處理電路模塊，波形處理電路模塊耦接於主控晶片模塊。進一步地，所述濾波電路模塊通過信號調理電路模塊耦接於主控晶片模塊。進一步地，所述霍爾元件通過霍爾元件信號埠模塊耦接于波形處理電路模塊。進一步地，所述電源模塊通過霍爾元件電源埠模塊耦接於霍爾元件。本發明的基於霍爾元件信號的相序導通控制表自動生成儀的檢測方法，採用的技術方案在於由以下步驟構成：一、連接好儀器設備的A、B、C三相接口、三相霍爾元件信號埠、霍爾元件電源接口後啟動儀器，選擇工作模式為測定電機正向旋轉時的霍爾真值表，之後按下開始按鍵；二、儀器會通過主控晶片模塊的CAP1CAP2CAP3口讀入電壓霍爾位置傳感器的信號，如果沒有邊沿跳邊發生，則繼續等待知道信號邊沿跳邊的發生；如果有邊沿跳邊發生，在捕獲到任意一路的信號邊沿跳邊後，主控晶片模塊的CAP1CAP2CAP3口變為通用I/O口，讀入電壓霍爾位置傳感器檢測的霍爾信號的狀態值並保存；三、短暫延遲後，主控晶片模塊通過GPIOA0GPIOA5口讀入電壓傳感器電路輸出的電壓極性信號，對應的GPIOA0、GPIOA1或GPIOA2、GPIOA3或GPIOA4、GPIOA5，分別同時對三相埠所對應的GPIO口反饋的信息進行分析、判斷，就某一相為例，如果反饋信息全為0即負極性，則此路為下臂開關管導通狀態；如果反饋信息全為1即正極性，則此路為上臂開關管導通狀態，如果反饋信息一個為0一個為1，則此路為上下臂開關管均不導通狀態；四、判斷三相導通模式的判別是否已經完成，如果得到的三相信息不是某一相全為0、另外某一相全為1、剩餘一項為一個0和一個1，則視為錯誤的判斷模式，重新從GPIO口讀入數據進行分析，直到結果理想為止；五、三相導通模式判斷完成之後，輸出一條霍爾真值表語句；六、判斷是否檢測到六種不同的霍爾狀態，如果不是，則返回等待下一次的霍爾信號邊沿跳變再重複執行前面的程序；如果是，則將前面得到的真值語句逆序書寫，再找到A相管臂上臂開關管第一次導通的真值語句作為第一條真值語句，然後輸出整個霍爾真值表；七、結束測量過程，儀器跳轉到結束狀態，並保持屏幕輸出。本發明的有益效果是：本發明的自動生成儀利用電池給主控晶片模塊、電壓傳感器、顯示屏供電，需要電源功率小，並且內置6個小體積的電壓傳感器用來組成電壓傳感器模塊，所以本裝置體積小，易攜帶。測量使用過程中，只需將相應的電機引出線插接在相應埠即可完成現場連線，使用方便。本發明的自動生成儀為一種小巧、便攜的手持設備，可以在現場完成對霍爾元件的測定，並且可以自動生成霍爾真值表，用於控制無刷直流電機的換相過程。在自動生成儀的控制方法中，首先，主控晶片模塊的CAP口捕獲霍爾信號邊沿跳變及霍爾信號狀態，然後通過主控晶片模塊的GPIOA0GPIOA5讀入6個電壓傳感器的極性值，通過判斷得知，哪一相為上開關管導通、哪一相為下開關管導通、哪一相開關管不導通，而輸入的霍爾信號也只是轉子當前位置的狀態標誌，在控制電機旋轉的過程中只需將開關管導通情況與霍爾信號的值對應起來即可完成控制工作保證電機正常旋轉。通過以上敘述可知，霍爾元件信號線同HA、HB、HC無需強制對應，電機三相電源線與A、B、C之間也是這種關係，所以該自動生成儀還可以在既不知道霍爾元件信號線與HA、HB、HC三相對應關係，也不知道電機三相電源線與A、B、C對應關係的情況下，即電機參數嚴重缺失的情況下，完成測定和真值表繪製。本發明的自動生成儀只需按照測定結果，重新確定霍爾元件信號線與HA、HB、HC三相的對應關係，電機三相電源線與A、B、的C對應關係。該自動生成儀的檢測方法具有如下優勢：1、相較於當前兩相通電法而言，本檢測方法，通過讀取霍爾元件的信號狀態值，再依據電壓傳感器反饋的感應電動勢的極性判斷來A、B、C三相的開關管工作情況，所以本檢測方法無需給電機提供驅動電源，而電機的驅動電源規格種類眾多，不易於實現；2、本測量方法在判斷A、B、C三相開關管導通情況過程中使用的是從主控晶片模塊的GPIOA0-GPIOA5口讀入的電壓傳感器反饋的電壓的極性信號，而不是電壓的大小信號，所以信號識別的過程中，誤判、難識別的情況極少，信號的本身為極性信號，所以抗幹擾能力強；3、相較於兩相通電法需要每測定一個相序過程就要改接通電線路，手搖法在測定過程中每測定一個相序過程都需要保持位置來人工判斷霍爾元件的信號狀態及開關管導通情況，本測量方法通過識別主控晶片模塊的CAP口捕獲的霍爾元件信息來控制識別6種工作狀態，並根據電壓傳感器反饋的極性信息，依據判斷方法中的原則判斷相序導通情況。此過程中電機無需停轉，繼而實現連續快速測量；4、相較於已存在的方法，測定過程中，無需人工判斷霍爾元件的信號狀態和變化情況，無需人工判斷A、B、C三相的開關管導通情況，依靠電壓傳感器的回饋電壓極性、捕獲的霍爾元件信號狀態和每相開關管導通判定法則來實現測定，所有過程由主控晶片控制，沒有人工介入，所以測定過程中，出現差錯的機率更小，對操作人員的知識、技術要求更低。5、在自動生成儀的測定過程中，首先，主控晶片模塊的CAP口捕獲霍爾信號邊沿跳變及霍爾信號狀態，然後通過GPIOA0-GPIOA5讀入6個電壓傳感器的極性值，通過判斷得知哪一相為上開關管導通、哪一相為下開關管導通、哪一相開關管不導通，而輸入的霍爾信號也只是轉子當前位置的狀態標誌，在控制電機旋轉的過程中只需將開關管導通情況與霍爾信號的值(即轉子位置標誌信號)對應起來，在霍爾信號返回不同的信號狀態值的時候控制不同的相序開關管進行通斷即可完成電機旋轉控制工作保證電機正常旋轉，所以本測量方法可以在既不知道霍爾元件信號線與HA、HB、HC三相對應關係，也不知道電機三相電源線與A、B、C對應關係的情況下，即電機參數嚴重缺失的情況下，完成測定和真值表繪製。這對於檢修信息參數丟失嚴重的舊電機特別適用；6、相較於已知的手搖方法，本測量方法無需觀察轉子位置，可通過霍爾元件信號來確定轉子位置，無需拆卸電機，易於實現操作；7、本測量方法通過內部的主控晶片模塊統一控制，首先通過CAP口捕獲霍爾信號的變化，然後通過GPIO口讀入6個電壓傳感器的值，在分別判斷每相的開關管導通情況，生成一句換相控制語句，再判斷6個導通狀態是否測定完成，如果沒有完成測定，自動等待至下一次的循環測定過程，最後通過逆序書寫來最終生成控制表，整個過程全部由主控晶片控制，所以，測量及生成相序控制表的過程更為智能，自動化程度更高。附圖說明：圖1為自動生成儀的電路結構示意圖；圖2為自動生成儀的機械結構示意圖；圖3為電壓傳感器的電路圖；圖4為波形處理模塊的電路圖；圖5為信號調理模塊的電路圖；圖6為自動生成儀檢測方法的流程圖；圖7為電機轉子位置示意圖。具體實施方式：參照圖1，該基於霍爾元件信號的相序導通控制表自動生成儀，包括電源模塊1、主控晶片模塊2、屏幕顯示模塊3、按鍵控制模塊4、波形處理模塊6、線電壓傳感器模塊7、三相埠模塊9、濾波電路模塊10及霍爾元件12，所述按鍵控制模塊4耦接於主控晶片模塊2；所述三相埠模塊9耦依次串聯於電壓傳感器模塊7和濾波電路模塊10，濾波電路模塊10通過信號調理電路模塊8耦接於主控晶片模塊2；所述屏幕顯示模塊3耦接於主控晶片模塊2；所述電源模塊1分別耦接於主控晶片模塊2、屏幕顯示模塊3和霍爾元件12，其中電源模塊1通過霍爾元件電源埠模塊11耦接於霍爾元件12，所述霍爾元件12通過霍爾元件信號埠模塊5耦接于波形處理電路模塊6，波形處理電路模塊6耦接於主控晶片模塊2。圖2所示，13為按鍵、14為霍爾元件電源接口、15為電源、16為顯示屏、17為ABC三相接口、18為霍爾元件信號埠，按鍵13和顯示屏16設於儀器殼體19的頂面，霍爾元件電源接口14設於儀器殼體19的側面，ABC三相接口17和霍爾元件信號埠18設於儀器殼體19的前面，電源15設於儀器殼體19內底部。圖4為波形處理模塊的電路圖，C1與運算放大器的同相端並聯，與電阻R1組成濾波電路，之後經過運算放大器LM1458所構建的電壓跟隨器，再經過前兩個反相器的整形，使波形邊沿更加陡峭，後經過一個邏輯反相器接入OC門，通過光耦和電路輸出信號。圖5為信號調理模塊的電路圖，輸入信號先接入LM1458組成的電壓跟隨器，以獲得理想輸入信號，增加代負載能力。經過R2、C1並聯電路的調理，接入LM358的同相放大電路，放大倍數由R5、R6的阻值決定。再經過R4、C2濾波電路的作用將信號輸出到後一級。基於上述自動生成儀的檢測方法由以下步驟構成：根據圖2所示，一、連接好儀器設備的A、B、C三相接口17、三相霍爾元件信號埠18、霍爾元件電源接口14後啟動儀器，選擇工作模式為測定電機正向旋轉時的霍爾真值表，之後按下按鍵13中的開始按鍵41；二、儀器會通過主控晶片模塊2的CAP1CAP2CAP3口讀入電壓霍爾位置傳感器12的信號，如果沒有邊沿跳邊發生，則繼續等待知道信號邊沿跳邊的發生；如果有邊沿跳邊發生，在捕獲到任意一路的信號邊沿跳邊後，主控晶片模塊2的CAP1CAP2CAP3口變為通用I/0口，讀入電壓霍爾位置傳感器12檢測的霍爾信號的狀態值並保存；三、短暫延遲後，主控晶片模塊2通過GPIOAO-GPIOA5口讀入電壓傳感器電路7輸出的電壓極性信號，對應的GPIOAO、GPIOA1或GPIOA2、GPIOA3或GPIOA4、GPIOA5，分別同時對三相埠所對應的GPIO口反饋的信息進行分析、判斷，就某一相為例，如果反饋信息全為0即負極性，則此路為下臂開關管導通狀態；如果反饋信息全為1即正極性，則此路為上臂開關管導通狀態，如果反饋信息一個為0一個為1，則此路為上下臂開關管均不導通狀態；四、判斷三相導通模式的判別是否已經完成，如果得到的三相信息不是某一相全為0、另外某一相全為1、剩餘一項為一個0和一個1，則視為錯誤的判斷模式，重新從GPIO口讀入數據進行分析，直到結果理想為止；五、三相導通模式判斷完成之後，輸出一條霍爾真值表語句；六、判斷是否檢測到六種不同的霍爾狀態，如果不是，則返回等待下一次的霍爾信號邊沿跳變再重複執行前面的程序；如果是，則將前面得到的真值語句逆序書寫，再找到A相管臂上臂開關管第一次導通的真值語句作為第一條真值語句，然後輸出整個霍爾真值表，如表1所示；七、結束測量過程，儀器跳轉到結束狀態，並保持屏幕輸出。圖7所示為一個典型的轉子位置圖，測量時轉子逆時針旋轉，電機作為電動機正向旋轉時為順時針旋轉。霍爾元件12的邊沿跳邊觸發主控晶片模塊2的捕獲口CAP之後，轉子達到圖7所示的位置，旋轉轉子所帶來的變化磁場會在A-X，B-Y繞組中產生較強感生電動勢，而在C-Z繞組中產生的感生電動勢較小或相較於其它繞組產生的感應電動勢非常小。由於電機是星型連接，所以X、Y、Z三點為等勢點，而A點電壓高於X點，B點電壓低於Y點。以A點作為參考點，電壓傳感器電路7反饋電壓全為負極性電壓；以B點作為參考點，電壓傳感器電路7反饋電壓全為正極性電壓；以C點為參考點，電壓傳感器電路7反饋電壓，一個是正極性，一個是負極性。所以在電機正向旋轉時A-X繞組流過正向電流，上臂開關管導通；B-Y繞組流過負相電流，下臂開關管導通；C-Z相續流或者沒有電流通過，上、下臂開關管均不導通。其餘情況以此類推。最後將生成語句逆向書寫得出正向旋轉霍爾真值表，如表1所示。表1霍爾真值表HAHBHC上導通管下導通管110VT1VT4010VT1VT6011VT3VT6001VT3VT2101VT5VT2100VT5VT4當前第1頁1 2 3