一种有刷电机行程控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种有刷电机行程控制方法及系统。

背景技术

目前电动遮阳装置中普遍使用的有刷直流电机，无法实现指定位置的启停工作，即无法实现相应行程控制，控制器无法知道行程位置。目前通常是额外使用机械行程器件来限位，如通过在指定位置设置机械行程器件，当到达指定位置时，控制器根据机械行程器件的行程信号确定位置信息并控制电机启停工作。然而额外使用机械行程器件会增加成本和占用空间，提高安装难度。另外，当夹手时只能通过遥控进行暂停处理，但仍存在夹手危害，可能导致人体损伤。因此，亟需一种有刷电机行程控制方法及系统以解决上述技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种有刷电机行程控制方法及系统，无需额外成本，电机的行程控制准确度高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种有刷电机行程控制方法，包括：S1、实时采集有刷电机运行的工作电流，并对其进行预处理以获得电机运转时的直信电流信号和交流电流信号；S2、根据所述直信电流信号及当前运行时间构建时间与电流曲线并计算其当前曲率；S3、根据交流电流信号的波形计算单位时间内的当前单位脉冲量及当前脉冲宽度；S4、根据所述当前曲率及当前脉冲宽度进行状态判断处理，以获得当前电机运行结果；S5、判断所述当前电机运行结果是否为正常运行状态时，判断为是时，根据所述当前单位脉冲量和当前运行时间计算出当前行程量，当所述当前行程量与初始行程量之和小于预设行程量时返回步骤S2，否则控制有刷电机停止工作，判断为否时，执行异常处理工作。

作为上述方案的改进，所述根据所述当前曲率及当前脉冲宽度进行状态判断处理，以获得当前电机运行结果的步骤包括：判断所述当前曲率是否属于预设正常曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设正常宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为正常运行状态，判断为否时，执行异常状态判断处理并输出异常运行结果。

作为上述方案的改进，所述执行异常状态判断处理并输出异常运行结果的步骤包括：判断所述当前曲率是否属于预设堵转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设堵转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为堵转异常运行状态；判断所述当前曲率是否属于预设遇阻曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设遇阻宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为遇阻异常运行状态；判断所述当前曲率是否属于预设拉拽曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设拉拽宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为拉拽异常运行状态；判断所述当前曲率是否属于预设空转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设空转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为空转异常运行状态。

作为上述方案的改进，所述执行异常处理工作的步骤包括：判断当前电机异常结果是否为堵转异常运行状态或拉拽异常运行状态或空转异常运行状态，判断为是时，则控制有刷电机停止工作并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量；判断所述当前电机异常结果是否为遇阻异常运行状态，判断为是时，控制有刷电机遇阻回退预设行程并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量。

作为上述方案的改进，所述根据所述当前单位脉冲量和当前运行时间计算当前行程量的步骤包括：计算所述当前单位脉冲量中每相邻两个脉冲信号之间的间隔值并求其间隔均值；根据所述当前单位脉冲量和间隔均值计算出当前电机转速；根据所述当前电机转速和当前运行时间计算出当前行程量。

本发明还提供了一种有刷电机行程控制系统，包括：采集处理模块，用于实时采集有刷电机运行的工作电流，并对其进行预处理以获得电机运转时的直信电流信号和交流电流信号；曲率处理模块，用于根据所述直信电流信号及当前运行时间构建时间与电流曲线并计算其当前曲率；脉冲处理模块，用于根据交流电流信号的波形计算单位时间内的当前单位脉冲量及当前脉冲宽度；电机状态处理模块，用于根据所述当前曲率及当前脉冲宽度进行状态判断处理，以获得当前电机运行结果；电机状态执行模块，用于判断所述当前电机运行结果是否为正常运行状态时，判断为是时，根据所述当前单位脉冲量和当前运行时间计算出当前行程量，当所述当前行程量与初始行程量之和小于预设行程量时，循环控制曲率处理模块和脉冲处理模块工作并进行正常状态判断处理，否则控制有刷电机停止工作，判断为否时，执行异常处理工作。

作为上述方案的改进，所述电机状态处理模块包括：状态处理子模块，用于判断所述当前曲率是否属于预设正常曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设正常宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为正常运行状态，判断为否时，执行异常状态判断处理并输出异常运行结果。

作为上述方案的改进，所述状态处理子模块包括：第一判断单元，用于判断所述当前曲率是否属于预设堵转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设堵转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为堵转异常运行状态；第二判断单元，用于判断所述当前曲率是否属于预设遇阻曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设遇阻宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为遇阻异常运行状态；第三判断单元，用于判断所述当前曲率是否属于预设拉拽曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设拉拽宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为拉拽异常运行状态；第四判断单元，用于判断所述当前曲率是否属于预设空转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设空转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为空转异常运行状态。

作为上述方案的改进，所述电机状态执行模块包括：第一状态执行子模块，用于判断当前电机异常结果是否为堵转异常运行状态或拉拽异常运行状态或空转异常运行状态，判断为是时，则控制有刷电机停止工作并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量；第二状态执行子模块，用于判断所述当前电机异常结果是否为遇阻异常运行状态，判断为是时，控制有刷电机遇阻回退预设行程并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量。

作为上述方案的改进，所述电机状态执行模块还包括：均值计算子模块，用于计算所述当前单位脉冲量中每相邻两个脉冲信号之间的间隔值并求其间隔均值；转速计算子模块，用于根据所述当前单位脉冲量和间隔均值计算出当前电机转速；行程计算子模块，用于根据所述当前电机转速和当前运行时间计算出当前行程量。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明有刷电机行程控制方法及系统，无需额外成本，能通过电流变化曲率及脉冲数据对电机运行状态进行区分处理，根据不同电机运行状态分别进行相应处理。一方面，通过实时更新行程以保行程准确并到达预设位置，提高电机的行程控制准确度；另一方面，针对异常情况能进行安全处理，以确保电机及用户的安全使用，安全性能高。

附图说明

图1是本发明有刷电机行程控制方法的流程图；

图2是本发明有刷电机行程控制系统的结构示意图；

图3是本发明电机状态处理模的结构示意图；

图4是本发明电机状态执行模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

如图1所示，本发明提供了一种有刷电机行程控制方法，包括：

S1、实时采集有刷电机运行的工作电流，并对其进行预处理以获得电机运转时的直信电流信号和交流电流信号；

需要说明的是，通过对采集的工作电流进行信号检测放大并滤波预处理，以提取直流电流信号和交流电流信号。

S2、根据所述直信电流信号及当前运行时间构建时间与电流曲线并计算其当前曲率；

需要说明的是，通过构建当前时刻的时间与电流曲线并计算其当前曲率，根据当前曲率可知在该时间段内电流变化情况。由于不同电机运行状态时的电流变化情况不同，因此，根据当前曲率情况可初步确定当前电机运行状态。

S3、根据交流电流信号的波形计算单位时间内的当前单位脉冲量及当前脉冲宽度；

需要说明的是，根据交流电流信号的波形可得到相应的行程脉冲并对其计算出相应的单位时间内的当前单位脉冲量及当前脉冲宽度。由于不同电机运行状态时的脉冲宽度变化情况不同，因此，根据当前脉冲宽度可进一步确定当前电机运行状态。进一步地，当前脉冲宽度可根据当前脉冲宽度之和求均值而获得，以提高数据精准度。

S4、根据所述当前曲率及当前脉冲宽度进行状态判断处理，以获得当前电机运行结果；

需要说明的是，由于不同电机运行状态时的电流变化情况及脉冲宽度变化均不同，因此根据所述当前曲率及当前脉冲宽度与预设的曲率区间组和脉冲宽度区间进行比对判断，以根据当前曲率及当前脉冲宽度确定当前电机运行状态，有效提高检测判断准确度，从而便于后续根据不同运行状态进行相应准确操作处理。

具体地，所述根据所述当前曲率及当前脉冲宽度进行状态判断处理，以获得当前电机运行结果的步骤包括：

S4.1、判断所述当前曲率是否属于预设正常曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设正常宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为正常运行状态，判断为否时，执行异常状态判断处理并输出异常运行结果。

其中，所述执行异常状态判断处理并输出异常运行结果的步骤包括：

(1)判断所述当前曲率是否属于预设堵转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设堵转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为堵转异常运行状态；

(2)判断所述当前曲率是否属于预设遇阻曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设遇阻宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为遇阻异常运行状态；

(3)判断所述当前曲率是否属于预设拉拽曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设拉拽宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为拉拽异常运行状态；

需要说明的是，预设拉拽宽度区间包括预设拉宽度区间和预设拽宽度区间，预设拉拽曲率区间包括拉曲率区间和拽曲率区间；其中，电机被拽时电流变化变大，脉冲宽度变大，而电机被拉时，电流变化变小，脉冲宽度变小。根据当前曲率及当前脉冲宽度与上述区间进行对比判断，能确定拉拽异常运行状态具体为拉异常运行状态或拽异常运行状态。

(4)判断所述当前曲率是否属于预设空转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设空转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为空转异常运行状态。

需要说明的是，根据当前曲率和当前脉冲宽度分别与预设正常曲率区间或预设堵转曲率区间或预设遇阻曲率区间或预设拉拽曲率区间或预设空转曲率区间以及预设正常宽度区间或预设堵转宽度区间或预设遇阻宽度区间或预设拉拽宽度区间或预设空转宽度区间进行相应对比判断，以确定当前电机运行状态属于何种机运行状态。通过上述检测判断方式可有效提高检测判断准确度，从而便于后续根据不同运行状态进行相应准确操作处理，提高电机使用安全。其中，不同电机运行状态的上述预设区间可预先根据实际电机产品进行数据试验，以获取上述预设区间数据。

S5、判断所述当前电机运行结果是否为正常运行状态时，判断为否时，执行异常处理工作；判断为是时，根据所述当前单位脉冲量和当前运行时间计算出当前行程量，判断所述当前行程量与初始行程量之和是否小于预设行程量，判断为是时，返回步骤S2，判断为否时，控制有刷电机停止工作。

需要说明的是，当当前电机运行状态为正常运行状态时，先计算出当前行程量，根据当前行程量与初始行程量之和是否小于预设行程量来进行区别处理。当行程量之和小于预设行程量时，则未到达预定位置，循环上述处理直至到达预定位置或处于异常运行状态而进行异常处理工作。其中，默认的初始行程量优选为零，但不以此为限制，可根据实际需求进行调整。

具体地，所述根据所述当前单位脉冲量和当前运行时间计算当前行程量的步骤包括：

(1)计算所述当前单位脉冲量中每相邻两个脉冲信号之间的间隔值并求其间隔均值；

(2)根据所述当前单位脉冲量和间隔均值计算出当前电机转速；

(3)根据所述当前电机转速和当前运行时间计算出当前行程量。

需要说明的是，通过预设的实际电机参数、当前单位脉冲量和间隔均值可计算出电机转速，通过电机转速及当前运行时间可计算出当前行程量并存储。

进一步地，所述执行异常处理工作的步骤包括：

(1)判断当前电机异常结果是否为堵转异常运行状态或拉拽异常运行状态或空转异常运行状态，判断为是时，则控制有刷电机停止工作并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量；

需要说明的是，当当前电机异常结果判断为堵转异常运行状态或拉拽异常运行状态或空转异常运行状态时，则表示电机处于堵转或空转或被人为拉拽，此时控制有刷电机停止工作并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量，以记录为下一行程时的初始行程量，即可表示为电机行程距离原点的距离。优选地，控制有刷电机停止工作时还可发出报警信号，如通过警示灯或蜂鸣器或移动终端起到警示作用。

(2)判断所述当前电机异常结果是否为遇阻异常运行状态，判断为是时，控制有刷电机遇阻回退预设行程并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量。

需要说明的是，当当前电机运行状态为遇阻异常运行状态时，控制有刷电机遇阻回退预设行程，以解决在电动遮阳系统中夹手问题，避免造成人体损害，提高电机和用户的使用安全，安全性能高。其中，行程回退后，以上一次当前行程量减去回退的预设行程量后作为当前行程量，通过将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量，以使控制系统知道电机在何位置进行开启或闭合工作，从而使电机能准确移动至所需的多个预设位置(如原点位置、中部位置或终点位置)处，提高电机的行程控制准确度。

如图2所示，本发明还提供了一种有刷电机行程控制系统，包括：

采集处理模块1，用于实时采集有刷电机运行的工作电流，并对其进行预处理以获得电机运转时的直信电流信号和交流电流信号；

需要说明的是，通过对采集的工作电流进行信号检测放大并滤波预处理，以提取直流电流信号和交流电流信号。

曲率处理模块2，用于根据所述直信电流信号及当前运行时间构建时间与电流曲线并计算其当前曲率；

需要说明的是，通过构建当前时刻的时间与电流曲线并计算其当前曲率，根据当前曲率可知在该时间段内电流变化情况。由于不同电机运行状态时的电流变化情况不同，因此，根据当前曲率情况可初步确定当前电机运行状态。

脉冲处理模块3，用于根据交流电流信号的波形计算单位时间内的当前单位脉冲量及当前脉冲宽度；

需要说明的是，根据交流电流信号的波形可得到相应的行程脉冲并对其计算出相应的单位时间内的当前单位脉冲量及当前脉冲宽度。由于不同电机运行状态时的脉冲宽度变化情况不同，因此，根据当前脉冲宽度可进一步确定当前电机运行状态。进一步地，当前脉冲宽度可根据当前脉冲宽度之和求均值而获得，以提高数据精准度。

电机状态处理模块4，用于根据所述当前曲率及当前脉冲宽度进行状态判断处理，以获得当前电机运行结果；

需要说明的是，由于不同电机运行状态时的电流变化情况及脉冲宽度变化均不同，因此根据所述当前曲率及当前脉冲宽度与预设的曲率区间组和脉冲宽度区间进行比对判断，以根据当前曲率及当前脉冲宽度确定当前电机运行状态，有效提高检测判断准确度，从而便于后续根据不同运行状态进行相应准确操作处理。

具体地，如图3所示，所述电机状态处理模块4包括：

状态处理子模块41，用于判断所述当前曲率是否属于预设正常曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设正常宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为正常运行状态，判断为否时，执行异常状态判断处理并输出异常运行结果。

其中，所述状态处理子模块41包括：

第一判断单元411，用于判断所述当前曲率是否属于预设堵转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设堵转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为堵转异常运行状态；

第二判断单元412，用于判断所述当前曲率是否属于预设遇阻曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设遇阻宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为遇阻异常运行状态；

第三判断单元413，用于判断所述当前曲率是否属于预设拉拽曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设拉拽宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为拉拽异常运行状态；

需要说明的是，预设拉拽宽度区间包括预设拉宽度区间和预设拽宽度区间，预设拉拽曲率区间包括拉曲率区间和拽曲率区间；其中，电机被拽时电流变化变大，脉冲宽度变大，而电机被拉时，电流变化变小，脉冲宽度变小。根据当前曲率及当前脉冲宽度与上述区间进行对比判断，能确定拉拽异常运行状态具体为拉异常运行状态或拽异常运行状态。

第四判断单元413，用于判断所述当前曲率是否属于预设空转曲率区间且所述当前脉冲宽度是否属于预设空转宽度区间，判断为是时，则当前电机运行结果为空转异常运行状态。

需要说明的是，根据当前曲率和当前脉冲宽度分别与预设正常曲率区间或预设堵转曲率区间或预设遇阻曲率区间或预设拉拽曲率区间或预设空转曲率区间以及预设正常宽度区间或预设堵转宽度区间或预设遇阻宽度区间或预设拉拽宽度区间或预设空转宽度区间进行相应对比判断，以确定当前电机运行状态属于何种机运行状态。通过上述检测判断方式可有效提高检测判断准确度，从而便于后续根据不同运行状态进行相应准确操作处理，提高电机使用安全。其中，不同电机运行状态的上述预设区间可预先根据实际电机产品进行数据试验，以获取上述预设区间数据。

电机状态执行模块5，用于判断所述当前电机运行结果是否为正常运行状态时，判断为是时，根据所述当前单位脉冲量和当前运行时间计算出当前行程量，当所述当前行程量与初始行程量之和小于预设行程量时，循环控制曲率处理模块和脉冲处理模块工作并进行正常状态判断处理，否则控制有刷电机停止工作，判断为否时，执行异常处理工作。

需要说明的是，当当前电机运行状态为正常运行状态时，先计算出当前行程量，根据当前行程量与初始行程量之和是否小于预设行程量来进行区别处理。当行程量之和小于预设行程量时，则未到达预定位置，循环上述处理直至到达预定位置或处于异常运行状态而进行异常处理工作。其中，默认的初始行程量优选为零，但不以此为限制，可根据实际需求进行调整。

具体地，如图4所示，所述电机状态执行模块5包括：均值计算子模块51，用于计算所述当前单位脉冲量中每相邻两个脉冲信号之间的间隔值并求其间隔均值；转速计算子模块52，用于根据所述当前单位脉冲量和间隔均值计算出当前电机转速；行程计算子模块53，用于根据所述当前电机转速和当前运行时间计算出当前行程量。

需要说明的是，通过预设的实际电机参数、当前单位脉冲量和间隔均值可计算出电机转速，通过电机转速及当前运行时间可计算出当前行程量并存储。

所述电机状态执行模块5还包括：

第一状态执行子模块54，用于判断当前电机异常结果是否为堵转异常运行状态或拉拽异常运行状态或空转异常运行状态，判断为是时，则控制有刷电机停止工作并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量；

需要说明的是，当当前电机异常结果判断为堵转异常运行状态或拉拽异常运行状态或空转异常运行状态时，则表示电机处于堵转或空转或被人为拉拽，此时控制有刷电机停止工作并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量，以记录为下一行程时的初始行程量，即可表示为电机行程距离原点的距离。优选地，控制有刷电机停止工作时还可发出报警信号，如通过警示灯或蜂鸣器或移动终端起到警示作用。

第二状态执行子模块55，用于判断所述当前电机异常结果是否为遇阻异常运行状态，判断为是时，控制有刷电机遇阻回退预设行程并将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量。

需要说明的是，当当前电机运行状态为遇阻异常运行状态时，控制有刷电机遇阻回退预设行程，以解决在电动遮阳系统中夹手问题，避免造成人体损害，提高电机和用户的使用安全，安全性能高。其中，行程回退后，以上一次当前行程量减去回退的预设行程量后作为当前行程量，通过将当前行程量和初始行程量之和更新为新的初始行程量，以使控制系统知道电机在何位置进行开启或闭合工作，从而使电机能准确移动至所需的多个预设位置(如原点位置、中部位置或终点位置)处，提高电机的行程控制准确度。

综上所述，本发明无需额外行程器件成本，能通过电流变化曲率及脉冲数据对电机运行状态进行区分处理，根据不同电机运行状态分别进行相应处理。一方面，通过实时更新行程以保行程准确并到达预设位置，提高电机的行程控制准确度；另一方面，针对异常情况能进行安全处理，以确保电机及用户的安全使用，安全性能高。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。