本發(fā)明涉及直流電機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直流電機的速度控制方法。

背景技術(shù)：

焊接設(shè)備中，送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響焊接電流的穩(wěn)定和熔滴過渡過程,從而影響焊縫成形和焊接質(zhì)量，因此,實際使用過程中會對送絲系統(tǒng)的直流電機進行調(diào)速，保證焊接過程的穩(wěn)定。

送絲系統(tǒng)的直流電機工作時，在供電電源切斷期間，直流電機會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，且該感應(yīng)電動勢與直流電機的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，因此，準確地采樣直流電機的感應(yīng)電動勢，作為直流電機旋轉(zhuǎn)速度的反饋量，依據(jù)此反饋量即可對直流電機的旋轉(zhuǎn)速度進行調(diào)整。

在傅強等人的“基于感應(yīng)電壓負反饋的數(shù)字化送絲系統(tǒng)”(焊接學報，2010年8月，第31卷第8期)中提到，如圖1所示，在t_d～T時間段內(nèi)(取T時刻超前5s時進行采樣,精度較高),完成感應(yīng)電壓的采樣。該系統(tǒng)通過采樣電流為零期間的電樞感應(yīng)電壓并控制感應(yīng)電壓恒定，由于感應(yīng)電壓與旋轉(zhuǎn)頻率成正比,從而保證旋轉(zhuǎn)頻率恒定不變，從而實現(xiàn)送絲速度的穩(wěn)定。

在中國發(fā)明專利“送絲調(diào)速方法和送絲調(diào)速系統(tǒng)”(200610073317.3)中提到，如圖2所示，t_d為送絲電機電樞繞組儲存能量釋放時間，在此時間段，送絲電機兩端的電壓接近于零，理論上，在采樣時，應(yīng)避免采樣值包括此時間段的電壓。t_e時間段為送絲電機的感應(yīng)電動勢段，理論上，反饋采樣在此時間段內(nèi)進行。

由于電機本身和線路中存在電感，關(guān)閉PWM后電流有續(xù)流的過程，一般續(xù)流的時間大約在50us-150us左右的時間，所以上述兩類傳統(tǒng)的PWM控制方式的PWM頻率最大限制在3K左右。而人的聽覺對1K-3K左右的頻率產(chǎn)生的高頻噪音非常敏感，所以傳統(tǒng)控制方法通常采用控制頻率在100HZ左右，而在此頻率下，電機產(chǎn)生的噪音雖然沒有高頻尖銳的聲音，但其非常沉悶，另外頻率過低也降低了控制精度。因此，需要對現(xiàn)有的控制方法進行改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種直流電機的速度控制方法，能夠精確地控制直流電機的轉(zhuǎn)速，還能有效降低電機的噪音，使電機在工作時保持在較好的狀態(tài)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種直流電機的轉(zhuǎn)速控制方法，其特征在于，該轉(zhuǎn)速控制方法包括以下步驟：

1)主控制器根據(jù)直流電機的預設(shè)轉(zhuǎn)速，計算出驅(qū)動電壓的脈寬值并輸出指令到脈沖發(fā)生器；

2)脈沖發(fā)生器根據(jù)指令輸出高頻脈沖的驅(qū)動電壓，經(jīng)功率電路放大后驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動；

3)高頻脈沖保持一段時間后停止，直流電機進入續(xù)流狀態(tài)，此時電樞兩端的電壓為驅(qū)動電壓，電壓值為零；當電樞電流降低到零時續(xù)流結(jié)束，此時電樞兩端的電壓為電樞的感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓的電壓值與轉(zhuǎn)速成正比；

4)電樞電流為零期間，采樣電路采集感應(yīng)電壓的電壓值至少一次，采樣結(jié)果與預設(shè)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電壓值相比較，比較結(jié)果輸出到主控制器；

5)主控制器根據(jù)比較結(jié)果，計算出高頻脈沖的脈寬值，輸出指令到脈沖發(fā)生器；

6)重復步驟2)～5)，直到直流電機工作完成。

作為優(yōu)選，所述步驟4)中，采樣電路與直流電機之間設(shè)有低通濾波器，電樞兩端的電壓經(jīng)低通濾波后輸送到采樣電路。

作為優(yōu)選，所述步驟2)中，高頻脈沖的驅(qū)動電壓頻率為10k～50k Hz。

作為優(yōu)選，所述主控制器為PID控制器。

作為優(yōu)選，所述步驟4)中，采樣結(jié)果與預設(shè)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電壓值在比較器內(nèi)完成比較。

作為優(yōu)選，所述步驟3)中，感應(yīng)電壓為低頻脈沖，低頻脈沖頻率為50～2000Hz。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用低頻脈沖的感應(yīng)電壓疊加高頻脈沖的驅(qū)動電壓的控制方法，高頻脈沖的頻率高達10k～50k Hz，根據(jù)實驗，正常情況一般人無法感知這一頻率，可以有效降低噪音。本發(fā)明采用的高頻脈沖提高了控制精度，而且有效降低電樞峰值電流，如圖1所示，傳統(tǒng)的控制方法，由于脈沖寬度較大，在PWM開通條件下，電樞電流一直會往上增加，而本發(fā)明由于采用高頻脈沖控制，如圖4所示，當電流上升一小段后，關(guān)閉PWM，其電流會下降一小段，在增加與下降間循環(huán)，從而降低峰值電流。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有控制方法之一的電壓及電流波形圖。

圖2是現(xiàn)有控制方法之二的電壓波形圖。

圖3是本發(fā)明的控制流程圖。

圖4是本發(fā)明的電壓及電流波形圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。

如圖3、圖4所示，本發(fā)明提供的直流電機的轉(zhuǎn)速控制方法，包括以下步驟：

1)主控制器3(采用PID控制器)根據(jù)直流電機的預設(shè)轉(zhuǎn)速1，計算出驅(qū)動電壓的脈寬值并輸出指令到脈沖發(fā)生器4；

2)脈沖發(fā)生器根據(jù)指令輸出高頻脈沖的驅(qū)動電壓(頻率為10k～50k Hz，推薦20K Hz)，經(jīng)功率電路5放大后驅(qū)動直流電機6轉(zhuǎn)動；

3)高頻脈沖保持一段時間后停止，直流電機進入續(xù)流狀態(tài)，此時電樞兩端的電壓為驅(qū)動電壓，電壓值為零；當電樞電流降低到零時續(xù)流結(jié)束，此時電樞兩端的電壓為電樞的感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓的電壓值與轉(zhuǎn)速成正比，感應(yīng)電壓為低頻脈沖，低頻脈沖頻率為50～2000Hz；

4)電樞電流為零期間，采樣電路8采集感應(yīng)電壓的電壓值至少一次，采樣結(jié)果與預設(shè)轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電壓值在比較器2內(nèi)進行比較，比較結(jié)果輸出到主控制器，采樣電路與直流電機之間設(shè)有低通濾波器7，電樞兩端的電壓經(jīng)低通濾波后輸送到采樣電路；

5)主控制器根據(jù)比較結(jié)果，計算出高頻脈沖的脈寬值，輸出指令到脈沖發(fā)生器；

6)重復步驟2)～5)，直到直流電機工作完成。

本發(fā)明的工作原理是：

本發(fā)明采用直流電機電樞反電動勢感應(yīng)電壓反饋，低頻感應(yīng)電壓疊加高頻PWM脈寬調(diào)制(驅(qū)動電壓)的方式控制電機的速度。其控制流程如圖3，直流電機的電樞電壓通過低通濾波器后形成如圖4的曲線，采樣電路在T1時刻采集其感應(yīng)電壓值(T1時刻位于電樞電流為零期間，推薦采集感應(yīng)電壓穩(wěn)定狀態(tài)下的電壓值)，與預設(shè)轉(zhuǎn)速在比較器內(nèi)相比較，比較結(jié)果進入PID控制器計算出高頻脈沖(驅(qū)動電壓)的脈寬值，然后PID控制器發(fā)出指令，在T1-T2時刻脈沖發(fā)生器輸出其高頻脈沖，在T2時刻停止脈沖輸出(T1-T2時間段之間的時長由PID控制器根據(jù)比較結(jié)果確定)，直流電機進入續(xù)流狀態(tài)，此時電樞電壓為0，T3時刻當電流降低到0時，續(xù)流結(jié)束，此時電樞電壓為與速度成正比，在T4時刻，采樣電路繼續(xù)采集感應(yīng)電壓的電壓值，然后重復上述過程。T1-T4時間段為感應(yīng)電壓的低頻脈沖周期，低頻脈沖的頻率為50Hz到2000Hz，其脈沖頻率和脈沖寬度是固定的。T1-T2時間段為高頻脈沖階段，高頻脈沖的頻率為10K-50K Hz(推薦采用20K Hz的頻率)，其脈沖頻率是固定的，但其脈沖寬度是根據(jù)反電動勢電壓進行調(diào)整的。

最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容中直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認為是本發(fā)明的保護范圍。