本發(fā)明涉及電機(jī)檢測技術(shù)，尤其涉及一種微型電機(jī)的抖動檢測處理系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

微電機(jī)，全稱“微型電動機(jī)”，是指直徑小于160mm或額定功率小于750mW的電機(jī)。微電機(jī)常用于控制系統(tǒng)或傳動機(jī)械負(fù)載中，用于實現(xiàn)機(jī)電信號或能量的檢測、解析運算、放大、執(zhí)行或轉(zhuǎn)換等功能。

例如，機(jī)器人的機(jī)械手臂上，由于手臂上傳感器太多，電機(jī)工作的抖動會影響其他精密儀器的穩(wěn)定工作，然而現(xiàn)有技術(shù)對這種抖動的檢測與處理的效果較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。

鑒于此，本發(fā)明提供了一種微型電機(jī)的抖動檢測處理系統(tǒng)及方法，以至少解決利用現(xiàn)有技術(shù)對微電機(jī)的抖動進(jìn)行檢測與處理時存在效果差的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種微型電機(jī)的抖動檢測處理系統(tǒng)，抖動檢測處理系統(tǒng)包括STM32控制芯片、檢測單元、第一信號處理單元、采樣模塊、第二信號處理單元、第一示波器、電流放大電路、第二示波器、矢量信號分析儀、計算機(jī)LABVIEW模塊和電源；所述檢測單元包括電流傳感器和位移傳感器；所述第一信號處理單元包括第一跟隨電路、第一可控放大電路、第二跟隨電路、第一帶通濾波模塊和第一A/D模塊；所述第二信號處理單元包括多路PWM模塊、第二可控放大電路、第二帶通濾波模塊和第二A/D模塊；所述電源連接所述STM32控制芯片以提供電能；所述STM32控制芯片輸出的電機(jī)控制信號經(jīng)由所述第二信號處理單元發(fā)至微型電機(jī)，以驅(qū)動所述微型電機(jī)，其中該電機(jī)控制信號在所述第二信號處理單元中依次經(jīng)由多路PWM模塊、第二可控放大電路、第二帶通濾波模塊和第二A/D模塊進(jìn)行處理；所述電流傳感器和所述位移傳感器分別用于采集所述微型電機(jī)的電流傳感信號和位移傳感信號作為抖動參數(shù)信號，通過采樣模塊采樣后發(fā)送給所述第一信號處理單元，其中，所述抖動參數(shù)信號在所述第一信號處理單元中依次經(jīng)由第一跟隨電路、第一可控放大電路、第二跟隨電路、第一帶通濾波模塊和第一A/D模塊進(jìn)行處理；所述第一示波器連接所述多路PWM模塊以顯示從所述多路PWM模塊接收的信號波形；所述第二示波器連接所述STM32控制芯片，以顯示所述STM32控制芯片接收到的所述抖動參數(shù)信號波形；所述矢量信號分析儀連接所述STM32控制芯片，以通過所述矢量信號分析儀來比較所述抖動參數(shù)信號與參考信號；所述STM32控制芯片在所述抖動參數(shù)信號與所述參考信號之差大于預(yù)定值的情況下生成反相電流信號，將該反相電流信號經(jīng)由所述電流放大電路發(fā)至所述微型電機(jī)的定子繞組；所述STM32控制芯片還連接所述計算機(jī)LABVIEW模塊，以通過所述計算機(jī)LABVIEW模塊獲取所述抖動參數(shù)信號中的參數(shù)值。

進(jìn)一步地，所述電流傳感器和所述位移傳感器均為貼片型傳感器。

進(jìn)一步地，所述位移傳感器采用膠粘方式安裝在所述電機(jī)主軸上。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種微型電機(jī)的抖動檢測處理方法，所述抖動檢測方法包括：獲取所述電機(jī)的抖動參數(shù)信號；將所述抖動參數(shù)信號與參考信號進(jìn)行比較，在所述抖動參數(shù)信號與所述參考信號之差大于預(yù)定值的情況下生成反相電流信號，將該反相電流信號發(fā)給所述微型電機(jī)的定子繞組。

本發(fā)明的微型電機(jī)的抖動檢測處理系統(tǒng)及方法，針對電機(jī)的抖動，給出抖動的程度分析和環(huán)節(jié)方案，來抵消電機(jī)內(nèi)部噪聲諧波影響。電機(jī)的噪聲諧波會對電機(jī)周圍的器件產(chǎn)生影響，采用振動檢測模塊，振動參數(shù)接收和高精度傳輸模塊和主控板模塊。對電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸振動參數(shù)的獲取和分析，給出振動的大致程度，是否對電機(jī)有傷害，并對定子的固有頻率進(jìn)行檢測，進(jìn)行頻率量的對比，對于諧波噪聲，采用提供反相電流，產(chǎn)生一個與噪聲反相的電磁力，來抵消影響。

電磁振動由電機(jī)氣隙磁場作用于電機(jī)鐵心產(chǎn)生的電磁力所激發(fā)，氣隙磁密在定子鐵心齒上產(chǎn)生徑向和切向兩個方向上的磁力，徑向分量上的磁力使定子鐵心產(chǎn)生的振動變形是電磁噪聲的主要來源，切向分量產(chǎn)生的作用力矩是齒對根部作用使根部發(fā)生彎曲形變。

減小電磁脈動的措施包括：1)避免電磁力在定子表面產(chǎn)生的頻率和定子固有頻率相同或接近，可以在電機(jī)啟動的時候連接一個調(diào)頻器，避免上述情況的發(fā)生；2)對于電機(jī)啟動后空載或者負(fù)載的情況，由于電磁力的徑向分量在定子鐵心上產(chǎn)生主要振動，可以在電樞繞組加上合適的電流源，這個電流源起到抑制電磁力徑向分量在定子鐵心產(chǎn)生振動的左右，其頻率和幅值與電磁力在定子鐵心上產(chǎn)生的徑向分量相同，相位相差180度；3)根據(jù)電信號的分析處理，算出大致的噪聲電磁力，人為接個可控的電流源，給電機(jī)一個轉(zhuǎn)子繞組交流電流，在阻尼繞組上產(chǎn)生一個磁壓升，產(chǎn)生一個電磁力，電磁力的幅值大致與噪聲相匹配，相位與噪聲相反，進(jìn)行一個抵消。

通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu)點將更加明顯。

附圖說明

本發(fā)明可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點。在附圖中：

圖1是示意性地示出本發(fā)明的微型電機(jī)的抖動檢測處理系統(tǒng)的一個示例的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是示意性地示出本發(fā)明的微型電機(jī)的抖動檢測處理方法的一個示例的流程圖；

圖3是示意性地示出圖1的抖動檢測處理系統(tǒng)的部分組成電路的一種可能結(jié)構(gòu)的電路圖。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的元件僅僅是為了簡單和清楚起見而示出的，而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對于其他元件放大了，以便有助于提高對本發(fā)明實施例的理解。

具體實施方式

在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費時的，但對得益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。

在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

本發(fā)明的實施例提供了一種微型電機(jī)的抖動檢測處理系統(tǒng)。抖動檢測處理系統(tǒng)包括STM32控制芯片、檢測單元、第一信號處理單元、采樣模塊、第二信號處理單元、第一示波器、電流放大電路、第二示波器、矢量信號分析儀、計算機(jī)LABVIEW模塊和電源；所述檢測單元包括電流傳感器和位移傳感器；所述第一信號處理單元包括第一跟隨電路、第一可控放大電路、第二跟隨電路、第一帶通濾波模塊和第一A/D模塊；所述第二信號處理單元包括多路PWM模塊、第二可控放大電路、第二帶通濾波模塊和第二A/D模塊；所述電源連接所述STM32控制芯片以提供電能；所述STM32控制芯片輸出的電機(jī)控制信號經(jīng)由所述第二信號處理單元發(fā)至微型電機(jī)，以驅(qū)動所述微型電機(jī)，其中該電機(jī)控制信號在所述第二信號處理單元中依次經(jīng)由多路PWM模塊、第二可控放大電路、第二帶通濾波模塊和第二A/D模塊進(jìn)行處理；所述電流傳感器和所述位移傳感器分別用于采集所述微型電機(jī)的電流傳感信號和位移傳感信號作為抖動參數(shù)信號，通過采樣模塊采樣后發(fā)送給所述第一信號處理單元，其中，所述抖動參數(shù)信號在所述第一信號處理單元中依次經(jīng)由第一跟隨電路、第一可控放大電路、第二跟隨電路、第一帶通濾波模塊和第一A/D模塊進(jìn)行處理；所述第一示波器連接所述多路PWM模塊以顯示從所述多路PWM模塊接收的信號波形；所述第二示波器連接所述STM32控制芯片，以顯示所述STM32控制芯片接收到的所述抖動參數(shù)信號波形；所述矢量信號分析儀連接所述STM32控制芯片，以通過所述矢量信號分析儀來比較所述抖動參數(shù)信號與參考信號；所述STM32控制芯片在所述抖動參數(shù)信號與所述參考信號之差大于預(yù)定值的情況下生成反相電流信號，將該反相電流信號經(jīng)由所述電流放大電路發(fā)至所述微型電機(jī)的定子繞組；所述STM32控制芯片還連接所述計算機(jī)LABVIEW模塊，以通過所述計算機(jī)LABVIEW模塊獲取所述抖動參數(shù)信號中的參數(shù)值

下面描述本發(fā)明的微型電機(jī)的抖動檢測處理系統(tǒng)的一個示例。

如圖1所示，抖動檢測處理系統(tǒng)包括STM32控制芯片1、檢測單元2、第一信號處理單元3、采樣模塊4、第二信號處理單元5、第一示波器6、電流放大電路7、第二示波器8、矢量信號分析儀9、計算機(jī)LABVIEW模塊10和電源11。

檢測單元2包括電流傳感器2-1和位移傳感器2-2。其中，電流傳感器2-1和位移傳感器2-2可以均為貼片型傳感器。例如，位移傳感器2-2可以采用膠粘方式安裝在電機(jī)主軸上。例如，對于某個微型電機(jī)，在電機(jī)的運動主軸上通過安放位移傳感器則可進(jìn)行主軸的大致運動軌跡和運動距離的測量，傳感器將獲取主軸的運動參數(shù)作為電機(jī)的抖動物理參數(shù)。此外，電流傳感器2-1也可以設(shè)置在電機(jī)預(yù)定位置，以檢測其定子繞組上的電流，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)確定電流傳感器2-1的安裝位置，這里不再贅述。

第一信號處理單元3包括第一跟隨電路3-1、第一可控放大電路3-2、第二跟隨電路3-3、第一帶通濾波模塊3-4和第一A/D模塊3-5，第二信號處理單元5包括多路PWM模塊5-1、第二可控放大電路5-2、第二帶通濾波模塊5-3和第二A/D模塊5-4。

電源11連接STM32控制芯片1以提供電能。

STM32控制芯片1輸出的電機(jī)控制信號經(jīng)由第二信號處理單元5發(fā)至微型電機(jī)，以驅(qū)動微型電機(jī)，其中該電機(jī)控制信號在第二信號處理單元5中依次經(jīng)由多路PWM模塊5-1、第二可控放大電路5-2、第二帶通濾波模塊5-3和第二A/D模塊5-4進(jìn)行處理。

電流傳感器2-1和位移傳感器2-2分別用于采集微型電機(jī)的電流傳感信號和位移傳感信號作為抖動參數(shù)信號，通過采樣模塊4采樣后發(fā)送給第一信號處理單元3，其中，抖動參數(shù)信號在第一信號處理單元3中依次經(jīng)由第一跟隨電路3-1、第一可控放大電路3-2、第二跟隨電路3-3、第一帶通濾波模塊3-4和第一A/D模塊3-5進(jìn)行處理。

第一示波器6連接多路PWM模塊5-1以顯示從多路PWM模塊5-1接收的信號波形；第二示波器8連接STM32控制芯片1，以顯示STM32控制芯片1接收到的抖動參數(shù)信號波形。

矢量信號分析儀9連接STM32控制芯片1，以通過矢量信號分析儀9來比較抖動參數(shù)信號與參考信號。在抖動參數(shù)信號與參考信號之差大于預(yù)定值的情況下，STM32控制芯片1生成反相電流信號，將該反相電流信號經(jīng)由電流放大電路7發(fā)至微型電機(jī)的定子繞組，從而產(chǎn)生與所述諧波噪聲反相的電磁力，來抵消所述諧波噪聲。其中，電流放大電路7用于對上述反相電流信號進(jìn)行放大。

其中，這里所說的“反相電流信號”是指與噪聲諧波電流信號反相的電流信號，而“噪聲諧波電流信號”的相位和幅值可以通過傳感器測得的抖動參數(shù)信號與參考信號之差來確定。這樣，“反向電流信號”的幅值和相位也可以根據(jù)上述抖動參數(shù)信號與參考信號之差確定，目的是通過施加“反向電流信號”使得“上述抖動參數(shù)信號與參考信號之差”減小，越接近0越好。

此外，如圖1所示，STM32控制芯片1還連接計算機(jī)LABVIEW模塊10，以通過計算機(jī)LABVIEW模塊10獲取抖動參數(shù)信號中的參數(shù)值。

此外，本發(fā)明的實施例還提供了一種微型電機(jī)的抖動檢測處理方法，抖動檢測方法包括：獲取電機(jī)的抖動參數(shù)信號；將抖動參數(shù)信號與參考信號進(jìn)行比較，在抖動參數(shù)信號與參考信號之差大于預(yù)定值的情況下生成反相電流信號，將該反相電流信號發(fā)給微型電機(jī)的定子繞組。

如圖2所示，抖動檢測處理方法開始后，執(zhí)行步驟S210，在步驟S210中，獲取電機(jī)的抖動參數(shù)信號。

然后，在步驟S220中，將抖動參數(shù)信號與參考信號進(jìn)行比較，以得到二者之差。

這樣，在步驟S230中，判斷抖動參數(shù)信號與參考信號之差是否大于預(yù)定值：若是，則生成反相電流信號，并將該反相電流信號發(fā)給微型電機(jī)的定子繞組(步驟S240)，從而產(chǎn)生與諧波噪聲反相的電磁力，來抵消該諧波噪聲；否則，不作處理。

優(yōu)選實施例

圖3示出了圖1部分組成的一種具體電路結(jié)構(gòu)。如圖3所示，圖的上半部分：對應(yīng)傳感器輸出信號輸出，跟隨電路，可控電橋放大電路，跟隨電路，帶通濾波電路，相位補償電路，A/D模塊，STM32控制芯片構(gòu)成的主控板。圖的下半部分：STM32信號輸出，連接多路PWM，程控反相放大電路，帶通濾波電路(可控的)，A/D，微型電機(jī)，電流放大電路。

其中，跟隨電路由電阻R1位于正相端，R2位于反相端的的放大器電路構(gòu)成?？煽仉姌蚍糯箅娐酚蒖3、R4、R5、R6構(gòu)成電阻電橋，四路模擬開關(guān)(電阻R9、R10、R11、R12、R8實現(xiàn)可控電阻值)的可控反相放大電路構(gòu)成。跟隨電路由電阻R13位于正相端，R14位于反相端的的放大器電路構(gòu)成。帶通濾波電路由R15、R16、R17、R18,二路控制開關(guān)(R19、R20構(gòu)成電阻值可調(diào))，C1，C2，RC網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成。程控反相放大電路由四路模擬開關(guān)(電阻R22、R23、R24、R25實現(xiàn)可控電阻值)的可控反相放大電路，以及電阻R26、R27、R28構(gòu)成。帶通濾波電路由R30、R31、R32、R35、R36,二路控制開關(guān)(R33、R34構(gòu)成電阻值可調(diào))，C3，C4，RC網(wǎng)絡(luò)電路構(gòu)成。電流放大電路由電阻R37，R38，R39，R40，R41，R42，R43，R44，R46以及三個放大器構(gòu)成。此外，A1-A10為對應(yīng)的反向放大器或同向放大器。

本發(fā)明采用三相交流電流來抵消內(nèi)部諧波信號。三相交流電流的產(chǎn)生由STM32中輸出出來，STM32中設(shè)定好固定程序，STM32中有定時器，通過編程控制定時器實現(xiàn)三相交流電流的相位角變化，在加上電路中的電流放大電路(對電流的幅值進(jìn)行放大)，通過示波器，矢量信號分析儀大致判斷出諧波噪聲的形式，從LABVIEW得出相應(yīng)的具體數(shù)值，不斷調(diào)節(jié)STM32中的程序，輸出電流信號進(jìn)行諧波抵消。

例如，采用市場現(xiàn)有的集成模塊，STM32A/D信號采樣模塊，多路PWM信號輸出模塊。在STM32控制芯片設(shè)置好控制電機(jī)運轉(zhuǎn)的程序，將信號傳輸給多路PWM信號輸出模塊，運動指令通過PWM信號輸出模塊來實現(xiàn)，通過PWM實現(xiàn)電機(jī)的工作狀態(tài)的調(diào)控。

PWM信號模塊連接示波器1，實時顯示輸入的信號參數(shù)(幅值，頻率)。采用正負(fù)12伏工作電源給STM32供電，STM32一方面輸出控制信號，一方面為整個電路供電。(STM32輸出的信號的平穩(wěn)，無噪聲諧波的三相電信號)，信號通過有線傳輸?shù)姆绞?，進(jìn)過輔助電路(跟隨，放大，濾波，A/D模塊4個電路)，傳輸給微型電機(jī)，調(diào)節(jié)電機(jī)的正常工作。

同時在電機(jī)定子上安放貼片電流傳感器，獲取三相電流信號。STM32同時與放大電路實時保持聯(lián)系，如果放大信號不夠電機(jī)轉(zhuǎn)動，位移參數(shù)獲取的不明確，STM32將給出加大放大等級指令；如果調(diào)節(jié)過度了，將給出減小放大等級。

STM32同時接收來自位移傳感器的位移參數(shù)。位移傳感器獲取參數(shù)，通過采樣模塊，再通過另一個輔助電路(跟隨，放大，濾波，A/D模塊4個電路)，最后傳輸?shù)絊TM32中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和分析，STM32連接來一個示波器2，矢量信號分析儀和計算機(jī)。示波器2顯示傳感器獲取的信號模型。信號參數(shù)將連接計算機(jī)軟件LABVIEW，進(jìn)行信號參數(shù)的具體值的獲取。(進(jìn)行與正常參數(shù)的對比)，并畫出大致運動曲線，分析原因。將定子上獲取的三相交流電傳輸STM32，在給矢量信號分析儀。

避免造成軸承的損壞，選取適當(dāng)振動幅值的振動源，給電機(jī)振動，模擬電機(jī)的正常工作狀態(tài)，為了更好的獲得振動參數(shù)，傳感器的檢測頭，采用膠粘的方式，安裝在轉(zhuǎn)子的主軸上，并采用信號的無線傳輸，傳感器將檢測的振動參數(shù)，并已電信號進(jìn)行輸出，傳輸給主控板。

主控板可以包括信號接收模塊和處理模塊，各個結(jié)構(gòu)最后均與總線相連，采用多相輸出端，完成參數(shù)的獲取。信號處理芯片，STM324單片機(jī)，有信號放大和濾波環(huán)節(jié)電路構(gòu)成，對傳輸過來的電信號進(jìn)行分析和處理，獲得一定頻域的信號，在將信號傳送給計算機(jī)，獲得信號的幅值和頻率，間接反應(yīng)軸的振動頻率。在利用計算機(jī)軟件，進(jìn)行l(wèi)abview頻譜分析，對振動信號進(jìn)行分析與處理,實現(xiàn)對電動機(jī)的振動參數(shù)獲取。

濾波器例如采用切貝雪夫帶通濾波，帶通濾波器，它允許一定頻段的信號通過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲。

相敏檢波可對冗雜電信號的相位進(jìn)行相敏檢波，對調(diào)幅信號進(jìn)行半波或全波整流，判別信號相位和頻率的能力，提高抗干擾能力。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對于本發(fā)明的范圍，對本發(fā)明所做的公開是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。