多电机智能升降工作台控制系统以及方法与流程

本发明涉及一种多电机智能升降工作台控制系统以及方法。

背景技术：

自动升降工作台可广泛适用于施工作业、维修处理现场，也可用于写字楼办公以及家庭影院等多种室内环境。自动升降工作台采用一种紧凑型大行程升降机构，该机构由电机驱动并与台面连接，实现工作台平台升降。控制系统通常利用单片机控制多个电机，驱动升降机构实现工作台升降，高度行程为0.5m到1m，如何控制缩小多个升降机构的高度差，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种多电机智能升降工作台控制系统以及方法，采用基于耦合补偿方法对多台步进电机进行同步控制，确保工作台的平稳升降。

本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：

一种多电机智能升降工作台控制系统，包括与工作台面连接的多个升降机构、与各升降机构对应连接的多个电机、电机驱动电路、按键电路以及主控制模块，所述主控制模块输出控制信号至电机驱动电路，通过电机驱动电路控制电机转动，以驱动升降机构升降，所述按键电路用于输入控制工作台升降命令，所述升降机构有四个，对称分布于工作台面的四角处，每个升降机构由一个电机单独驱动；还包括倾角传感器采样电路和用于实时检测电机转速的正交编码器，所述倾角传感器采样电路包括两个分别沿X方向和Y方向安装的倾角传感器；所述倾角传感器采样电路和正交编码器分别与主控制模块连接，所述主控制模块连接有供电模块。

进一步，还包括用于检测升降机构到达极限位置的到位信号检测电路，所述到位信号检测电路与主控制模块连接。

进一步，所述到位信号检测电路包括霍尔传感器。

进一步，所述主控制模块与按键电路、电机驱动电路、到位信号检测电路、正交编码器之间连接有光电耦合隔离器件。

进一步，所述主控制模块包括单片机及其外围电路。

进一步，所述电机采用丝杆步进电机。

进一步，还包括显示模块，所述显示模块与主控制模块连接。

本发明还提供了所述多电机智能升降工作台控制方法，包括以下步骤：

判定当前按键模式，执行相应的工作模式，当选择上升或者下降模式时，启动电机，执行相应的工作模式，直到下一个按键选择或者检测到停止信号；

升降结构在上升或者下降时，先给定各电机转速n，所述电机包括M1、M2、M3、M4，所述电机M1、M2、M3、M4对应连接安装于台面右上、右下、左下、左上角处的升降机构H1、H2、H3、H4；然后测量台面于X方向、Y方向的倾斜角度θ1、θ2，根据θ1、θ2判断台面是否平衡，若不平衡则进行台面水平调节计算，分别对M1、M2、M3、M4给以大小不同加/减补偿，使电机的输出转速实时跟随系统的设定转速，达到控制台面在额定倾角范围内升降。

所述方法进一步包括：检测电机在工作过程中，台面是否达到极限位置，当台面达到极限位置时，使电机停止工作。

本发明的有益效果是：针对智能升降工作台的要求，在台面四角均匀布置四个升降机构，每个升降机构由步进电机单独驱动，通过两个倾角传感器测量台面于X方向、Y方向的倾斜角度，根据测量值对各步进电机进行加/减补偿，使电机的输出转速实时跟随系统的设定转速，实现对多台电动机的同步补偿的智能控制，保证在台面载荷不均衡时平台的姿态要求，并能平稳升降。

附图说明

图1是本发明的多电机智能升降工作台控制系统的电路框图；

图2是本发明的四个升降机构和两个两个倾角传感器的安装位置图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种多电机智能升降工作台控制系统，包括与工作台面连接的多个升降机构、与各升降机构对应连接的多个电机、电机驱动电路、按键电路、倾角传感器采样电路、正交编码器、到位信号检测电路、显示模块、主控制模块，所述主控制模块连接有供电模块。

如图2所示，所述升降机构包括H1、H2、H3、H4，所述升降机构H1、H2、H3、H4依次设置于台面右上、右下、左下、左上角处并且对称分布布置。每个升降机构由一个电机单独驱动，所述升降机构H1、H2、H3、H4对应由电机M1、M2、M3、M4驱动。所述倾角传感器采样电路包括沿X方向安装的倾角传感器S1和沿Y方向安装的倾角传感器S2。

所述电机选用可配丝杆的42BYG250F步进电机，步进电机驱动丝杆旋转，带动升降工作台垂直移动。

所述电机驱动电路选用L297+L298N芯片，可驱动较大功率的丝杆步进电机，同时构成恒流斩波驱动系统，提高了高频响应特性，减少由机械和电机运行时引起的振动。

所述按键电路用于输入控制工作台升降命令，其包括若干个选择按键，可选择工作台的工作模式：上升、下降、停止、启动。

所述倾角传感器采用单轴式倾角传感器SCA60C，内部由一个硅微传感器和信号处理芯片组成，SMD形式封装，通过测量地球引力在测量方向上的分量，再将其转换为倾斜角度。

所述正交编码器用于实时检测电机转速。

所述到位信号检测电路采用霍尔传感器，通过霍尔传感器检测工作台面是否到达极限位置，即最高点或最低点，所述到位信号检测电路。

所述主控制模块主要由DSPIC33FJ128MC708单片机及其外围电路组成。所述单片机输出控制PWM信号并通过光耦隔离器件控制电机驱动电路来控制步进电机转动；采用内部AD转换电路采集倾角传感器的电压信号；同时I/O口通过光耦隔离器件检测到位信号、按键命令以及正交编码器信号；还输出显示信号至显示模块，控制显示模块显示工作台的工作状态。

为了防止干扰可靠控制以及电压转换，PWM信号通过光耦隔离后才与电机驱动电路连接。同时到位信号和升降按键以及编码器信号与单片机连接中也进行了光耦隔离。PWM信号和编码器信号因频率较高采用了高速光耦合器6N137，而到位信号和选择按键则采用普通光耦合器EL817进行隔离。

本发明还提供了所述多电机智能升降工作台控制方法，包括以下步骤：判定当前按键模式，执行相应的工作模式，当选择上升或者下降模式时，启动电机，执行相应的工作模式，直到下一个按键选择或者检测到停止信号；采用基于倾角传感器的同步补偿的耦合控制方式，控制升降结构在上升或者下降时，先给定各电机转速n；然后测量台面于X方向、Y方向的倾斜角度θ1、θ2，根据θ1、θ2判断台面是否平衡，若不平衡则进行台面水平调节计算，分别对M1、M2、M3、M4给以大小不同加/减补偿，使电机的输出转速实时跟随系统的设定转速，达到控制台面在额定倾角范围内升降；如下表所示，列出其中6种针对θ1、θ2测量值的补偿方案，需说明的是，台面允许倾斜误差±2°，当台面倾斜角度超过2°系统才会对电机进行补偿调平。

所述方法进一步包括：检测电机在工作过程中，台面是否达到极限位置，当台面达到极限位置时，控制电机停止工作。

本发明针对智能升降工作台的要求，在台面四角均匀布置四个升降机构，每个升降机构由步进电机单独驱动，通过两个倾角传感器测量台面于X方向、Y方向的倾斜角度，根据测量值对各步进电机进行加/减补偿，使电机的输出转速实时跟随系统的设定转速，实现对多台电动机的同步补偿的智能控制，保证在台面载荷不均衡时平台的姿态要求，并能平稳升降。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。