专利名称：割灌机速度控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种割灌机，尤其是涉及一种能够保持割灌机恒速的控制系统，属于 机械设置自动控制技术领域。
背景技术：
通常市面上用电池包作为动力源的割灌机，对于机器转速都是不加特殊控制，在 电池刚开始启用时由于电量充足使机器以相对高的转速运行，电池包电量迅速下降，之后 转速随着电池包电量的下降也逐渐下降，造成电池包电能的利用效率不高。
发明内容
本发明的目的是，提供了一种割灌机的速度控制系统，可以保证在正常工况下，电 机转速相对恒定，延长了电池包每次充满电后的操作时间，提高了电池包电能的利用效率、 减少了充电次数，方便操作者的同时也延长了电池包的使用寿命。本发明的另一个目的是提供一种割灌机的速度控制系统，可以根据不同工况来调 整割灌机在不同的档位的恒速下运行，以便于操作者根据不同工况的负载大小调节转速， 进一步提高电池包电能的使用效率。为了实现上述目的，本发明提供一种割灌机速度控制系统，包括恒速控制系统，其 特征在于还包括至少具有两个档位的档位调节装置，所述档位调节装置与恒速控制系统 的控制电路相连。前述的割灌机速度控制系统，其特征在于所述恒速控制系统包括速度检测装置， 在割灌机电机的轴上安装有一个具有n对N-S极的磁环，n ^ 1，所述速度检测装置靠近磁 环的外圆周方向设置，速度检测装置及档位调节装置与控制电路相连，控制电路与电机相 连，控制电路电源与控制电路相连，直流电池给控制电路电源及电机供电。前述的割灌机速度控制系统，其特征在于所述n = 4。前述的割灌机多档恒速控制系统，其特征在于所述速度检测装置为霍尔传感器。前述的割灌机速度控制系统，其特征在于所述控制电路包括MCU，所述MCU包括 以下功能模块中断模块由引脚的方波脉冲信号的上升沿或者下降沿触发外部中断，计算电机 运转一圈的时间T，将一圈的时间T传回到主程序中进行速度的运算及处理，再清零计数变
量值；主程序模块主程序模块包括速度计算模块与PID控制模块，所述速度计算模块通过中断模块测得的电机运行一圈的时间T计算当前电机的 实际的转速，将这个运算的当前的速度送到PID控制模块中；所述PID控制模块根据当前计算的速度，以及前两次的速度及预先设定的速度进 行比列、微分、积分的运算，得到的结果用于修正当前的速度，根据修正速度控制电机转速。前述的割灌机速度控制系统，其特征在于在速度计算模块中，当前速度=(1分钟/n个脉冲周期时间)/减速比。前述的割灌机速度控制系统，其特征在于在所述PID控制模块中，通过检测电机 实际转速计算得到刀具的实际转速，如果得到的刀具实际转速高于设定恒速值，则控制电 机减速，如果得到的刀具实际转速低于设定恒速值，则控制电机增速，将刀具实际转速维持 在设定恒速值的允许浮动范围内。前述的割灌机速度控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下各步骤1)将档位调节装置设置在某一档位，控制电路内的MCU通过检测档位调节装置上 的电压值来判定设定的档位情况；2)磁环跟随电机转动时，磁场会发生变化，霍尔传感器的输出端呈现出n个周期 的方波；3)在控制电路MCU中的中断模块中，方波脉冲的上升沿或者下降沿触发MCU的中 断，计算电机运转一圈的时间T，将一圈的时间T传回到主程序中进行速度的运算及处理，
再清零计数变量值；4)在速度计算模块中，通过中断模块测得的电机运行一圈的时间T计算当前电机 的实际的转速，将这个运算的当前的速度送到PID控制模块中；5)在PID控制模块中，根据当前计算的速度，以及前两次的速度及预先设定的速 度进行比列、微分、积分的运算，得到的结果用于修正当前的速度，根据修正速度控制电机 转速。前述的割灌机速度控制系统的控制方法，其特征在于在所述步骤4)中，当前速 度=(1分钟/n个脉冲周期时间)/减速比。前述的割灌机速度控制系统的控制方法，其特征在于在所述步骤5)中，通过检 测电机实际转速计算得到刀具的实际转速，如果得到的刀具实际转速高于设定恒速值的允 许浮动范围的上限，则控制电机减速，如果得到的刀具实际转速低于设定恒速值的允许浮 动范围的下限，则控制电机增速，将刀具实际转速维持在设定恒速值的允许浮动范围内。本发明所达到的有益效果本发明的速度控制系统，用户根据不同工况(例如所切割灌木的疏密程度)而相 应调节转速的恒速档位，有效提高了工作效率、延长了电池包的使用时间。同时通过速度检 测装置检测电机的实时速度，利用控制电路对当前的速度进行修正，再对电机运行速度进 行调整控制，保证了机器在每次切割操作中从开始工作到结束，工具的转速相对恒定，避免 了轻载时转速较高浪费电能，又或者重载时转速较低造成动力不足。
图1为本发明的控制系统的结构示意图；图2为本发明的控制系统的电路连接图；图3为本发明的中断模块的程序流程图；图4为本发明的主程序模块的程序流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。
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图1为本发明的控制系统的结构示意图；图2为本发明的控制系统的电路连接图。 在电机的轴上安装一个具有4对N-S极的磁环，霍尔传感器靠近磁环的外圆周方向设置，霍 尔传感器、档位电位器或者档位开关分别与控制电路相连，控制电路与电机相连，控制电路 电源与控制电路相连，直流电池给控制电路电源及电机供电。优选地，开关电位器VAR具有 两个档位。在其他实施方式中，作为档位调节装置，档位电位器被档位开关替代，控制系统 通过判断档位开关上的电平值来判断操作者当前设定的档位。本发明的割灌机多档恒速控制系统的工作过程为控制电路内的MCU通过检测档位开关上的电压值来判定用户设定的档位情况，以 这种方式来进行多档转速的设定。当电机转动时，装在电机轴上的磁环也跟着一起转动。磁环内有4对磁极，在磁环 跟随电机转动时，磁场会发生变化，霍尔传感器因装在磁环的附近，因此，电机每转一圈，就 会在霍尔传感器的输出端呈现出4个周期的方波。控制电路内的MCU检测该方波信号的周 期。通过方波信号的周期，计算出当前的速度，当前速度=(1分钟/4个脉冲周期时间)/ 减速比。在程序中，利用MCU (单片机)的管脚测量方波的周期，具体的来讲，当单片机的引 脚上有方波的脉冲信号的上升沿或者下降沿，就会触发单片机的外部中断，在中断程序中 测量电机运转一圈的时间，将这个“一圈的时间”传回到主程序中进行速度的运算及处理。在主程序中，通过中断模块测得的电机运行一圈的时间T计算当前电机的实际的 转速，并且将这个运算的当前的速度送到PID控制模块中，PID控制模块根据当前计算的速 度，以及前两次的速度，客户设定的速度进行比列、微分、积分的运算，得到的结果用于修正 当前的速度。即，通过检测电机实际转速计算得到刀具的实际转速；如果得到的刀具实际转 速高于设定恒速值，则通过PID控制模块控制电机减速，如果得到的刀具实际转速低于设 定恒速值，则通过PID控制模块控制电机增速，以尽量将刀具实际转速维持在设定恒速值 的允许浮动范围内。在本发明中，割灌机(Brush cutter)具有恒速设置，并首选地具有两个恒速档 位，通过在两个恒速档间切换，可以实现割灌机分别以第一恒速和第二恒速运行。除了霍 尔传感器测速，在其他实施方式中，速度的检测还可以通过电感实现。对于割灌机，首选地， 第一恒速值为6000rpm，在其上下浮动10%范围内，都被认为是以第一恒速运行；首选地， 第二恒速值为4000rpm，在其上下浮动10%范围内，都被认为是以第二恒速运行。这里的 6000rpm、4000rpm都是刀具的转速，电机的旋转通过减速机构后传递给刀具，其中减速机构 和本发明非直接相关，且现有技术中已有多种类型可以应用的减速机构，在此不再赘述。当 然恒速值也可以设定成其他数值的转速值。本发明中的割灌机也可以具有不止两个的恒速 档。具有不同恒速档的设置也可以应用在其他直流工具中。消费者可根据机器应用的不同 工况合理调节转速，提高工作效率延长电池包工作时间。以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换 或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种割灌机速度控制系统，包括恒速控制系统，其特征在于还包括至少具有两个档位的档位调节装置，所述档位调节装置与恒速控制系统的控制电路相连。
2.根据权利要求1所述的割灌机速度控制系统，其特征在于所述恒速控制系统包括 速度检测装置，在割灌机电机的轴上安装有一个具有n对N-S极的磁环，n ^ 1，所述速度检 测装置靠近磁环的外圆周方向设置，速度检测装置及档位调节装置与控制电路相连，控制 电路与电机相连，控制电路电源与控制电路相连，直流电池给控制电路电源及电机供电。
3.根据权利要求2所述的割灌机速度控制系统，其特征在于所述n= 4。
4.根据权利要求1或2所述的割灌机多档恒速控制系统，其特征在于所述速度检测 装置为霍尔传感器。
5.根据权利要求1或2所述的割灌机速度控制系统，其特征在于所述控制电路包括 MCU，所述MCU包括以下功能模块中断模块由引脚的方波脉冲信号的上升沿或者下降沿触发外部中断，计算电机运转 一圈的时间T，将一圈的时间T传回到主程序中进行速度的运算及处理，再清零计数变量 值；主程序模块主程序模块包括速度计算模块与PID控制模块，所述速度计算模块通过中断模块测得的电机运行一圈的时间T计算当前电机的实际 的转速，将这个运算的当前的速度送到PID控制模块中；所述PID控制模块根据当前计算的速度，以及前两次的速度及预先设定的速度进行比 列、微分、积分的运算，得到的结果用于修正当前的速度，根据修正速度控制电机转速。
6.根据权利要求5所述的割灌机速度控制系统，其特征在于在速度计算模块中，当前 速度=(1分钟/n个脉冲周期时间)/减速比。
7.根据权利要求5所述的割灌机速度控制系统，其特征在于在所述PID控制模块中， 通过检测电机实际转速计算得到刀具的实际转速，如果得到的刀具实际转速高于设定恒速 值，则控制电机减速，如果得到的刀具实际转速低于设定恒速值，则控制电机增速，将刀具 实际转速维持在设定恒速值的允许浮动范围内。
8.根据权利要求5所述的割灌机速度控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下各 步骤1)将档位调节装置设置在某一档位，控制电路内的MCU通过检测档位调节装置上的电 压值来判定设定的档位情况；2)磁环跟随电机转动时，磁场会发生变化，霍尔传感器的输出端呈现出n个周期的方波；3)在控制电路MCU中的中断模块中，方波脉冲的上升沿或者下降沿触发MCU的中断，计 算电机运转一圈的时间T，将一圈的时间T传回到主程序中进行速度的运算及处理，再清零 计数变量值；4)在速度计算模块中，通过中断模块测得的电机运行一圈的时间T计算当前电机的实 际的转速，将这个运算的当前的速度送到PID控制模块中；5)在PID控制模块中，根据当前计算的速度，以及前两次的速度及预先设定的速度进 行比列、微分、积分的运算，得到的结果用于修正当前的速度，根据修正速度控制电机转速。
9.根据权利要求8所述的割灌机速度控制系统的控制方法，其特征在于在所述步骤4)中，当前速度=(1分钟/n个脉冲周期时间)/减速比。
10.根据权利要求8所述的割灌机速度控制系统的控制方法，其特征在于在所述步骤5)中，通过检测电机实际转速计算得到刀具的实际转速，如果得到的刀具实际转速高于设 定恒速值的允许浮动范围的上限，则控制电机减速，如果得到的刀具实际转速低于设定恒 速值的允许浮动范围的下限，则控制电机增速，将刀具实际转速维持在设定恒速值的允许 浮动范围内。
全文摘要
本发明公开了一种割灌机速度控制系统，包括恒速控制系统，其特征在于还包括至少具有两个档位的档位调节装置，所述档位调节装置与恒速控制系统的控制电路相连。本发明的速度控制系统，用户根据不同工况而相应调节转速的恒速档位，有效提高了工作效率、延长了电池包的使用时间。
文档编号H02P6/08GK101867338SQ20101017660
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者孟超, 耿正 申请人:南京德朔实业有限公司