一种根管马达检测结构及方法 |
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| 申请号 | CN202410383985.4 | 申请日 | 2024-04-01 | 公开(公告)号 | CN117977885A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 佛山市津上医疗科技有限公司; | 发明人 | 陆民生; 赖庆忠; 钱志城; 黄均泉; 罗祖武; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 根管 马 达检测结构及方法，属于根管预备机技术领域，包括：根管头，所述根管头一端设置有手持部，所述手持部内设置有 电机 ，所述电机设置于根管预备机的手持部内，所述电机的输出端设置有减速箱，所述减速箱的磁极朝向根管头，所述电机电连接有 控制器 ；运行模 块 ，所述运行模块用于调节电机的占空比，以改变电机的转速和 扭矩 ；计算模块，所述计算模块用于计算当前电机预设转速的目标PWM 信号 ；检测模块，所述检测模块用于获得当前单位时间内减速箱的实际电 角 度值、实际速度值和电机的实际 电流 值。本 申请 能够使电机的转速及扭矩的控制更加精准、稳定，且能尽量避免根管头在长时间使用之后，产生输出转速及扭矩偏差变化较大的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种根管马达检测结构，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种根管马达检测结构及方法技术领域[0001] 本申请涉及根管预备机技术领域，尤其是一种根管马达检测结构及方法。 背景技术[0002] 根管预备机是牙科领域中用于进行根管治疗的一种精密电动工具，而根管预备机在控制电机时，很难做到精准控制，而且，由于现有技术的限制，根管预备机的长度不宜过长，因此有刷空心杯电机很难在其尾部增加磁环，如果增加磁环后会造成电机的长度变长，结构变得更复杂，制造成本会大幅上升。 [0004] 然而，现有的根管预备机内的电机经过减速箱的减速，或减速根管头的减速后，速度及位置会发生变化，现有的控制系统无法进行监控，所以无法有效的进行精准控制，而且随着使用时间增加，减速波箱和减速弯机头的传输精度会发生变化，此时因为控制系统无法监控到这些变化，所以控制偏差也随之变大。发明内容 [0005] 为了针对现有技术存在的不足，本申请提供一种根管马达检测结构及方法，能够使电机的转速及扭矩的控制更加精准、稳定，且能尽量避免根管头在长时间使用之后，产生输出转速及扭矩偏差变化较大的问题。 [0006] 第一方面，本申请提供一种根管马达检测结构采用如下的技术方案：一种根管马达检测结构，包括： 电机，所述电机设置于根管预备机的手持部内，所述电机的输出端设置有减速箱， 所述减速箱的磁极朝向根管预备机的根管头，所述电机电连接有控制器，所述控制器用于控制电机的开关，以及电机的转动模式的切换； 运行模块，所述运行模块设置于手持部内，所述运行模块与电机、控制器电连接， 所述运行模块用于调节电机的占空比，以改变电机的转速和扭矩； 计算模块，所述计算模块设置于手持部内，所述计算模块与运行模块电连接，所述 计算模块用于计算当前电机预设转速的目标PWM信号； 检测模块，所述检测模块设置于手持部内，所述检测模块与电机、计算模块电连 接，所述检测模块用于获得当前单位时间内减速箱的实际电角度值、实际速度值和电机的实际电流值。 [0007] 通过采用上述技术方案，控制器控制电机的运行或停止，以及转动模式的切换，运行模块调节当前电机的占空比，检测模块能够实时获得到当前减速箱的速度和位置，进而对电机的速度和位置进行调节，提高了电机对控制器的位置和速度调节的灵敏性，并尽量避免了经过长时间的使用，根管头经过减速箱的减速后产生的速度和位置的变化，而导致产生输出转速及扭矩偏差变化较大。 [0008] 本申请进一步设置：所述计算模块包括位置误差计算单元、速度误差计算单元、电流误差计算单元和PID控制器，所述PID控制器与位置误差计算单元、速度误差计算单元、电流误差计算单元电连接，所述位置误差单元与控制器电连接；所述检测模块包括霍尔感应器和电流检测单元，所述霍尔感应器设置于手持部内 于减速箱的输出端，所述霍尔感应器与电机、位置误差计算单元、速度误差计算单元电连接，所述电流检测单元与电机、电流误差计算单元电连接； 所述霍尔感应器设置有多个，以减速箱输出端的中心为圆心进行分布，相邻两个 霍尔感应器之间的角度设置为30度。 [0009] 通过采用上述技术方案，计算模块经过对实际的误差值的计算，以确认当前电机的转速和扭矩占空比的偏差值，和电机所需的目标PWM信号，减少电机的转速和扭矩的发生偏差的可能；霍尔感应器由于是在位于减速箱的输出端进行位置检测，直接连接到根管头输出扭矩，检测的是减速箱减速后的转速，可以精确获得减速以后的速度变化，由于减速箱与电机的旋转为同轴旋转，因此在单位时间内，减速箱的电角度位置能够映射到电机的电角度位置，相邻两个霍尔感应器之间的角度设置为30度能够减少手持部内控制器的PBC板的占用空间。 [0010] 本申请进一步设置：用户模块，所述用户模块包括显示器、按键和蜂鸣器，所述显示器、按键和蜂鸣器设置于手持部，所述显示器用于显示电机输出的扭矩和转速，所述按键与显示器、蜂鸣器以及控制器电连接，所述按键用于开启或关闭控制器，或对控制器的转动模式进行切换，所述蜂鸣器用于对用户的操作、扭矩输出状态、机器工作状态进行声音提示；扭矩保护模块，所述扭矩保护模块与电流检测单元、运行模块和用户模块电连接， 所述扭矩保护模块用于减少电机的扭矩变化； 过载保护模块，所述过载保护模块包括电压检测单元，所述电压检测单元与电机 的电源两端电连接，所述过载保护模块与电流检测单元、用户模块和运行模块电连接，所述过载保护模块用于减少由于电流过载，而导致的电机的损伤。 [0011] 通过采用上述技术方案，用户模块能反映用户的操作和电机的状态，提供用户操作的明确性，并能对当前电机的状态进行调整，而扭矩保护模块和过载保护模块能够减少电机由于扭矩的过大、电流的过载而造成损伤。 [0012] 第二方面，本申请提供的应用于上述任一种根管马达检测结构采用如下的技术方案：一种根管马达检测方法，包括： 控制器选择其中一个转动模式，每个转动模式包含一个初始PWM信号，和一个电机 在单位时间内所需的预设电角度值，所述初始PWM信号中包含初始占空比； 所述控制器将转动模式的预设电角度值发送到计算模块； 所述运行模块根据初始PWM信号的占空比调节电机的电压大小或频率，以控制电 机的转速和扭矩，驱动电机转动； 检测模块检测当前单位时间内减速箱的实际电角度值，将实际电角度值发送到计 算模块； 所述计算模块根据单位时间内减速箱的实际电角度值与转动模式的预设电角度 值的误差，计算出当前电机需实现预设电角度值的目标PWM信号，并将目标PWM信号发送到运行模块； 所述运行模块根据目标PWM信号中的目标占空比刷新初始占空比，根据目标占空 比调节电机实际所需的电压大小或频率，进而校正电机的转速和扭矩； 所述电机的输出轴经过减速箱减速，减速箱驱动根管头转动。 [0013] 通过采用上述技术方案，控制器先控制电机按照转动模式的占空比进行转动，计算模块再根据减速箱的实际电角度值，得出校正当前电机的转速偏差和扭矩偏差的目标PWM信号，运行模块根据目标PWM信号的初始占空比对电机的转速和扭矩进行调节校正，使得电机在对控制器的转动模式切换进行调节的同时，还能及时刷新对根管头输出的转速或扭矩，减少根管头在长时间使用之后，产生输出转速及扭矩偏差变化较大的问题。 [0014] 本申请进一步设置：所述检测模块检测当前减速箱的实际电角度值，将实际电角度值发送到计算模块的步骤，包括：所述检测模块中的霍尔感应器位于减速箱的输出端检测当前单位时间内减速箱 的实际电角度值和减速箱输出轴的实际速度值； 所述霍尔感应器将实际电角度值发送到位置误差计算单元，将减速箱的实际速度 值发送到速度误差计算单元； 所述检测模块中的电流检测单元对电机的消耗的电流进行电流检测，获得实际电 流值； 所述电流检测单元将电机的实际电流值发送到电流误差计算单元。 [0015] 通过采用上述技术方案，霍尔感应器实时监控经过减速以后的转动速度和位置，获取当前减速箱的实际电角度值、减速箱输出轴的实际速度值，电流检测单元实时采样电机的实际电流值，由于得出的实际速度值是减速箱的输出轴的速度，直接对驱动根管头转动的驱动件进行检测，检测出来的数据更加精准、稳定可靠地呈现当前根管头的转动情况。 [0016] 本申请进一步设置：所述计算模块根据单位时间内减速箱的实际电角度值与转动模式的预设电角度值的误差，计算出当前电机需实现预设电角度值的目标PWM信号，并将目标PWM信号发送到运行模块的步骤，包括：所述控制器发送当前转动模式的预设电角度值到位置误差单元； 所述位置误差计算单元将从转动模式中获得的预设电角度值和减速箱的实际电 角度值进行比较，获得位置误差值，将位置误差值通过PID控制器，计算获得电机所需的目标速度值，并将电机所需的目标速度值发送到速度误差计算单元； 所述速度误差计算单元根据减速箱和电机的速度比值将减速箱输出轴的实际速 度值进行线性运算，获得当前电机的电机速度值； 所述速度误差计算单元将当前电机的电机速度值和电机所需的目标速度值进行 比较，获得速度误差值，将速度误差值通过PID控制器，计算获得电机所需的目标电流值，并将电机所需的目标电流值发送到电流误差计算单元； 所述电流误差计算单元将电机所需的目标电流值和当前电机的实际电流值进行 比较，获得电流误差值，将电流误差值通过PID控制器，计算得出目标PWM信号所需的目标占空比。 [0017] 通过采用上述技术方案，能够通过减速箱输出轴的位置和转速得出当前根管头的转动情况，更加精确得知根管头的减速的变化，使电机能够减少在根管头的转速和扭矩变化时，或控制器对转动模式的切换时，及时地进行准确的调节。 [0018] 本申请进一步设置：所述控制器选择其中一个转动模式，每个转动模式包含一个初始PWM信号，和一个电机在单位时间内所需的预设电角度值，所述初始PWM信号中包含初始占空比的步骤，包括：用户模块判断开机的按键是否被按下，若开机的按键被按下，控制器进入开机模 式；若开机的按键未被按下，控制器进入关机模式； 所述控制器若进入开机模式，获得历史配置信息，历史配置信息包括上一次控制 器关机时电机所处的转动模式中的目标PWM信号，并等待模式切换和确认； 所述控制器若等待模式切换时，模式切换的按键被按下，选择其中一个模式，则控 制器控制以选择的转动模式中的目标PWM信号，将目标PWM信号发送至运行模块； 所述控制器若等待模式切换时，关机的按键被按下，则进入关机模式； 所述控制器若等待模式切换时，等待模式切换的时间大于预设的等待时间，则进 入关机模式。 [0019] 通过采用上述技术方案，用户能够自主切换当前根管预备机的转速和扭矩，进而能够灵活调整根管锉的工作状态，同时在超出预设的等待时间时，根管预备机能够被动关机，以此达到节省用电的目的。 [0020] 本申请进一步设置：所述运行模块根据目标PWM信号中的目标占空比刷新初始占空比，根据目标占空比调节电机实际所需的电压大小或频率，进而校正电机的转速和扭矩的步骤之后，还包括： 所述电流检测单元将电机的实际电流值发送到扭矩保护模块； 所述扭矩保护模块读取当前的电机的实际电流值，计算电机的扭矩； 所述扭矩保护模块判断电机的扭矩值是否大于预设值，若扭矩值大于预设值，控 制器控制电机停止转动，并重新进行转动模式的选择判断； 所述若扭矩值小于或等于预设值，控制器控制电机继续转动。 [0021] 通过采用上述技术方案，电机在扭矩过大时，扭矩保护模块能够停止电机的转动，尽量避免电机由于扭矩过大而损伤。 [0022] 本申请进一步设置：若扭矩值小于或等于预设值，控制器控制电机继续转动的步骤之后，还包括：所述电压检测单元检测当前电机的电源两端的电压值，并根据电机的电压值，计 算获得电机的实际转速值，再将实际转速值发送到过载保护模块； 所述电流检测单元将电机的实际电流值发送到过载保护模块； 所述过载保护模块根据电机的实际转速值和电机的实际电流值判断电机是否处 于过载状态，若电机处于过载状态，控制器控制电机停止转动，并重新进行转动模式的选择判断；若电机不处于过载状态，控制器控制电机继续转动。 [0023] 通过采用上述技术方案，电机在过载时，过载保护模块能够停止电机的转动，尽量避免电机由于过载而损伤。 [0024] 本申请进一步设置：所述过载保护模块根据电机的实际转速值和电机的实际电流值判断电机是否处于过载状态，若电机处于过载状态，控制器控制电机停止转动；若电机不处于过载状态，控制器控制电机继续转动的步骤，包括：所述过载保护模块判断电机的实际转速值是否小于预设的速度阈值，若实际转速 值小于速度阈值，则判断控制器为低速模式；若当前的实际转速值不小于预设的速度阈值，则判断控制器为高速模式； 所述控制器若判断为低速模式，则过载保护模块判断电机的实际电流值是否大于 预设的低速电流过载阈值，若电机的实际电流值大于预设的低速电流过载阈值，控制器控制电机停止转动，并重新进行转动模式的选择判断，若电机的实际电流值不大于预设的低速电流过载阈值，电机继续转动； 所述控制器若判断为高速模式，则过载保护模块判断电机的实际电流值是否大于 预设的高速电流过载阈值，若电机的实际电流值大于预设的高速电流过载阈值，控制器控制电机停止转动，并重新进行转动模式的选择判断，若电机的实际电流值不大于预设的高速电流过载阈值，电机继续转动。 [0025] 通过采用上述技术方案，设定低速电流过载阈值和高速电流过载阈值能够针对不同的模式对电机的进行保护，提高了过载保护模块的灵活性。 [0026] 综上所述，本申请具有以下有益效果：本申请在控制器控制电机进行转动时，实时对减速箱的实际电角度值、减速箱输 出端的实际速度值和电机的实际电流值进行检测，计算模块中的PID控制器对实际电角度值、实际速度值和实际电流值进行计算，形成精确的闭环控制，得出校正当前电机的转速偏差和扭矩偏差的目标PWM信号，运行模块根据目标PWM信号中的占空比对电机的转速和扭矩进行调节校正，尽量避免电机驱动的根管头在长时间使用之后，产生输出转速及扭矩偏差变化较大的问题。 附图说明 [0027] 图1是本申请的整体结构示意图。 [0028] 图2是本申请中减速箱与霍尔感应器连接的结构示意图。 [0029] 图3是本申请中整体运作的结构流程图。 [0030] 图4是本申请中电机转动状态的检测和误差计算的结构流程图。 [0031] 图5是本申请中用户操作根管预备机后电机运作的结构流程图。 [0032] 图6是本申请中扭矩保护模块运作的结构流程图。 [0033] 图7是本申请中过载保护模块运作的结构流程图。 [0034] 图8是本申请中一种根管马达检测方法的结构流程图。 [0035] 图9是本申请其中一实施例中步骤S4的子步骤流程图。 [0036] 图10是本申请其中一实施例中步骤S5的子步骤流程图。 [0037] 图11是本申请其中一实施例中步骤S1的子步骤流程图。 [0038] 图12是本申请其中一实施例中步骤S3之后增加的步骤流程图。 [0039] 图13是本申请其中一实施例中步骤S34之后增加的步骤流程图及步骤S37的子步骤流程图。 [0040] 附图标记：1、根管头；2、手持部；3、电机；4、减速箱；5、控制器；6、霍尔感应器。 具体实施方式[0041] 以下结合附图1至图13对本申请作进一步详细说明。 [0042] 本申请实施例公开一种根管马达检测结构。 [0043] 参考图1和图2，在本实施例中，一种根管马达检测结构，包括：电机3，电机3固定连接于根管预备机的手持部2内，电机3的输出端固定连接有减 速箱4，减速箱4的磁极朝向根管头1，在本实施例中，采用多个磁铁的组合的模式，能够有效降低了充磁的难度，方便调整用于对减速箱4的位置检测所需要的分辨率。 [0044] 电机3电连接有控制器5，控制器5用于控制电机3的开关，以及电机3的转动模式的切换，其中，电机3驱动由一个H全桥驱动IC来驱动，通过双极控制模式对电机3进行控制，启动快，调速精度高，动态性能好，调速静差小，调速范围大，能加速，减速，刹车，倒转，能在负载超过设定速度时，提供反向为矩，能克服电机轴承的静态摩擦力，产生非常低的转速。 [0045] 在本实施例中，电机3与减速箱4的速度比值为16:1，电机3相对于根管头1的速度比值为1:1。 [0046] 并且，具体的，控制器5为具有控制电机3开关及模式切换功能的MCU集成电路，转动模式的切换取决于控制器5中的PWM调节器对电机3的通电的时间与总时间之比的调节，即对占空比的调节，且每个转动模式都具有预设的目标PWM信号，以达到电机3在规定的转速进行转动，满足用户操作和工作的转速和扭矩的需要。 [0047] 运行模块，运行模块固定连接于手持部2内，运行模块与电机3、控制器5电连接，运行模块用于调节电机3的占空比，以改变电机3的转速，其中，运行模块与控制器5的PWM调节器电连接，以进行对电机3占空比的调节，当电机3的转速和扭矩发生偏差时，控制器5中的PWM调节器能够受到运行模块对占空比的刷新，根据新的目标占空比对电机3的电压或功率大小进行调节，继而稳定电机3的转速和扭矩。 [0048] 计算模块，计算模块固定连接于手持部2内，计算模块与运行模块电连接，计算模块用于计算当前电机3目标转速的目标PWM信号，是对电机3产生偏差后对占空比误差的校正，再将电机3偏差校正后的目标PWM信号发送到运行模块内，使运行模块按照目标PWM信号进行调节。 [0049] 检测模块，检测模块设置于手持部2内，检测模块与电机3、计算模块电连接，检测模块用于获得当前减速箱4的实际电角度值、实际速度值和电机3的实际电流值，然后将检测获得到的信息数据发送到计算模块中，在计算模块中再根据实际电角度值、实际速度值和实际电流值进行误差值计算。 [0050] 控制器5先对运行模块发送一个转动模式下的PWM信号，PWM信号包含初始占空比参数，运行模块根据初始占空比对电机3的电压或功率大小进行配置，使电机3先按照初始占空比提供的数据进行转动。为尽量避免根管头1的转速和扭矩发生变化，检测模块实时对电机3的信息数据检测，再通过计算模块计算电机3产生偏差后的目标PWM信号，运行模块再根据目标PWM信号调节电机3的转速和扭矩，进而使得根管头1尽量保持在控制器5所在模式预设的占空比进行转动，以此减小根管头1出现在长时间经过减速箱4的减速后转动，产生速度和位置的变化，而导致产生输出转速及扭矩偏差变化较大的情况发生。 [0051] 进一步的，计算模块包括位置误差计算单元、速度误差计算单元、电流误差计算单元和PID控制器，PID控制器与位置误差计算单元、速度误差计算单元、电流误差计算单元电连接，位置误差单元与控制器5电连接，PID控制器能够计算实际值和目标值之间的增量值，并能计算得出电机3的目标PWM信号。 [0052] 检测模块包括霍尔感应器6和电流检测单元，霍尔感应器6设置于手持部2内于减速箱4的输出端，霍尔感应器6与电机3、位置误差计算单元、速度误差计算单元电连接，电流检测单元与电机3、电流误差计算单元电连接，电流检测单元在采集了电流的模拟信号后，通过模数转换获得数字信号。 [0053] 霍尔感应器6设置有多个，在本实施例中，霍尔感应器6设置有三个，霍尔感应器6的检测端朝向减速箱4的磁极，通过对磁极的感应，获得减速箱4的实际速度值和电机3的实际电角度值，三个霍尔感应器6以减速箱4输出端的中心为圆心进行分布，相邻两个霍尔感应器6之间的角度设置为30度，减少手持部2内控制器5的PBC板的占用空间，PCB板的电元件能够减少集中，进而减少电路的故障。 [0054] 再进一步的，还包括：用户模块，用户模块包括显示器、按键和蜂鸣器，显示器、按键和蜂鸣器固定连接于手持部2，显示器用于显示电机3输出的扭矩和转速，按键与显示器、蜂鸣器以及控制器5电连接，在本实施中，显示器选为OLED。 [0055] 按键用于开启或关闭控制器5，或对控制器5的转动模式进行切换，具体的，按键分为开机按键，关机按键和转动模式切换按键，开机按键和关机按键负责控制器5的开关，当控制器5打开时，电连接的电机3能够转动，当控制器5关闭时，电机3停止转动。 [0056] 蜂鸣器用于对用户的操作、扭矩输出状态、机器工作状态进行声音提示，便于对用户进行操作、根管预备机使用状态进行提醒。 [0057] 扭矩保护模块，扭矩保护模块与电流检测单元、运行模块和用户模块电连接，扭矩保护模块根据电流检测单元提供的实际电流值，判断实际电流值是否超出阈值，当超出阈值时，扭矩保护模块发送停止信号到运行模块，运行模块使控制器5停止转动，进而减少电机3由于扭矩过大而造成损伤。 [0058] 过载保护模块，过载保护模块包括电压检测单元，电压检测单元与电机3的电源两端电连接，电源检测单元在采集了电压的模拟信号后之后进行模数转换，过载保护模块与电流检测单元、用户模块和运行模块电连接，电压检测单元能够对电机3的电压经过计算，获得实际转速值，根据实际转速值来判断过载保护模块处于低速模式还是高速模式，在模式的分类后，过载保护模块根据电机3的实际电流值是否大于阈值，来判断是否要发送停止信号到运行模块，运行模块再使控制器5停止电机3转动，从而实现减少由于电流过载，而导致的电机3的损伤。 [0059] 并且，扭矩保护模块和过载保护模块能够通过用户模块的显示器显示提示字幕、使用蜂鸣器发出警报，对用户进行电机3保护提醒。 [0060] 参考图3和图4，本申请中的电机3的运行及反馈实施原理为：用户模块将操作反馈到控制器5内，即MCU，通过控制器5的转动模式切换，对电机驱动IC的速度、位置和扭矩调节，进而计算出驱动的功率并输出到电机3，对电机3连接的速度比值为16:1的减速箱4转速和扭矩进行调节配置，减速箱4再驱动速度比值为1:1的根管头1进行转动，使得根管头1根据扭矩输出到根管锉进行工作。同时位于减速箱4输出端的磁极，霍尔感应器6检测减速箱4输出端的位置值和电压值，位置值即实际电角度值，电压值通过计算获得减速箱4输出端的实际速度值，电流检测单元检测获得电机3提供的电源的电流值，经过PID控制器计算误差值后，计算出目标PWM信号的目标占空比，反馈到控制器5电连接的运行模块内，运行模块根据占空比的脉冲数再对电机驱动IC的速度、位置和扭矩调节进行校正，进而刷新电机3的转速和扭矩。 [0061] 参考图5，在本实施例中，对根管预备机进行操作时，控制器5在MCU的外设层先进行初始化，然后判断开机的按键是否被按下。当开机的按钮未被按下，则控制器5进入关机模式；当开机的按钮被按下，控制器5则满足开机条件，控制器5读取上一次控制器5关机时电机3所处的转动模式，并在下次控制器5处于开机模式时，默认为上一次的转动模式。当控制器5读取历史配置之后，则判断当前转动模式的切换。当在控制器5在转动模式切换的过程中，若关机的按钮被按下或等待转动模式切换的时间超时，则控制器5进入关机模式；当控制器5在预设的时间范围内没有进入关机模式或超时，则控制器5控制电机3启动。当电机3启动后，通过对电机3的角度，即电机3的输出轴的电角度的控制，进而对电机3的速度进行控制，根据电机3的角度和速度实现对电机3扭矩保护和过载保护。当电机3需要扭矩保护，则控制器5重新要对转动模式进行选择；当电机3不需要扭矩保护时，则判断电机3是否需要过载保护，当需要过载保护，则控制器5重新要对转动模式进行选择，当不需要过载保护，且电机3未被关闭，电机3继续对角度和速度的控制，同时一直保持对是否需要扭矩保护和过载保护的进程，直到电机3关闭。 [0062] 参考图6，在本实施例中，对于电机3的扭矩保护模块中进行的扭矩保护的过程中，首先判断电机3是否处于运行模式，即电机3是否在转动，若是，运行模块读取控制器5的转动模式中选择的电角度值，电角度值可以通过计算得出单位时间内电机3的扭矩值。判断当前的电机3是否在运行模块的控制下进入运行模式进行转动，如果电机3在转动，则获取电机3的实际电流值，并根据实际电流值对电机3实际的扭矩进行计算，若实际的扭矩值大于设定的单位时间内电机3的扭矩值，若实际的扭矩值大于设定的扭矩值，则电机3退出运行模式，停止转动；若实际的扭矩值不大于设定的扭矩，则判断电机3是否处于运行模式。当电机3一直处于运行模式时，扭矩保护模块保持对电机3的扭矩的测量与判断是否需要保护。 [0063] 参考图7，在本实施例中，对于电机3的过载保护模块中进行的过载保护的过程中，首先判断电机3是否处于运行模式，即电机3是否在转动，若是，则电流检测单元获取当前电机3的实际电流值，并判断电机3是否运行在高速模式。若电机3运行在高速模式，则判断实际电流值是否大于高速电流过载阈值，若是，电机3退出运行模式，即电机3停止转动；若没有大于高速电流过载阈值，则判断电机3是否处于运行模式。 [0064] 若电机3不运行在高速模式，则判断电机3处于低速模式中。在低速模式中，过载保护模块实时判断当前的实际电流值是否大于低速电流过载阈值，若是，电机3退出运行模式；若没有大于低速电流过载阈值，则判断电机3是否处于运行模式。 [0065] 当电机3一直处于运行模式时，扭矩保护模块保持对电机3的扭矩的测量与判断是否需要保护。 [0066] 参考图8，本申请实施例还公开了应用于上述任一种根管马达检测方法，具体包括： S1、控制器5选择其中一个转动模式，每个转动模式包含一个初始PWM信号，和一个 电机3在单位时间内所需的预设电角度值，所述初始PWM信号中包含初始占空比。 [0067] S2、控制器5将转动模式的预设电角度值发送到计算模块。 [0068] 具体的，将预设值发送到计算模块的目的是，为了实时对电机3的扭矩和转速进行校正更新，校正更新的情况包括但不限于：转动模式的切换，转动模式的切换需要较大程度地改变电机3的扭矩和转速，以满 足用户工作的需要； 根管头1对误差的调整，根管头1在长期使用的情况下会因为减速箱4的磨损导致 转速和扭矩发生较小的偏差，通过对偏差的调整，以实现根管头1的转速和扭矩与所处的转动模式的预设值一致。 [0069] S3、运行模块根据初始PWM信号的占空比调节电机3的电压大小或频率，以控制电机3的转速和扭矩，驱动电机3转动。 [0070] 具体的，运行模块通过占空比参数来调节PWM信号的高电平时间的比例，来对电机3的电压或频率进行调节，电机3的转速与电压、频率呈正比关系，电机3的扭矩与电压、频率呈正比关系，进而控制电机3转动。 [0071] S4、检测模块检测当前单位时间内减速箱4的实际电角度值，将实际电角度值发送到计算模块。 [0072] S5、计算模块根据单位时间内减速箱4的实际电角度值与转动模式的预设电角度值的误差，计算出当前电机3需实现预设电角度值的目标PWM信号，并将目标PWM信号发送到运行模块。 [0073] 具体的，计算模块始终保持获取实际电角度值，并实时更新目标PWM信号，以保持对电机3的转速和扭矩进行调整。 [0074] S6、运行模块根据目标PWM信号中的目标占空比刷新初始占空比，根据目标占空比调节电机3实际所需的电压大小或频率，进而校正电机3的转速和扭矩。 [0075] S7、电机3的输出轴经过减速箱4减速，减速箱4驱动根管头1转动。 [0076] 参考图9，进一步的，在其中一实施例中，步骤S4细化为以下子步骤：S41、检测模块中的霍尔感应器6位于减速箱4的输出端检测当前单位时间内减速 箱4的实际电角度值和减速箱4输出轴的实际速度值。 [0077] 在本实施例中，霍尔感应器6通过检测减速箱4输出轴的实际速度值，能够直接反馈出于减速箱4输出轴连接的根管头1 的转速，更加准确反映出输出到根管头1的转速。 [0078] 其中，霍尔感应器6的检测端朝向减速箱4输出轴的磁极，减速箱4的磁极受到电机3的转动产生磁场，霍尔感应器6检测到磁场的变化，触发一个脉冲信号，进而得出前减速箱 4输出轴的实际电角度值和实际速度值，具体的，实际速度值是通过霍尔感应器6检测磁场的频率后，根据公式n=60f/p得的，其中，n为减速箱4的转速，f为霍尔感应器6检测到的磁场的频率，p为减速箱4磁场的极对数。 [0079] 在本实施例中，通过角度分辨率转化为的脉冲数表示为实际电角度值、实际速度值的一个具体脉冲数值，角度分辨率利用公式θ=360°/x/y获得，其中θ为角度分辨率，x为减速箱4磁极的数量，y为传感器的数量，而实际电角度值的脉冲数=360度/（角度分辨率*4），实际速度值的脉冲数=单位时间内的转速*角度分辨率。 [0080] S42、霍尔感应器6将实际电角度值发送到位置误差计算单元，将减速箱4的实际速度值发送到速度误差计算单元。 [0081] 具体的，在位置误差计算单元和速度误差计算单元中，将实际速度值和实际电角度值与上一次的数据计算出误差值。 [0082] S43、检测模块中的电流检测单元对电机3的消耗的电流进行电流检测，获得实际电流值。 [0083] 在本实施例中，电流检测单元通过电流互感器对电机3的消耗的电流进行电流检测，经过模数转换获得电机3的实际电流值。 [0084] S44、电流检测单元将实际电流值发送到电流误差计算单元。 [0085] 具体的，在电流误差计算单元中，将实际电流值与上一个时间节点的数据计算出电流误差值。 [0086] 参考图10，进一步的，在其中一实施例中，步骤S5细化为以下子步骤：S51、控制器5发送当前转动模式的预设电角度值到位置误差单元。 [0087] S52、位置误差计算单元将从转动模式中获得的预设电角度值和减速箱4的实际电角度值进行比较，获得位置误差值，将位置误差值通过PID控制器，计算获得电机3所需的目标速度值，并将电机3所需的目标速度值发送到速度误差计算单元。在本实施例中，使用的是增量式PID控制器，利用公式：Up1=Kp1*[e（n）1‑e（n‑1）1]；Ui1=Ki1*e（n）1；Ud1=Kd1*[e（n）1‑2e（n‑1）1+e（n‑2）1]；∆U1=Up1+Ui1+Ud1；U（n）1=U（n‑1）1+∆U1。 [0088] 其中Kp1为PID中的比例增益，Ki1为PID中的积分增益，Kd1为PID中的微分增益，e（n）1为误差序号（n）、（n‑1）、（n‑2）分别为当前误差，上一次误差与上上次误差。Up1，Ui1，Ud1分别为比例积分微分的增量，∆U1为增量式PID输出增量，U（n‑1）1为上一次的输出量，U（n）1为当前输出量。 [0089] 具体的，在计算位置增量值时，位置误差计算单元先将电机3的实际电角度值减去预设电角度值，在本实施例中为实际电角度值与目标电角度值的脉冲数的差值，由此获得位置误差值，记录为e（n）1，发送到PID控制器中，再根据前两次的位置误差值，实现计算出位置增量值∆U1，并求得位置增量值∆U1的脉冲数，方法与电机3的实际电角度值计算脉冲数的方法相同，再将当前位置增量值的脉冲数与上一速度值的脉冲数相加，获得当前目标速度值输出的脉冲数，即U(n)1。 [0090] S53、速度误差计算单元根据减速箱4和电机3的速度比值将减速箱4输出轴的实际速度值进行线性运算，获得当前电机3的电机3速度值。 [0091] 在本实施例中，选用的电机3和减速箱4的速度比值为16:1，进而需要将实际速度值乘以16，以还原当前的电机3输出轴的速度。 [0092] S54、速度误差计算单元将当前电机3的电机3速度值和电机3所需的目标速度值进行比较，获得速度误差值，将速度误差值通过PID控制器，计算获得电机3所需的目标电流值，并将电机3所需的目标电流值发送到电流误差计算单元。利用公式：Up2=Kp2*[e（n）2‑e（n‑1）2]；Ui2=Ki2*e（n）2；Ud2=Kd2*[e（n）2‑2e（n‑1）2+e（n‑2）2]；∆U2=Up2+Ui2+Ud2；U（n）2=U（n‑1）2+∆U2。 [0093] 其中，Kp2为PID中的比例增益，Ki2为PID中的积分增益，Kd2为PID中的微分增益，e（n）2为误差序号（n）、（n‑1）、（n‑2）分别为当前误差，上一次误差与上上次误差。Up2，Ui2，Ud2分别为比例积分微分的增量，∆U2为增量式PID输出增量，U（n‑1）2为上一次的输出量，U（n）2为当前输出量。 [0094] 具体的，在计算速度增量值时，速度误差计算单元先将电机速度值减去目标速度值，在本实施例中为电机速度值与目标速度值的脉冲数的差值，由此获得速度误差值，记录为e（n）2，发送到PID控制器中，再根据前两次的速度误差值，实现计算出速度增量值∆U2，并求得速度增量值∆U2的脉冲数，再将当前速度增量值的脉冲数与上一电流值的脉冲数相加，获得当前目标电流值输出的脉冲数。 [0095] S55、电流误差计算单元将目标电流值和实际电流值进行比较，获得电流误差值，将电流误差值通过PID控制器，计算得出目标PWM信号所需的目标占空比。利用公式：Up3=Kp3*[e（n）3‑e（n‑1）3]；Ui3=Ki2*e（n）3；Ud3=Kd3*[e（n）3‑2e（n‑1）3+e（n‑2）3]；∆U3=Up3+Ui3+Ud3；U（n）3=U（n‑1）3+∆U3。 [0096] 其中，Kp3为PID中的比例增益，Ki3为PID中的积分增益，Kd3为PID中的微分增益，e（n）3为误差序号（n）、（n‑1）、（n‑2）分别为当前误差，上一次误差与上上次误差。Up3，Ui3，Ud3分别为比例积分微分的增量，∆U3为增量式PID输出增量，U（n‑1）3为上一次的输出量，U（n）3为当前输出量。 [0097] 具体的，在计算目标占空比时，电流误差计算单元先将电机3的实际电流值减去目标电流值，获得电流误差值，在本实施例中为实际电流值与目标电流值的脉冲数的差值，由此获得电流误差值，记录为e（n）3，发送到PID控制器中，再根据前两次的电流误差值，实现计算出电流增量值∆U3，并求得电流增量值的脉冲数，电流增量值的脉冲数与当前电机3的PWM信号中的脉冲数进行相加，得出需要刷新的目标占空比。 [0098] 运行模块使电机3转动时，提供的初始占空比的脉冲数能够控制电机3的转动，在电机3转动的过程中，检测模块检测的实际电角度值来源于减速箱4，实际速度值来源于减速箱4的输出轴，实际电流值来源于电机3，通过获得实际电角度值、实际速度值以及实际电流值，能够实时反馈当前根管头1的转动情况，在经过计算模块的校正后，获得的目标电流值的脉冲数是目标占空比中的一个重要变量，因此能够根据目标电流值的脉冲数来校正电机3的转动情况，而电机3转动时，再被检测模块检测相应的参数，因此形成了位置环、速度环和电流环，在计算模块内形成了一个闭环控制，增加了信息反馈环节，可以根据反馈信息再做出进一步调整，接着获得调整后的反馈信息，再基于更新过的反馈信息进行新一轮的调控，提高控制器5的转动模式对电机3的灵活操控，检测模块对根管头1连接的减速箱4输出端的误差校正更加精确。 [0099] 参考图11，进一步的，在其中一实施例中，步骤S1细化为以下子步骤：S11、用户模块判断开机的按键是否被按下，若开机的按键被按下，控制器5进入开 机模式；若开机的按键未被按下，控制器5进入关机模式。 [0100] 其中，控制器5在进入开机模式，则使电机3接通电源进行转动；进入关机模式时，使电机3断开与电源的电连接，电机3停止转动。在本实施例中，当按键被按下时，蜂鸣器能够发出提示音，以提醒用户进行了按键操作，同样的，显示器会显示出当前控制器5所处的转动模式信息，转动模式信息包括但不限于转速值和扭矩值。 [0101] S12、控制器5若进入开机模式，获得历史配置信息，历史配置信息包括上一次控制器5关机时电机3所处的转动模式中的目标PWM信号，并等待模式切换和确认。 [0102] 在本实施例中，控制器5装载于一个PCB板，由单片机进行驱动，具体的，单片机能够存储上一次控制器5关机时电机3所处的转动模式，并在下次控制器5处于开机模式时，默认为上一次的转动模式，优选的，上一次转动模式信息能够显示在显示器中，可以通过模式切换的按钮对转动模式进行切换和确认。 [0103] S13、控制器5若等待模式切换时，模式切换的按键被按下，选择其中一个模式，则控制器5控制以选择的转动模式中的目标PWM信号，将目标PWM信号发送至运行模块。 [0104] S14、控制器5若等待模式切换时，模式切换的按键被按下，选择其中一个模式，则控制器5控制以选择的模式中所预设的目标PWM信号，将目标PWM信号发送至运行模块。 [0105] 在本实施例中，运行模块读取来自控制器5的转动模式的目标PWM信号中的占空比参数，依据占空比参数对电机3的转速和扭矩进行启动和调整。 [0106] S15、控制器5若等待模式切换时，关机的按键被按下，则进入关机模式。 [0107] S16、控制器5若等待模式切换时，等待模式切换的时间大于预设的等待时间，则进入关机模式。 [0108] 步骤S15和S16是在控制器5等待模式切换时，进入关机模式的两种情况，可以通过用户主动按下关机的按键进入，还能在超出预设等待时间时强制进入，以达到节省用电的目的。 [0109] 参考图12，进一步的，步骤S3之后，增加有步骤S31、S32、S33：S31、电流检测单元将实际电流值发送到扭矩保护模块。 [0110] S32、扭矩保护模块读取当前的实际电流值，计算电机3的扭矩。 [0111] 在本实施例中，电机3为直流型，直流电机3计算扭矩T的计算公式为T=9.55CeΦIa其中Ia为实际电流值，Ce为电机常数，Φ为电机气隙磁通，电机3。电机常数和电机气隙磁通可以根据使用的电机的内置信息获得。当前扭矩与实际电流值成正比，通过读取电机3实际电流值，然后计算出当前电机扭矩，从而进行保护，并且，电机3的扭矩保护阈值可以通过扭矩更改模式来设置更改保护扭矩的预设值。 [0112] S33、扭矩保护模块判断电机3的扭矩值是否大于预设值，若扭矩值大于预设值，控制器5控制电机3停止转动，并重新进行转动模式的选择判断。 [0113] S34、若扭矩值小于或等于预设值，控制器5控制电机3继续转动。 [0114] 参考图13，进一步的，在其中另一实施例中，步骤S34增加有步骤S35、S36、S37：S35、电压检测单元检测当前电机3的电源两端的电压值，并根据电机3的电压值， 计算获得电机3的实际转速值，再将实际转速值发送到过载保护模块。 [0115] S36、电流检测单元将电机3的实际电流值发送到过载保护模块。 [0116] S37、过载保护模块根据电机3的实际转速值和电机3的实际电流值判断电机3是否处于过载状态，若电机3处于过载状态，控制器5控制电机3停止转动，并重新进行转动模式的选择判断；若电机3不处于过载状态，控制器5控制电机3继续转动。 [0117] 具体的，实际电流值为判断电机3是否过载的标准，过载保护模块在电机3在过载时，能够停止电机3的转动，减小电机3由于过载产生的损伤。 [0118] 进一步的，在其中一实施例中，步骤S37细化为以下子步骤：S371、过载保护模块判断电机3的实际转速值是否小于预设的速度阈值，若实际转 速值小于速度阈值，则判断控制器5为低速模式；若当前的实际转速值不小于预设的速度阈值，则判断控制器5为高速模式。 [0119] S372、控制器5若判断为低速模式，则过载保护模块判断实际电流值是否大于预设的低速电流过载阈值，若实际电流值大于预设的低速电流过载阈值，控制器5控制电机3停止转动，并重新进行转动模式的选择判断，若实际电流值不大于预设的低速电流过载阈值，电机3继续转动。 [0120] S373、控制器5若判断为低速模式，则过载保护模块判断电机3的实际电流值是否大于预设的低速电流过载阈值，若电机3的实际电流值大于预设的低速电流过载阈值，控制器5控制电机3停止转动，并重新进行转动模式的选择判断，若电机3的实际电流值不大于预设的低速电流过载阈值，电机3继续转动。 [0121] 具体的，电机3在转速不同时会产生不同的扭矩，不同的扭矩能够映射到电机3的实际电流值的大小中，而转速和扭矩呈反比关系，扭矩小时，转速会增大，当转速大于速度阈值时，控制器5为高速模式；扭矩大时，转速会减小，当转速小于速度阈值时，控制器5为低速模式。用户在不同的工作需求下进入不同的模式，而电机3对于两种模式所约束的过载阈值也不同。在低速模式下，当实际电流值超过低速电流过载阈值时，电机3的转速会超过低速模式规定的最高值，此时根管头1的转速超出了低速模式的使用范围；在高速模式下，当实际电流值超过高速电流过载阈值时，电机3容易发生发热、电源压降等情况而发生故障。 [0122] 应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。 [0123] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。 |
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