[发明专利]一种基于稳态卡尔曼转矩预测的动态阈值防夹检测方法

说明书

本发明提出了一种基于稳态卡尔曼转矩预测的动态阈值防夹检测方法。首先，采用相电流采样方式获取电动升降桌电机的电枢电流信号，构造电动升降桌的数学模型；其次，选取转矩作为防夹检测的状态变量，采用稳态卡尔曼滤波算法对转矩进行状态估计，获取估计转矩波形，并对估计转矩进行滑动平均值处理；最后设计转矩动态阈值，将转矩滑动平均值与转矩动态阈值进行比较，实时检测夹点时刻,判断是否开启回退保护。结果表明，本发明综合的考虑到电动升降桌的机械特性和电气特性，采用稳态卡尔曼转矩预测的方法可以有效地防夹检测，实时性良好，可靠性良好。

技术领域

本发明涉及电动升降桌领域，特别是涉及一种基于稳态卡尔曼转矩预测的动态阈值防夹检测方法。

背景技术

随着工作模式的改变，人们长期在办公室久坐，经调查研究表明，长期采用固定坐姿导致脊椎因压力分布不均易引起背部肌肉劳损，导致椎间盘组织弹性减退和脊柱骨质增生等。长期伏案会导致肌肉萎缩、减缓新陈代谢、腰间盘突出等疾病。科学研究表明，坐站交替的工作姿势才更科学、健康。

电动升降桌利用双电机交叉耦合同步实现桌面平稳的自动升降，适应坐站交替健康的工作方式。从Facebook、Google到腾讯百度越来越多的公司和个人选择“坐站交替”的工作模式。为防止因操作不当导致升降过程中被夹伤，防夹检测成为电动升降桌中必不可少的一部分。

许多研究者防夹检测常用方法：角速度检测、电枢电流检测、转矩率检测、转矩检测。由于直流电动机的电枢电流值和电机转矩反应在运行状态中，常选取这些阈值作为判断依据，电流或转矩超过阈值时回退，但在实际应用中表现很差。首先，驱动电动升降桌的双电机的方法是PWM脉宽调制技术，会在电流采样信号中产生大量噪声和耦合信息，因此状态变量和滤波算法的选择极其关键；其次，由于电动升降桌的负载的不确定性，从而导致设定的阈值的可变性；最后，电动升降桌工作过程中防夹检测的实时性。

发明内容

针对以上技术难题，本发明提出一种基于稳态卡尔曼转矩预测的动态阈值防夹检测方法，实现电动升降桌在工作过程中遇到障碍物时精准、快速地启动防夹检测功能，避免出现事故。

本发明提供的技术方案是：

一种基于稳态卡尔曼转矩预测的动态阈值防夹检测方法，其步骤如下：

步骤一：采用相电流采样方式获取电动升降桌电机的电枢电流信号；

步骤二：构造电动升降桌的数学模型，获取电机转矩与电枢电流关系；

步骤三：选取电机转矩作为防夹检测的状态变量；

步骤四：采用稳态卡尔曼滤波算法对转矩进行状态估计，得到转矩估计值；

步骤五：计算估计转矩的滑动平方平均值；

步骤六：防夹判定，利用转矩滑动平方平均值与转矩动态阈值进行比较，判断升降桌是否遇阻，若遇阻，电机反转，回退保护。

所述的采用相电流采样获取升降桌电枢电流的方法是：作为优选，本发明主控芯片采用STM32F103C8T6，运算速度快，拥有丰富的外设结构。直流电机驱动模块采用PWM脉宽调制技术实现直流电机调速，通过配置STM32高级定时器为PWM输出模式产生不同占空比的PWM信号，作为H桥功率驱动电路的输入，其中H桥功率驱动电路主要由MOS管驱动芯片IR2104和4个MOS管组成的H桥共同组成。当H桥中的左上和右下两个MOS导通时电机电流由A点流向B点，电机正转；当H桥中的左下和右上两个MOS导通时电机电流由B点流向A点，电机反转；当PWM信号占空比设为0时MOS管截止，电机停止，从而实现电机控制。