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          電動升降桌的雙電機控制方法


          一、電動升降桌市場需求及電機方案

          2003年,世界衛生組織指出,全球每年有200多萬人因久坐而死亡;2020年,70%的疾病都將由坐得太久引起,久坐因此被列為十大致死、致病的殺手之一。防止久坐則越來越被人們所重視。電動升降桌以其電動升降方便人們坐立辦公轉為站立辦公,不僅能有效提高工作效率,還能幫助人們預防頸椎、腰椎等久坐引起的疾病。它幫助人們告別久坐辦公、學習,在國內逐漸被認可并開始廣泛應用。

          (力輝擁有3個電動升降桌電機平臺,60/70/80KG平臺。其中60/80KG平臺是直流電機+蝸輪蝸桿齒輪箱,單腿可承重60/80KG且自鎖可靠,對升降高度存儲記憶,可實現多種運行模式。而70KG平臺是直流電機+多級行星齒輪直推的,結構緊湊,可直接安裝在桌腿中,單腿可承重70KG且自鎖可靠。力輝擁有此行星直推電機的完整專利,有技術沉淀優勢。)


          二、電動升降桌電控功能結構

          電動升降桌一般需要在每條桌腿上安裝一個電機驅動升降,如何能讓每個桌腿同步精準升降,這就需要一套精密的電控系統來控制,其主要由用戶控制手柄和電機驅動兩部分組成。用戶通過控制手柄上的上、下等功能按鍵來對桌面升降進行調節。手柄中MCU檢測到按鍵功能觸發,通過數據傳輸告訴電機驅動MCU,電機驅動MCU則根據指令要求進行升降,運行到指定位置,控制結構圖如下:


          電動升降桌電控部分的控制結構.png


          三、電動升降桌電控驅動邏輯

          1. UI控制板控制邏輯

          UI控制板功能主要包含按鍵控制和LED顯示,用戶通過按下不同的按鍵來達到不同的功能,其中包括歸零、位置記憶及位置恢復功能、電動上、電動下等功能。LED顯示則是通過控制按鍵顯示運行模式、設定參數、顯示高度及異常報警提醒等。運行邏輯如下:

          UI控制板控制邏輯圖.png

          2. 電機驅動板控制邏輯

          電機驅動板部分是根據UI板下發的指令,根據指令執行相應的動作,例如記憶位置,恢復位置,歸零,桌面升,桌面降等功能,其中最主要的是對電機的穩定控制。

          電動升降桌采用的是有刷電機來推動桌面升降,通過H橋電路來控制有刷電機的正傳與反轉。如下圖,圖(a)中,導通Q1和Q4,電機順時針方向運轉,如導通Q3和Q2則如圖(b),電機逆時針運轉,以此方式可控制電機的正反轉,以達到桌面的升降功能。


          電機驅動板控制邏輯圖.png


          為了保證桌面的水平,我們在電機運轉端加入磁編碼器,使我們能夠清楚的知道電機運轉的圈數,以至于能夠了解桌面上升或下降的距離,由于升降桌上會放置各種物品,可能存在兩邊電機負載不同的情況,如果相同電壓驅動,負載大的運行速度會慢,負載小的運行速度會快,則會出現桌面不水平情況。為保證桌面的水平,我們采取了有效的高度控制算法,控制方式如下圖。


          高度控制算法圖.png


          簡單來說,首先,根據目標高度及當前電機高度,我們能夠清楚的知道與目標高度的高度差,通過高度差,我們可以根據位置控制算法進行輸出驅動電壓,高度差越大,我們驅動電壓的占空比越大,位置差越小,我們驅動電壓的占空比越小。而這個過程中就會出現不同負載速度不同的情況,為保持平衡,我們又根據電機的高度差來進行補償,使跑的快的減慢速度,跑的慢的加快速度,進行一個有效的動態調整,來使桌面整體得到平衡。


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