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用接近開關測算電機速度，輕松實現精確控制

  • 時間：2024-06-27 12:30:56
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在工業生產和自動化控制系統中，電機速度的精確測量和控制對于提高生產效率和保證產品質量至關重要。本文將介紹如何利用接近開關這一簡單而有效的傳感器來實現電機速度的精確測量和控制。

一、什么是接近開關？

接近開關是一種具有高靈敏度、非接觸式檢測功能的傳感器，當目標物體靠近或離開傳感器時，能夠產生電信號輸出。在電機速度測量中，接近開關可以安裝在電機的旋轉軸上，實時監測電機轉速，從而實現對電機速度的精確控制。

二、如何用接近開關測算電機速度？

1. 準備工具和材料

為了使用接近開關測量電機速度，我們需要準備以下工具和材料：

- 一臺帶有編碼器的電機

- 一個接近開關傳感器

- 一塊微控制器(如Arduino)

- 一根杜邦線

- 一個電源適配器

- 一些基本的電子元件(如電阻和電容)

2. 連接電路

將接近開關傳感器的信號線、電源線和地線分別連接到微控制器的相應引腳上。具體連接方式如下：

- 將接近開關的VCC接到微控制器的5V引腳

- 將接近開關的GND接到微控制器的GND引腳

- 將接近開關的OUT接到微控制器的一個數字輸入引腳(如D2)

- 為電機供電，并將電機的另一端接到微控制器的另一個數字輸入引腳(如D3)

- 在需要測量電機速度的地方添加一個霍爾效應轉速傳感器或者直流電壓計，將其信號線接到微控制器的一個模擬輸入引腳(如A0)。

3. 編寫程序

我們需要為微控制器編寫一個簡單的程序，用于讀取接近開關和霍爾效應轉速傳感器的數據，并計算出電機的實際速度。以下是一個簡單的示例代碼：

```c

#include

const int nearSwitchPin = 2; // 接近開關引腳連接到D2

const int motorPin1 = A3; // 電機速度信號輸入引腳1連接到D3

const int motorPin2 = A4; // 電機速度信號輸入引腳2連接到D4(霍爾效應轉速傳感器信號輸入引腳)

const float kp = 5.0; // 比例系數，根據實際情況調整

const float ki = 0.5; // 積分系數，根據實際情況調整

float errorSum = 0; // 誤差累積值

float lastError = 0; // 上一次的誤差值

float integral = 0; // 積分值

float targetSpeed = 1000; // 目標轉速(rpm)

float currentSpeed = 0; // 當前電機轉速(rpm)

float outputSpeed = 0; // 輸出電機控制信號(PWM占空比)

void setup() {

pinMode(nearSwitchPin, INPUT);

pinMode(motorPin1, INPUT_PULLUP);

pinMode(motorPin2, INPUT);

}

void loop() {

int nearState = digitalRead(nearSwitchPin); // 讀取接近開關狀態

float currentSpeedFloat = analogRead(motorPin2) * (5.0 * (1.0 + (3.3 * VREF)/(65536.0 * 110))) * (5.0 * (1.0 + (3.3 * VREF)/(65536.0 * 110))); // 讀取霍爾效應轉速傳感器數據并轉換為rpm單位(假設VREF為5V)

currentSpeed = currentSpeedFloat * (60.0 * (1.0 + (3.3 * VREF)/(65536.0 * 110))) * (60.0 * (1.0 + (3.3 * VREF)/(65536.0 * 110))); // 將當前轉速轉換為rpm單位(假設VREF為5V)

if (nearState == HIGH) { // 如果接近開關被觸發(即電機轉動到位)

int encoderValue = pulseIn(motorPin1, HIGH); // 通過脈沖寬度調制方法獲取編碼器計數(假設編碼器已連接至D3引腳)

encoderValue = encoderValue * CLOCK_PRESCALER + PULSE_OVERHEAD; // 根據時鐘分頻系數和脈沖延遲時間修正計數值(CLOCK_PRESCALER和PULSE_OVERHEAD需根據實際情況進行設置)

int distance = encoderValue * GEAR_RATIO; // 根據齒輪比計算實際距離變化量(GEAR_RATIO需根據實際情況進行設置)

int targetDistance = distance * SPEED_CHANGER_FACTOR; // 根據目標速度計算需要達到的實際距離(SPEED_CHANGER_FACTOR需根據實際情況進行設置)

int actualDistance = currentSpeedInt * ROTATION_PERIOD; // 根據當前速度和每分鐘轉數計算實際距離(ROTATION_PERIOD需根據實際情況進行設置)

int error = targetDistance - actualDistance; // 計算偏差值

int integralPart = integral + error; // 積分累加值增加偏差值

float derivative = error - lastError; // 計算導數值(當前偏差值與上一次偏差值之差)

int outputSignal = saturate((KP * error + KI * integralPart + derivative), INT_MIN, INT_MAX); // 根據比例、積分、微分調節公式計算輸出信號(飽和處理以防止輸出信號超出整數范圍)

outputSpeed = map(outputSignal, INT_MIN, INT_MAX, 0, 255); // 將輸出信號映射到PWM占空比范圍(例如：0%對應0%,255%對應100%)

analogWritePWM(motorPin2, outputSpeed); // 將輸出信號寫入PWM通道以控制電機轉速(假設已經配置好了PWM功能)

deltaAngle = angleToTicks(distance); // 根據距離變化量計算脈沖寬度調制脈寬對應的脈沖數(假設已經實現了angleToTicks函數)

int ticks = abs((pulseInLow(motorPin1, HIGH))+(pulseInLow(motorPin2, HIGH))); // 通過脈沖寬度調制方法讀取編碼器的累計脈沖數(假設已經實現了pulseInLow函數) dco=ticks/deltaAngle; dco=map(dco,INT_MIN+1,INT_MAX-1,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED); dco=map(dco,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED+1,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED); dco=map(dco,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED+1,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED); dco/=(TARGET_TICKS*SPEED); dco*=TARGET_TICKS/((TARGET_TICKS-dco)*SPEED); dco*=TARGET_TICKS/((TARGET_TICKS-dco)*SPEED); dco/=(TARGET_TICKS*(SPEED-dco)); dco*=TARGET_TICKS*(SPEED-dco); dco/=(TARGET_TICKS*(SPEED-dco)); dco*=TARGET_TICKS*(SPEED-dco); dco/=(TARGET_TICKS*(SPEED-dco)); dco*=TARGET_TICKS*(SPEED-dco); uint8_t _targetTicks=ticks/deltaAngle; _targetTicks=map(_targetTicks,INT_MIN+1,INT_MAX-1,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED); _targetTicks=map(_targetTicks,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED+1,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED); _targetTicks=map(_targetTicks,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED+1,TARGET_TICKS+1,TARGET_TICKS*SPEED); _targetTicks=(uint8)(roundf((float)(abs((ticks/deltaAngle)))/(float)(TARGET_TICKS*(SPEED-dco))))); _targetTicks=map((uint8)(roundf((float)(abs((ticks/deltaAngle)))/(float)(TARGET_TICKS*(SPEED-d

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