CN102957380B - 一种电机转速计算方法 - Google Patents

Abstract

一种电机转速计算方法，包括：计算每个采样周期T内的电机转速V1，并将V1进行长度为K的滑动平均滤波求得V2；将计算的V1进行计数和累加求和，当计数值i等于N时，将V1的累加求和值sum除以N得到V3，同时将i和sum清零并重复执行该步骤；对V3进行长度为K的滑动平均滤波求得输出的电机转速V4；其中，所述N为正整数，其初始值为Nmax，且该N根据V4和V2的差值进行实时更新，所述V4的初始值为0。本发明电机转速计算方法通过根据V4和V2的差值对N进行实时更新，实现了根据电机自身转速变化而自动调节的目的，从而使得计算得到的电机转速能够更准确、稳定性更好且响应快速的输出。

Description

一种电机转速计算方法

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种电机转速计算方法。

背景技术

作为电机的一项重要参数的电机转速，其计算的精确度对于电机控制来说起着至关重要的作用。目前，电机转速一般通过以下方法计算求得：计算每N个采样周期（该采样周期是指相邻两次采集电机转子位置的时间间隔）电机转子转过的角度，并将该转过的角度除以S（该S等于N个采样周期之和），得到一电机转速V，再将按照上述方法依次求得的K个电机转速V进行滑动平均滤波得到最终的电机转速。现有的电机转子计算方法虽然可以计算得到电机转速值，但由于电机转速的滤波周期（N*K）是固定不变的，因此很难使得计算得到的电机转速在所有情况下（例如，电机转速变化过快或过慢）均能达到准确、响应快速的效果。

发明内容

为解决现有电机转速计算方法存在的上述技术问题，本发明提供了一种准确、响应快速的电机转速计算方法。

本发明的技术方案是：

一种电机转速计算方法，包括：

步骤A：计算每个采样周期T内的电机转速V1，并将V1进行长度为K的滑动平均滤波求得V2；

步骤B：将计算的V1进行计数和累加求和，当计数值i等于N时，将V1的累加求和值sum除以N得到V3，同时将i和sum清零并重复执行该步骤；

步骤C：对V3进行长度为K的滑动平均滤波求得输出的电机转速V4；

其中，步骤B中N为正整数，其初始值为Nmax，且该N根据V4和V2的差值进行实时更新，步骤C中 V4的初始值为0。

进一步，所述步骤B中N值根据V4和V2的差值进行实时更新具体为：

计算V4和V2差值的绝对值△V；

当△V ≤H-C1时，N更新为Nmax，当△V≥H+C2时，N更新为Nmin，当H-C1＜△V＜H+C2时，更新的N与△V呈反比关系，且Nmin＜N＜Nmax， 

其中，H为电机匀速时电机转速的波动范围，C1为H的15%-25%；C2为H的15%-25%，N为正整数。

进一步，所述H通过以下方法求得：

在电机匀速旋转时，计算每个采样周期T内的电机转速V0；

将V0进行长度为K的滑动平均滤波求得V，并通过对V进行绘图得到V的波动范围，即为H。

进一步，所述采样周期T为100ms。

进一步，所述Nmin的范围是1-5。

进一步，所述Nmax的范围是20-25。

进一步，所述K为32或64。

进一步，所述步骤A中的V1通过公式V1=                                               求得，其中，a为每个采样周期T电机转子转过的角度。

本发明的优点：本发明的电机转速计算方法，包括：计算每个采样周期T内的电机转速V1，并将V1进行长度为K的滑动平均滤波求得V2；将计算的V1进行计数和累加求和，当计数值i等于N时，将V1的累加求和值sum除以N得到V3，同时将i和sum清零并重复执行该步骤；对V3进行长度为K的滑动平均滤波求得输出的电机转速V4；其中，所述N为正整数，其初始值为Nmax，且该N根据V4和V2的差值进行实时更新，所述V4的初始值为0。由以上技术方案可以看出，本发明电机转速计算方法通过根据V4和V2的差值对N进行实时更新，实现了根据电机自身转速变化而自动调节的目的，从而使得计算得到的电机转速能够更准确、稳定性更好且响应快速的输出。

附图说明

图1为本发明电机转速计算方法提供的方法流程图。

图2为本发明电机转速计算方法提供的一实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由现有技术可知，目前电机转速计算方法中采用的滤波周期（N*K）固定不变的，然而，申请人发现，随着电机转速的不同变化，其需要的理想滤波周期是不同的，因此为了使得电机转速在所有情况下（例如，电机转速变化过快或过慢）均能达到准确、响应快速的效果，本发明提供了一种电机转速计算方法，如图1所示，该方法包括：

步骤A：计算每个采样周期T内的电机转速V1，并将V1进行长度为K的滑动平均滤波求得V2；

该步骤中，V1通过公式V1=求得，其中a为每个采样周期T电机转子转过的角度，可以理解的是，每一个采样周期T便可求得一个V1。

步骤B：将计算的V1进行计数和累加求和，当计数值i等于N时，将V1的累加求和值sum除以N得到V3，同时将i和sum清零并重复执行该步骤；

需说明的是，本步骤中，每次执行的N取值不是固定不变的，其为正整数，且初始值为Nmax，后面的取值可根据V4和V2的差值进行实时更新。

步骤C：对V3进行长度为K的滑动平均滤波求得输出的电机转速V4；

该步骤中，V4为输出的电机转速值（即作为电机的一项重要参数的电机转速，其计算的精确度对于电机控制来说起着至关重要的作用），其初始值为0，其后面的值则是通过该步骤计算得到的。

可以理解的是，上述V2和V3是中间变量，它们主要是为了求得输出的电机转速V4而设置的，因此未给它们具体命名。

在此需说明的是，上述提到的滑动平均滤波是本领域的已有技术，当然，为了使得本领域技术人员更好地理解上述方案，下面对滑动平均滤波进行简单介绍（以对V3进行长度为K的滑动平均滤波依次求得V4为例）：

把连续求得的K个V3看成一个队列，即队列的长度固定为K，每次求得一个新的V3则放入队尾，并扔掉原来对首的一个V3，把队列中K个V3进行平均值计算得到V4。

可以理解的是，对V1进行长度为K的滑动平均滤波依次求得V2的方法类似于上述方法，因此在此不做重复描述。

具体实施中，上述步骤S2中的N值可根据以下方法进行实时更新：

计算V4和V2差值的绝对值△V；

当△V ≤H-C1时，N更新为Nmax，当△V≥H+C2时，N更新为Nmin，当H-C1＜△V＜H+C2时，更新的N与△V呈反比关系，即更新的N随着△V的增加而减小，而随着△V的减小而增加，且Nmin＜N＜Nmax.。

其中，上述H为电机匀速时电机转速的波动范围，C1为H的15%-25%；C2为H的15%-25%。

具体实施中，所述H可以通过以下方法求得：

在电机匀速旋转时，计算每个采样周期T内的电机转速V0；

将V0进行长度为K的滑动平均滤波求得V，并通过对V进行绘图得到V的波动范围，即为H，此处的K可为32或64。

在此需说明的是，上述仅提到到通过对V进行绘图得到V的波动范围，但事实上，还可以通过其他方法（例如统计分析法）得到V的波动范围，由于对于本领域技术人员来说，对上述求得的V求其波动范围是很容易实现的，因此在此不做详细说明。

具体实施中，所述采样周期T为100ms，所述Nmax的范围是20-25，所述Nmin的范围是1-5，优选为1，所述K为32或64，且上述Nmax为正整数，上述Nmin为正整数。当然，可以理解的是，以上参数T、Nmax、Nmin和K只给出了具体的取值，但具体实施中，以上参数T、Nmax、Nmin和K的取值不局限于上述具体取值，设计人员可根据电机特性以及设计需求自由选择，例如，以参数K为例，K值选的越小响应越快，波动越大，因此，设计人员可根据设计需求对上述参数进行合理设置。

为了本领域的技术人员能够很好地理解本发明的技术方案，下面通过结合附图并以具体实施例的方式对本发明的技术方案进行详细描述。

如图1所示，一种电机转速计算方法包括：

在对该实施例进行详细叙述前，需说明的一点是，以下步骤的序号（例如步骤11，步骤12…）只是为了区分不同的步骤，其本身可能没有先后执行的顺序关系，例如，步骤12可以先于步骤13执行，也可以晚于步骤13执行，当然还可以同时执行，当然，可以理解的是，步骤11先于步骤12和步骤13执行。

步骤11：计算V1，通过公式V1=求得V1，其中a为每个采样周期T电机转子转过的角度，可以理解的是，从电机启动开始，每一个采样周期便T可求得一个V1；

步骤12：计算V2，将步骤11求得的V1进行长度为32的滑动平均滤波求得V2；

步骤13：计算V3，从第一个求得的V1开始，每N个V1求其一次平均值记为V3，其中，此处的N从初始值20开始，后面的N不是固定不变，其可根据下述步骤16依次求得或者为初始值，例如，第一个V3，其取值为N1个V1的平均值，且N1从第一个求得的V1开始计数，N1=20；第二个V3，其取值为N2个V1的平均值，且N2从第N1+1个求得的V1开始计数；第三个V3，其取值为N3个V1的平均值，且N2从第N2+1个求得的V1开始计数，第四个V3、第五个V3 …均依次类推，其中，上述N2、N3…的取值具体为：当N的初始值Nmax未被步骤16求得的N更新时，其还是等于初始值Nmax（即为20），当N的初始值Nmax已被步骤16求得的N更新时，则取其更新值，换句话说，上述N2、N3…的取值为更新后的N值。

步骤14：计算V4，将步骤13求得的V3进行长度为32的滑动平均滤波求得输出的电机转速V4，其中，V4的初始值为0。

可以理解的是，由于以上对滑动平均滤波进行了详细叙述，因此，本实施例的步骤12和步骤14不做重复说明。

步骤15：计算△V，此处的△V等于V4和V2差值的绝对值；

步骤16：计算N，由于电机转速稳定时△V不会超过H；转速变化时由于V2的响应速度比V4快，所以△V会超过H，即当△V大说明转速在变化，要减小N值，提高响应速度；△V小说明转速稳定，加大N值使计算的转速稳定。因此可根据△V计算下一周期N的值，具体为：

当步骤15中的△V ≤H-C1时，步骤13中的N更新为20，同理，当△V≥H+C2时，N更新为1，当H-C1＜△V＜H+C2时，更新的N与△V呈反比关系，且Nmin＜N＜Nmax.，其中，H为电机匀速时电机转速的波动范围，其可通过前面所述的方法求得，在此不做重复说明，C1为H的15%-25%，C2为H的15%-25%。

在此需说明的是，以上步骤是重复执行的，即重复计算V1、V2、V3、V4、N和△V，其中，重复计算的N进行实时更新，并根据该实时更新的N计算V3和V4，从而使得计算的电机转速V4更准确、稳定性更好且响应快速的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电机转速计算方法，包括：

步骤A：计算每个采样周期T内的电机转速V1，并将V1进行长度为K的滑动平均滤波求得V2；

步骤B：将计算的V1进行计数和累加求和，当计数值i等于N时，将V1的累加求和值sum除以N得到V3，同时将i和sum清零并重复执行该步骤；

步骤C：对V3进行长度为K的滑动平均滤波求得输出的电机转速V4；

其中，步骤B中N为正整数，其初始值为Nmax，且该N根据V4和V2的差值进行实时更新，步骤C中 V4的初始值为0。

2.根据权利要求1所述的电机转速计算方法，其特征在于，所述步骤B中N值根据V4和V2的差值进行实时更新具体为：

计算V4和V2差值的绝对值△V；

当△V ≤H-C1时，N更新为Nmax，当△V≥H+C2时，N更新为Nmin，当H-C1＜△V＜H+C2时，更新的N与△V呈反比关系，且Nmin＜N＜Nmax， 

其中，H为电机匀速时电机转速的波动范围，C1为H的15%-25%；C2为H的15%-25%。

3.根据权利要求2所述的电机转速计算方法，其特征在于，所述H通过以下方法求得：

在电机匀速旋转时，计算每个采样周期T内的电机转速V0；

将V0进行长度为K的滑动平均滤波求得V，并通过对V进行绘图得到V的波动范围，即为H。

4.根据权利要求1所述的电机转速计算方法，其特征在于，所述采样周期T为100ms。

5.根据权利要求2至3任一项所述的电机转速计算方法，其特征在于，所述Nmin的范围是1-5。

6.根据权利要求1至4任一项所述的电机转速计算方法，其特征在于，所述Nmax的范围是20-25。

7.根据权利要求1至4任一项所述的电机转速计算方法，其特征在于，所述K为32或64。

8.根据权利要求1至4任一项所述的电机转速计算方法，其特征在于，步骤A中的V1通过公式V1=                                               求得，其中，a为每个采样周期T电机转子转过的角度。