CN106353528A - 电机转速测量装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量电机转速的装置可包括：编码器，其被配置为基于电机的转动输出信号；以及控制单元，其被配置为根据所述编码器的输出信号检测所述电机的机械角，根据检测到的所述机械角估算所述电机的实际角，并且通过对估算出的所述实际角进行微分计算所述电机的转速。

Description

电机转速测量装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求申请日期为2015年7月13日的第10-2015-0099404号韩国申请的优先权，所述申请在此通过引用全文并入本申请。
技术领域
本发明涉及一种用于测量电机转速的装置和方法，并且更具体地，涉及一种运用低分辨率编码器测量电机转速的装置和方法。
背景技术
通常，电机的转速是通过旋转编码器测量的。所述旋转编码器包括输出转轴绝对位置的绝对编码器和输出转轴运动信息的增量编码器。
当使用这样的编码器测量电机的转速时，测量的准确度大体决定于编码器的分辨率，该分辨率定义为PPR(每转脉冲数)。即当使用高分辨率编码器时，所测电机转速的准确度相对使用低分辨率编码器时而言，将得到提高。
但是，由于高分辨率编码器相比低分辨率编码器更加昂贵，因此高解析编码器在成本方面居于劣势。
本发明的相关技术于2004年3月2日在第10-2004-0017954号韩国专利申请案公开中披露。
发明内容
本发明的实施例针对的是一种用于测量电机转速的装置和方法，所述装置和方法能够在即便使用低分辨率编码器时依然确保转速测量的准确性。
在一个实施例中，一种用于测量电机转速的装置可包括：编码器，其被配置为基于电机的转动输出信号；以及控制单元，其被配置为根据所述编码器的输出信号检测所述电机的机械角，根据检测到的所述机械角估算所述电机的实际角，并且对估算出的所述实际角进行微分(differentiating)计算所述电机的转速。
当估算所述实际角时，所述控制单元可估算所述电机的角速度，基于估算出的所述角速度计算修正角、并且基于计算出的所述修正角估算所述实际角。
所述控制单元可通过将所述修正角与所述机械角相加，估算所述实际角。
当计算所述电机的转速时，所述控制单元可通过对估算出的所述实际角进行微分计算角速度，并且通过将计算出的所述角速度转化为RPM(转每分)，计算所述电机的转速。
所述装置还可包括滤波单元，所述滤波单元被配置为对计算出的所述电机转速执行低通滤波。
在另一个实施例中，一种用于测量电机转速的方法可包括：控制单元根据编码器的输出信号检测电机的机械角；所述控制单元基于检测到的所述机械角估算所述电机的实际角；以及所述控制单元通过对估算出的所述实际角进行微分计算所述电机的转速。
所述估算所述实际角可包括：估算所述电机的角速度，基于估算出的所述角速度计算修正角，以及基于计算出的所述修正角估算所述实际角。
在基于所述计算出的修正角估算所述实际角中，所述控制单元可通过将所述修正角与所述机械角相加，估算所述实际角。
所述计算所述电机的转速可包括：通过对估算出的所述实际角进行微分计算角速度；以及将计算出的所述角速度转化为RPM。
所述的方法还可包括在计算出所述电机的所述转速之后，所述控制单元对计算出的所述电机转速执行低通滤波。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的装置的配置方框图；
图2为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的装置的测速方法的示意图；
图3为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的装置的效果的示意图；
图4为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的方法的流程图；
图5为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的方法的实际角度估算过程的流程图。
具体实施方式
以下将参照相应附图，详细描述本发明的实施例。要注意的是，各附图并非是精确比例，线条的粗细和组件的大小可能进行了夸大，但仅为描述的便利性和清楚性。此外，本文所用术语的定义，加入了本发明的功能考量，可以根据用户或操作者的习惯或意图加以更改。因此，术语的定义应根据本文所列公开的整体而做出。
图1为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的装置的配置方框图，图2为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的装置所用的测速方法的示意图，并且图3为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的装置的效果的示意图。参照图1至图3，根据本实施例的电机转速测量装置的描述如下。
如图1所示，根据本实施例的电机转速测量装置可包括控制单元100，编码器110和滤波单元120。
所述编码器110可根据电机的转动输出信号。即所述编码器110可根据电机的转动输出脉冲，并且所述脉冲可用PPR(每转脉冲数)表示。所述编码器110的PPR是用于表明该编码器分辨率的指标。如果所述编码器110的PPR高，则可认为所述编码器110具有高分辨率。
所述编码器110可以输出彼此之间具有90度相位差的脉冲A和B，即占空率为50％，从而可确定电机的转动方向。即，当电机前向旋转时，则A脉冲的相位可领先B脉冲相位90度。反之，当电机后向旋转时，则B脉冲的相位可领先A脉冲相位90度。
所述控制单元100可根据所述编码器110的输出信号检测电机的机械角。即如图2所示，所述控制单元100可根据所述编码器110的输出信号检测电机的位置。例如，当使用低分辨率编码器时，检测到的电机位置可以为位置①，而当使用高分辨率编码器时，检测到的电机位置则可以为位置②。此时，即可将通过编码器检测得到的对应于电机位置的角度称为机械角。如图2所示，此机械角可以按照逐步方法(a stepwise manner)测得。
所述控制单元100可以根据检测到的机械角估算电机的实际角。如图2所示，当使用低分辨率编码器时，电机的机械角与实际位置之间可能出现较大差异。此差异可以作为一个降低测量准确性的因素。
进一步，当对以逐步方法检测出的机械角进行微分来计算电机转速时，由于所得微分结果并不平滑，故而信号质量可能降低。
因此，由于所述控制单元100根据检测到的机械角估算电机的实际角，从而所述控制单元100可以更加准确地确定电机实际位置，同时让电机角度的斜率更为平滑。
更具体地，所述控制单元100可以估算电机的角速度，并且根据估算出的角速度计算修正角。该修正角可指示出检测到的机械角与电机的实际位置之间的差的估计值。
即如图2所示，所述控制单元100可以用估算出的角速度乘以修正时间Δt而计算修正角。此时，修正时间可以通过所述控制单元100的采样时间以及检测到所述编码器110的输出信号的时间计算得到。所述采样时间可以表明测量电机转速的时间间隔。
所述控制单元100可以基于检测到的修正角估算电机的实际角。例如，所述控制单元100可以将该修正角与检测到的机械角相加，从而估算出电机的实际角。
估算出的电机的实际角可能不与电机的实际位置准确地一致，但因为速度测量的准确性高于使用电机的机械角时的准确性，故而可提高速度测量的准确性。
进一步，由于电机的实际角不是以逐步方法呈现，而是可以位于编码器的识别位置之间，故而其图形的斜率呈现较为平滑的形状。故此，通过微分，可以减少电机转速计算结果中的噪音。
当估算电机的实际角时，所述控制单元100可以通过反馈控制来估算电机的角速度。即，由于所述控制单元100在计算电机转速的过程中计算电机的角速度将在下面描述，则可反馈该角速度以估算电机的角速度。
所述控制单元100可以通过对电机的实际角进行微分计算电机转速，该电机的实际角已通过前文所述过程估算出。例如，所述控制单元100可以将估算出的实际角相对时间进行微分，从而计算出角速度，然后将计算出的角速度转化为RPM(转每分)，从而计算电机转速。
所述滤波单元120可对计算出的电机转速执行低通滤波。即，所述滤波单元120可以消除来自计算出的电机转速信号中的噪音。此时，所述滤波单元120相比在常规装置中，可以具有更高的滤波频率。
参照图3，根据本实施例的电机转速测量装置所得测量结果与常规装置所得测量结果之间的对比描述如下。
例如，根据本实施例的用于测量电机转速的装置可测量用于驱动MDPS(电动助力转向)系统的电机的转速。在这种情况，通过滤波过程，可将计算出的电机转速作为用于执行电机控制逻辑的参数。
此时，由于滤波频率(the filtering frequency)的影响，可能出现预定量的延迟。由于这样的延迟要素可能成为性能退化的因素，故而需要让该延迟要素最小化。然而，当增加滤波器的频带宽度以最小化延迟要素时，可能发生副作用。例如，噪音的影响可能增加。在本实施例中，然而通过根据本实施例的电机转速测量装置以测量电机的转速时，可以改善计算出的信号的质量。因此，虽然滤波频率增加了，但噪音的影响没有增加。
进一步的，如图3所示，当通过根据本实施例的电机转速测量装置以测量电机的转速时，即便使用了低分辨率编码器，有可能获得与使用高分辨率编码器相似的质量。另外，准确度相比常规装置也可得到提升。
图4为根据本发明的一个实施例示出的用于测量电机转速的方法的流程图，并且图5为根据本发明的该实施例示出的用于测量电机转速的方法的实际角度估算过程的流程图。参照图4和图5，根据本发明的实施例测量电机转速的方法描述如下。
如图4所示，所述控制单元100可根据所述编码器110在步骤S200输出的信号来检测电机的机械角。即，所述编码器110可根据电机的转动输出脉冲。所述控制单元100可通过所述脉冲检测电机的位置或机械角。
然后，在步骤S210，所述控制单元100可根据在步骤S200所测得的机械角，估算电机的实际角。即，当所述控制单元100根据检测到的机械角估算电机的实际角时，所述控制单元100不仅可以更加准确地确定电机实际位置，还能让电机角度的斜率更为平滑。参照图5，下面将更加详细地描述步骤S210。
如图5所示，所述控制单元100可在步骤S300测量电机的角速度。例如，所述控制单元100可以通过反馈控制来估算电机的角速度。即，由于所述控制单元100在电机转速计算过程中计算电机的角速度将在下面描述，则可反馈该角速度以估算电机的角速度。
然后，在步骤S310，所述控制单元100可根据在步骤S300所测得的角速度求出修正角。该修正角可指示出检测到的机械角与电机的实际位置之间的差的估计值。即，所述控制单元100可以用估算出的角速度乘以修正时间Δt以计算修正角。此时，修正时间可以通过所述控制单元100的采样时间以及检测到所述编码器110的输出信号的时间计算出。所述采样时间可以表明测量电机转速的时间间隔。
在步骤S310之后，在步骤S320，所述控制单元100可根据在步骤S310计算出的修正角估算电机的实际角。例如，所述控制单元100可以将该修正角与检测到的机械角相加，从而估算出电机的实际角。
在图4步骤S210之后，在步骤S220，所述控制单元100可以对在步骤S210估算出的实际角进行微分，从而计算角速度和RPM。例如，所述控制单元100可以将估算出的实际角相对时间进行微分，从而计算角速度，然后将计算出的角速度转化为RPM，从而计算电机转速。
然后，在步骤S230，所述控制单元100可对在步骤S220计算出的电机转速执行低通滤波。即，所述控制单元100可以通过滤波消除来自计算出的电机转速信号中的噪音。此时，滤波频率可以比在常规方法中增加。
如此，根据本发明的实施例以测量电机转速的装置和方法可以通过编码器检测出的电机的机械角估算电机的实际角，并通过估算出的实际角计算电机转速。故此，即便使用了低分辨率编码器，所述装置和方法仍可保障转速测量的准确性。
虽然以示意为目的披露了本发明的优选实施例，但本领域普通技术人员将可理解的是，在不偏离所附权利要求所限定的本发明的范围和精神的前提之下，依然可以做出各种修改、添加和替换。

Claims (10)

1.一种用于测量电机转速的装置，包括：
编码器，其被配置为基于电机的转动输出信号；以及
控制单元，其被配置为根据所述编码器的输出信号检测所述电机的机械角，根据检测到的所述机械角估算所述电机的实际角，并且通过对估算出的所述实际角进行微分计算所述电机的转速。
2.如权利要求1所述的装置，其中，当估算所述实际角时，所述控制单元估算所述电机的角速度，基于估算出的所述角速度计算修正角，并且基于计算出的所述修正角估算所述实际角。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述控制单元通过将所述修正角与所述机械角相加估算所述实际角。
4.如权利要求1所述的装置，其中，当计算所述电机的转速时，所述控制单元通过对估算出的所述实际角进行微分计算角速度，并且通过将计算出的所述角速度转化为RPM(转每分)计算所述电机的转速。
5.如权利要求1所述的装置，还包括滤波单元，所述滤波单元被配置为对所述计算出的电机转速执行低通滤波。
6.一种用于测量电机转速的方法，包括：
控制单元根据编码器的输出信号检测电机的机械角；
所述控制单元基于检测到的所述机械角估算所述电机的实际角；以及
所述控制单元通过对估算出的所述实际角进行微分计算所述电机的转速。
7.如权利要求6所述的方法，其中，估算所述实际角包括：
估算所述电机的角速度；
基于估算出的所述角速度计算修正角；以及
基于计算出的所述修正角，估算所述实际角。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在基于所述计算出的修正角估算所述实际角中，所述控制单元通过将所述修正角与所述机械角相加，估算所述实际角。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述计算所述电机的转速包括：
通过对估算出的所述实际角进行微分计算角速度；以及
将计算出的所述角速度转化为RPM。
10.如权利要求6所述的方法，还包括在计算所述电机的所述转速之后，所述控制单元对所述计算出的电机转速执行低通滤波。
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