CN108894640B - 位置检测抗干扰算法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种位置检测抗干扰算法，包括：获取电机的电流采样值，获取电压采样值以及获取继电器状态；当所述继电器的状态为接通时，对电流采样值进行处理，建立函数模型，获取电流采样值中的干扰量并将所述电流采样值中的干扰量从所述电流采样值中扣除；以及将所述电流采样值进行滤波后，作为最终电流纹波输出。本发明在初始电流纹波所在频率区间内通过离线拟合出的系统函数能在线准确识别采样电流中的干扰部分，在初始电流纹波所在频率区间外通过低通滤波器能够有效滤除电流交流干扰量，还原原始电流信号，为位置检测实现抗电压干扰，从而大大提高位置计算的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电子控制领域，涉及一种位置检测抗干扰系统，并提供一种位置检测抗干扰算法。
背景技术
由于电动车窗存在的安全隐患，特别是多起事故被报道以后，电动车窗防夹保护被提出。基于安全考虑，很多国家的轿车技术标准都对防夹保护做了某些相关规定，在装有电动车窗一键式自动升窗功能的车辆上需装有防夹保护装置。所谓电动车窗防夹保护，就是一旦在车窗自动上升过程中侦测到有障碍物的存在，车窗就自动停止向上运动，防止损毁障碍物；并向下运动，以释放障碍物。
虽然目前国内外已有一些防夹方法被提出，但是这些方法都是基于霍尔传感器的防夹方法，而霍尔传感器无疑增加了成本。并且，霍尔传感器需要安装在电机轴上，安装复杂。利用电流纹波来检测物体是否被车窗夹住，是一种不需要霍尔传感器的防夹控制技术，降低了成本，并且降低了系统复杂度。然而，现有的电流纹波位置计算方法在实际测试及运用过程中，电机两端电压中会有噪声干扰，且噪声的频率与幅值不确定，导致在电流中也会出现对应的噪声干扰，这会严重位置计算的准确性，甚至会出现重大的偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种位置检测抗干扰算法，以解决现有技术位置计算准确性差的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种位置检测抗干扰算法，包括以下步骤：
获取电机的电流采样值，所述电流采样值含有第一交流干扰量；
获取电压采样值，所述电压采样值含有直流量和第二交流干扰量；
获取继电器状态；
当所述继电器的状态为接通时，对所述电压采样值进行限幅并去除电压采样值中的直流量；
建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量；
将所述第一交流干扰量从所述电流采样值中扣除；以及
将所述电流采样值进行滤波后，作为最终电流纹波输出。
可选的，还包括：
所述电流采样值还含有初始电流纹波；
当所述继电器的状态为断开时，输出所述电流采样值为最终电流纹波。
可选的，通过电压采样模块对所述电机两端的电压进行实时采样以获得所述电压采样值。
可选的，通过电流采样模块对所述电机的电流进行实时采样以获得所述电流采样值。
可选的，所述电机为控制车窗的直流有刷电机。
可选的，通过高通滤波去除所述电压采样值中的直流量。
可选的，所述高通滤波的截止频率低于所述电压出现的最小干扰频率。
可选的，所述建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量的步骤包括：离线辨识并拟合系统函数，获取所述电流中的第一交流干扰量；所述系统函数在所述初始电流纹波所在频域内识别出所述第一交流干扰量，所述系统函数识别的最大频率点大于所述高通滤波的截止频率。
可选的，所述系统函数在所述初始电流纹波所在频域内反映第一交流干扰量和第二交流干扰量之间的幅频和相频关系。
可选的，通过低通滤波滤除所述初始电流纹波所在频域外的第一交流干扰量。
综上所述，在本发明提供的位置检测抗干扰算法，包括：获取电机的电流采样值，所述电流采样值含有第一交流干扰量；获取电压采样值，所述电压采样值含有直流量和第二交流干扰量；获取继电器状态；当所述继电器的状态为接通时，对所述电压采样值进行限幅并去除电压采样值中的直流量；建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量；将所述第一交流干扰量从所述电流采样值中扣除；以及将所述电流采样值进行滤波后，作为最终电流纹波输出。本发明的位置检测准确性高，并且不需要安装霍尔传感器，降低了成本，降低了系统复杂度。
进一步的，还包括：所述电流采样值还含有初始电流纹波；当所述继电器的状态为断开时，输出所述电流采样值为最终电流纹波。
本发明在初始电流纹波所在频率区间内通过离线拟合出的系统函数能在线准确识别采样电流中的干扰部分，在初始电流纹波所在频率区间外通过低通滤波器能够有效滤除电流交流干扰量，还原原始电流信号，为位置检测实现抗电压干扰，从而大大提高位置计算的准确性。
附图说明
图1为本发明发明实施例的位置检测抗干扰算法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的第一交流干扰量和第二交流干扰量之间的幅频关系示意图；
图3为本发明实施例提供的第一交流干扰量和第二交流干扰量之间的相频关系示意图；
图4为本发明实施例提供的在100Hz(Vpp＝4V)电压噪声下车窗位置检测，车窗启动时算法滤波前和算法滤波后电流结果比对图；
图5为本发明实施例提供的在1300Hz(Vpp＝4V)电压噪声下车窗位置检测，车窗关停时算法滤波前和算法滤波后电流结果比对图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
正如背景技术中所述的，正常系统的电压为直流电压，无纹波,原始电流纹波只由电机因素引起，当电压上叠加交流电压(噪声电压)后，该部分的噪声电压会引起电流上额外的电流纹波，原始电流波纹和额外的电流波纹叠加成实际电流波纹，为了保证位置检测的准确性，需要从实际电流波纹中提取出原始电流波纹。
因此，在汽车电子控制时，为了解决上述问题，本发明提供了一种位置检测抗干扰系统。
具体的，所述位置检测抗干扰系统包括：电压采样模块，电流采样模块，继电器判断模块，高通滤波模块，系统函数模块及低通滤波模块。
所述电压采样模块在硬件电路上具有低通滤波效果，对起控制作用的直流有刷电机的两端电压进行实时采样，最后采样获得电压采样值中含有直流量和第二交流干扰量。具体的，所述电压中的第二交流干扰量为噪声电压，所述噪声电压会引起电流上额外的电流波纹。
所述电流采样模块在硬件电路上具有低通滤波效果，对起控制作用的直流有刷电机的两端电流进行实时采样，最后采样获得的电流采样值中含有初始电流纹波和第一交流干扰量。具体的，所述电流中的第一交流干扰量为所述第二交流干扰量引起的电流波纹。
通过所述继电器判断模块判断当前继电器的状态，通过继电器的状态切换不同的信号处理方式；如果继电器的状态为断开，则系统直接输出电流采样值为电流纹波，因为在继电器断开后的一段时间内，电流还是存在纹波的,但是电压信号已经为0(Vpp＝0,Ipp＝0),由于电压信号为0，即噪声电压为0，则电流中由于噪声电压引起的电流波纹消失，所以继电器断开后直接输出电流采样值为最终电流纹波。如果继电器的状态为接通，则需要对电流采样值进行后续处理。
在继电器接通状态下，先对采样获得的电压值进行限幅，将电压锁定在一定的范围内，以防止后续滤波后的电压具有较大的脉冲，通过所述高通滤波模块滤除掉限幅电压中的直流量，获得采样电压中的第二交流干扰量。
获取采样电压中的第二交流干扰量后，通过系统函数模块离线设计一个系统函数模拟电机系统本身对于交流电压干扰的响应，所述系统函数能在初始电流波纹所在的频域区间内识别出采样电流中第一交流干扰量。将识别出的第一交流干扰量从采样电流中去除后，再将所述采样电流信号输入低通滤波模块，滤除初始电流波纹所在频率区间之外的采样电流中的第一交流干扰量，最终输出初始电流波纹作为最终电流纹波。
本发明提供一种位置检测抗干扰算法，图1是所述位置检测抗干扰算法的流程图，如图1所示，所述位置检测抗干扰算法包括以下步骤：
步骤S1:获取电机的电流采样值，所述电流采样值含有第一交流干扰量；
步骤S2:获取电压采样值，所述电压采样值含有直流量和第二交流干扰量；
步骤S3:获取继电器状态；
步骤S4:当所述继电器的状态为接通时，对所述电压采样值进行限幅并去除电压采样值中的直流量；
步骤S5:建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量；
步骤S6:将所述第一交流干扰量从所述电流采样值中扣除；以及
步骤S7:将所述电流采样值进行滤波后，作为最终电流纹波输出。
在步骤S1中，所述电流采样值通过电流采样模块获得，具体的，通过电流采样模块对直流有刷电机两端的电流进行实时采样以获得所述电压采样值。
在步骤S2中，所述电压采样值通过电压采样模块获得，具体的，通过电压采样模块对直流有刷电机两端的电压进行实时采样以获得所述电流采样值。
在步骤S3中，所述继电器状态通过所述继电器判断模块获得。
具体的，所述电流采样值中还含有初始电流波纹，当所述继电器状态为断开时，电压信号已经为0(Vpp＝0,Ipp＝0),由于电压信号为0，即噪声电压为0，则电流中由于噪声电压引起的电流波纹消失，即所述电流采样值中的第一交流干扰量消失，电流采样值只含有初始电流波纹，此时输出电流采样值作为最终电流波纹。
在步骤S4中，具体的，当所述继电器的状态为接通时，则需要对电流采样值进行处理，将电压采样值进行限幅，为防止滤波后的电压具有较大的脉冲，将限幅后的电压输入一个高通滤波器中除去电压采样值中的直流量，以获取所述电压采样值中的第二交流干扰量，具体的，所述高通滤波器的截止频率低于所述电压可能出现的最小干扰频率，此处可以选用一阶椭圆型无限冲击响应高通滤波器。
在步骤S5中，所述建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量的步骤具体包括：离线辨识并拟合系统函数，获取所述电流中的第一交流干扰量；即离线设计一个系统函数以模拟电机系统本身对于交流电压干扰的响应，具体操作为，可利用Matlab软件内的离线辨识系统工具，具体步骤如下：(1)在不同频率的电压交流干扰下对电压和电流进行采样，从两者的采样值中提取出相关频率的正弦波形。(2)通过系统辨识分析不同频率点上电压正弦干扰与电流正弦干扰的幅/相频特性。(3)利用无线冲击响应滤波器来构造系统函数以来拟合这样的幅/相频特性；具体的，拟合得出的系统函数的幅频特性如图2所示，相频特性如图3所示。所述系统函数在初始电流纹波所在频率区间内能够反映出直流有刷电机第一交流干扰量与第二交流干扰量之间的幅频和相频关系，将噪声电压纹波(Vpp)转换成电流上的叠加纹波(Ipp)，即能够在初始电流纹波所在频率区间内识别出第一交流干扰量，所述系统函数能识别的最大频率点大于高通滤波器的截止频率。获取电流中的第一交流干扰量后，进行步骤S6，在所述电流采样值中减去第一交流干扰量(叠加波纹)，获得初始电流波纹。
在步骤S7中，将步骤S6后的电流信号输入一个低通滤波器，低通滤波器截止频率高于电机电流最大纹波频率，以有效滤除所述初始电流纹波所在频域外的第一交流干扰量，然后输出所述电流采样值为最终电流纹波。优选的，所述低通滤波器可以为二型切比雪夫无限冲击响应低通滤波器。
可选的，本发明所提供的位置检测抗干扰算法可以用于，车窗位置检测，天窗位置检测、座椅位置检测、尾门位置检测方面。
图4为本发明实施例提供的在100Hz(Vpp＝4V)电压噪声下车窗位置检测，车窗启动时算法滤波前和算法滤波后电流结果比对图；
如图5所示是本发明算法在1300Hz(Vpp＝4V)电压噪声下车窗位置检测，车窗关停时算法滤波前和算法滤波后电流结果比对图。
从图4和图5中可知，该算法可有效的将叠加的电流噪声信号进行有效的滤除，还原原始电流信号。
综上所述，在本发明实施例位置检测抗干扰算法中，包括：获取电机的电流采样值，所述电流采样值含有第一交流干扰量；获取电压采样值，所述电压采样值含有直流量和第二交流干扰量；获取继电器状态；当所述继电器的状态为接通时，对所述电压采样值进行限幅并去除电压采样值中的直流量；建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量；将所述第一交流干扰量从所述电流采样值中扣除；以及将所述电流采样值进行滤波后，作为最终电流纹波输出。本发明的位置检测准确性高，并且不需要安装霍尔传感器，降低了成本，降低了系统复杂度。
进一步的，还包括：所述电流采样值还含有初始电流纹波；当所述继电器的状态为断开时，输出所述电流采样值为最终电流纹波。
本发明在初始电流纹波所在频率区间内通过离线拟合出的系统函数能在线准确识别采样电流中的干扰部分，在初始电流纹波所在频率区间外通过低通滤波器能够有效滤除电流交流干扰量，还原原始电流信号，为位置检测实现抗电压干扰，从而大大提高位置计算的准确性。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种位置检测抗干扰算法，其特征在于，包括如下步骤：
获取电机的电流采样值，所述电流采样值含有第一交流干扰量；
获取电压采样值，所述电压采样值含有直流量和第二交流干扰量；
获取继电器状态；
当所述继电器的状态为接通时，对所述电压采样值进行限幅并去除电压采样值中的直流量；
建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量；
将所述第一交流干扰量从所述电流采样值中扣除；以及
将所述电流采样值进行滤波后，作为最终电流纹波输出。
2.如权利要求1所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，还包括：
所述电流采样值还含有初始电流纹波；
当所述继电器的状态为断开时，输出所述电流采样值为最终电流纹波。
3.如权利要求1所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，通过电压采样模块对所述电机两端的电压进行实时采样以获得所述电压采样值。
4.如权利要求1所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，通过电流采样模块对所述电机的电流进行实时采样以获得所述电流采样值。
5.如权利要求1所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，所述电机为控制车窗的直流有刷电机。
6.如权利要求1所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，通过高通滤波去除所述电压采样值中的直流量。
7.如权利要求6所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，所述高通滤波的截止频率低于所述电压出现的最小干扰频率。
8.如权利要求6所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，所述建立所述第一交流干扰量和所述第二交流干扰量的函数模型，获取所述第一交流干扰量的步骤包括：离线辨识并拟合系统函数，获取所述电流中的第一交流干扰量；所述系统函数在所述初始电流纹波所在频域内识别出所述第一交流干扰量，所述系统函数识别的最大频率点大于所述高通滤波的截止频率。
9.如权利要求8所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，所述系统函数在所述初始电流纹波所在频域内反映第一交流干扰量和第二交流干扰量之间的幅频和相频关系。
10.如权利要求2所述的位置检测抗干扰算法，其特征在于，通过低通滤波滤除所述初始电流纹波所在频域外的第一交流干扰量。
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