CN109975705A - 直流电机参数测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电机参数测量装置和方法。其中，该装置包括：电流传感器，串联在直流电机驱动回路中，用于将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号；带通滤波器，用于抑制第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；运算放大器，用于将第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；迟滞比较器，用于将第三电压信号转化为方波信号；边沿计数器，用于根据方波信号得到直流电机脉动次数。本发明解决了现有技术中在测量直流电机参数时安装硬件设备较多且成本高的技术问题。

Description

直流电机参数测量装置和方法

技术领域

本发明涉及直流电机领域，具体而言，涉及一种直流电机参数测量装置和方法。

背景技术

现代直流电机的转速测量方法已经发展的非常成熟，比如光电式增量编码器，基于位置的绝对试编码器等，这一类利用激光、红外光等介质在机械表面透射反射原理再转换成电信号的方法的统称为光电式测量方法，光电式测量方法中应用比较广泛的是采用光栅式传感器的光电式测量方法，可以使用比如OMRON的E6A2,E6BA,E6C2等型号的光栅式传感器，在直流电机的输出轴上增加一个联轴器或者采用摩擦轮等方式将电机转速通过一定的转速比例传导到光栅式传感器的输入轴上，在直流电机转速范围较大时，采用该方法还要需要引入补偿，如M/T法测速；采用光栅式传感器的光电式测量方法需要传感器以及连接装置，在一些小空间低成本的场景中存在较大的局限性，该方法中使用到的光电编码器的价格普遍在百元以上，安装上需要使用固定支架，同轴校准等，在低成本但对转速是强需求的场景中该方法在一定程度上影响了产品的竞争力。

除此之外，还有如下测量直流电机转速的方法：通过图像位移计算间接计算转速的方法，比如轮速传感器以及应用在鼠标上的二维图像传感器；利用切割磁力线转换成电流的霍尔器件等的测量方式。但是与采用光栅式传感器的光电式测量方法具有同样的弊端，即需要安装的硬件设备较多且成本高，经济性差，并非适用于低成本的应用场景。

针对上述现有技术中在测量直流电机参数时安装硬件设备较多且成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种直流电机参数测量装置和方法，以至少解决现有技术中在测量直流电机参数时安装硬件设备较多且成本高的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种直流电机参数测量装置，包括：电流传感器，串联在直流电机驱动回路中，用于将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号；带通滤波器，用于抑制第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；运算放大器，用于将第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；迟滞比较器，用于将第三电压信号转化为方波信号；边沿计数器，用于根据方波信号得到直流电机脉动次数。

进一步的，装置还包括：低通滤波器，用于分离第一电压信号的低频分量，得到第四电压信号；ADC转化器，用于将第四电压信号转换为电流值。

进一步的，装置还包括平均电流计算器，用于根据电流值计算平均电流。

进一步的，装置还包括转矩计算器，用于根据平均电流计算转矩。

进一步的，装置还包括角度和速度计算器，用于根据直流电机脉动次数得到直流电机旋转圈数，并根据圈数得到直流电机旋转角度和速度。

进一步的，迟滞比较器包括施密特触发器和时基集成电路。

进一步的，第三电压信号的直流分量为施密特触发器电压的一半。

进一步的，运算放大器包括阻容反馈电路。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种直流电机参数测量方法，包括：电流传感器将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号；带通滤波器抑制第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；运算放大器将第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；迟滞比较器将第三电压信号转化为方波信号；边沿计数器根据方波信号得到直流电机脉动次数。

进一步的，方法还包括：低通滤波器分离第一电压信号的低频分量，得到第四电压信号；ADC转化器将第四电压信号转换为电流信号。

在本发明实施例中，利用直流电机电枢换向时产生的脉动电流，通过串联在直流电机驱动回路中的电流传感器，将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号，通过带通滤波器抑制第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；通过运算放大器将第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；通过迟滞比较器将第三电压信号转化为方波信号；通过边沿计数器，根据方波信号得到直流电机脉动次数，本发明使用的测量装置直接设计在直流电机的驱动回路上，通过采集脉动电流信号最终得到直流电机的参数，从而实现了不需要使用联轴器等机械结构，方便安装，且成本低的技术效果，进而解决了现有技术中在测量直流电机参数时安装硬件设备较多且成本高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种的直流电机参数测量装置的示意图；以及

图2是根据本发明实施例的一种的直流电机参数测量方法的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种直流电机参数测量装置的产品实施例，图1是根据本发明实施例的直流电机参数测量装置，如图1所示，该装置包括电流传感器、带通滤波器、运算放大器、迟滞比较器和边沿计数器；其中，电流传感器，串联在直流电机驱动回路中，用于将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号；带通滤波器，用于抑制第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；运算放大器，用于将第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；迟滞比较器，用于将第三电压信号转化为方波信号；边沿计数器，用于根据方波信号得到直流电机脉动次数。

具体的，本发明的直流电机参数测量装置直接设计在直流电机的驱动板上，电流传感器串联在直流电机驱动回路中，电流传感器、带通滤波器、运算放大器、迟滞比较器和边沿计数器依次连接。

在本发明实施例中，利用直流电机电枢换向时产生的脉动电流，通过串联在直流电机驱动回路中的电流传感器，将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号，通过带通滤波器抑制第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；通过运算放大器将第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；通过迟滞比较器将第三电压信号转化为方波信号；通过边沿计数器，根据方波信号得到直流电机脉动次数，本发明使用的测量装置直接设计在直流电机的驱动回路上，通过采集脉动电流信号最终得到直流电机的参数，从而实现了不需要使用联轴器等机械结构，方便安装，且成本低的技术效果，进而解决了现有技术中在测量直流电机参数时安装硬件设备较多且成本高的技术问题。

在一种可选的实施例中，电流传感器可以是康铜丝或者霍尔电流传感器。

在一种可选的实施例中，带通滤波器可以是四阶带通滤波器，包括运算放大器和电阻电容，用来将第一电压信号的高频分量和低频分量抑制，将有效信号分离出来得到第二电压信号，除此之外，带通滤波器还可以具备小幅增益的功能，即第二电压信号可以是将第一电压信号进行高频分量和低频分量抑制以及小幅增益后得到的；带通滤波器中使用的运算放大器的型号包括但不限于LM324,LM358,OPA337等型号。

在一种可选的实施例中，运算放大器包括阻容反馈电路。

具体的，这里的运算放大器可以包括同向放大器，同向放大器的型号包括但不限于LM324,LM358,OPA337等，并且运算放大器还包括阻容反馈电路。

在一种可选的实施例中，迟滞比较器包括施密特触发器和时基集成电路。

具体的，第三电压信号是直流分量上叠加的交流信号，若使用比较器，则t时刻输入信号第三电压信号接近比较器的比较阈值时，会导致输出的方波边沿附近出现多次震荡，而使用迟滞比较器可以避免克服该弊端，迟滞比较器包括的时基集成电路可以为NE555。

在一种可选的实施例中，第三电压信号的直流分量为施密特触发器电压的一半。

具体的，运算放大器将第二电压信号进行放大得到的第三电压信号的直流分量需为施密特触发器电压的一半。

在一种可选的实施例中，装置还包括角度和速度计算器，用于根据直流电机脉动次数得到直流电机旋转圈数，并根据圈数得到直流电机旋转角度和速度。

在一种可选的实施例中，装置还包括低通滤波器和ADC转换器，其中，电流传感器、低通滤波器和ADC转换器依次连接，低通滤波器，用于分离第一电压信号的低频分量，得到第四电压信号；ADC转化器，用于将第四电压信号转换为电流值。

具体的，低通滤波器可以是通过运放或RC组成的一阶低通滤波器，用来分离出第一电压信号的低频分量得到第四电压信号，该低频分量用来送入ADC转换器转换成电流值，计算转矩备用。

在一种可选的实施例中，装置还包括平均电流计算器，用于根据电流值计算平均电流。

在一种可选的实施例中，装置还包括转矩计算器，用于根据平均电流计算转矩。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种直流电机参数测量方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图2是根据本发明实施例的直流电机参数测量方法，如图2所示，该方法包括如下步骤：

电流传感器将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号；带通滤波器抑制第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；运算放大器将第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；迟滞比较器将第三电压信号转化为方波信号；边沿计数器根据方波信号得到直流电机脉动次数。

在一种可选的实施例中，方法还包括，在电流传感器将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号之后，低通滤波器分离第一电压信号的低频分量，得到第四电压信号；ADC转化器将第四电压信号转换为电流信号。

此处需要说明的是，本实施例的直流电机参数测量方法为使用实施例一所述的直流电机参数测量装置的方法，直流电机参数测量装置中其他部件的使用方法同样适用于本实施例的直流电机参数测量方法，此处不做赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流电机参数测量装置，其特征在于，包括：

电流传感器，串联在直流电机驱动回路中，用于将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号；

带通滤波器，用于抑制所述第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；

运算放大器，用于将所述第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；

迟滞比较器，用于将所述第三电压信号转化为方波信号；

边沿计数器，用于根据所述方波信号得到直流电机脉动次数。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

低通滤波器，用于分离所述第一电压信号的低频分量，得到第四电压信号；

ADC转化器，用于将所述第四电压信号转换为电流值。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括平均电流计算器，用于根据所述电流值计算平均电流。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括转矩计算器，用于根据所述平均电流计算转矩。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括角度和速度计算器，用于根据所述直流电机脉动次数得到直流电机旋转圈数，并根据所述圈数得到直流电机旋转角度和速度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述迟滞比较器包括施密特触发器和时基集成电路。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三电压信号的直流分量为所述施密特触发器电压的一半。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述运算放大器包括阻容反馈电路。

9.一种直流电机参数测量方法，其特征在于，包括：

电流传感器将直流电机的电枢换向时产生的脉动电流信号转换为第一电压信号；

带通滤波器抑制所述第一电压信号的高频分量和低频分量，得到第二电压信号；

运算放大器将所述第二电压信号进行放大，得到第三电压信号；

迟滞比较器将所述第三电压信号转化为方波信号；

边沿计数器根据所述方波信号得到直流电机脉动次数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

低通滤波器分离所述第一电压信号的低频分量，得到第四电压信号；

ADC转化器将所述第四电压信号转换为电流信号。