CN112834774B - 一种阈值自适应转速信号处理系统及其方法 - Google Patents

一种阈值自适应转速信号处理系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及信号处理技术领域，具体公开了一种阈值自适应转速信号处理系统，包括转速信号采集模块，用于实时采集发动机的当前转速信号；阈值计算模块，用于实时计算发动机当前转速信号所使用的当前转速阈值；双边滞回比较模块，用于将发动机当前转速信号与所使用的当前转速阈值进行比较，并依据比较结果输出一个与发动机转速原始信号等价的方波信号；以及整周测速模块，用于计算双边滞回比较模块输出的方波信号的频率，以获得发动机的转速目标值。本发明还公开了一种阈值自适应转速信号处理方法。本发明提供的阈值自适应转速信号处理系统，可以提高发动机转动时转速信号采集的稳定性、实时性和精确性，以便获得准确的转速值。

Description

一种阈值自适应转速信号处理系统及其方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，更具体地，涉及一种阈值自适应转速信号处理系统及其方法。
背景技术
在发动机数控系统中，转速传感器信号是发动机关键控制信号中的转速信号。第一，由于信号本身产生的噪声以及外部干扰噪声，外部处理电路不能完全将信号转换成可直接计算的频率信号，所以需要将转速信号采集模块采集到的数据通过数字方法进行处理，使处理后的频率信号尽可能的接近原始频率信号；第二，由于使用固定阈值进行判断的话，很可能由于外部因素导致信号幅值达不到要求，而最终导致数字处理后信号不能将转速信号识别到。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种阈值自适应转速信号处理系统及其方法，可以提高发动机转动时转速信号采集的稳定性、实时性和精确性，以便获得准确的转速值。
作为本发明的第一个方面，提供一种阈值自适应转速信号处理系统，包括：
转速信号采集模块，用于实时采集发动机的当前转速信号；
阈值计算模块，用于实时计算发动机当前转速信号所使用的当前转速阈值；
双边滞回比较模块，用于将发动机当前转速信号与所使用的当前转速阈值进行比较，并依据比较结果输出一个与发动机转速原始信号等价的方波信号；以及
整周测速模块，用于计算所述双边滞回比较模块输出的方波信号的频率，以获得发动机的转速目标值。
进一步地，所述阈值计算模块具体用于，
获取初始值，并实时计算发动机当前转速信号的有效值；
根据初始值和有效值的比较结果确定所述当前转速阈值，其中，当前转速阈值SLOT的计算算法如下式(1)所示：
Figure BDA0002870572180000011
其中，X1、X2、、、XN为采集到的当前转速信号对应的当前转速值，N为所有当前转速值的数据长度；
根据式(1)，当前转速阈值SLOT有两部分组成，初始值S0和计算出的实时有效值，当计算出的实时有效值小于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用初始值S0，当计算出的实时有效值大于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用计算出的实时有效值。
进一步地，所述双边滞回比较模块具体用于，
根据发动机当前转速信号获取发动机当前转速值；
当所述当前转速阈值为正时，且所述当前转速值超过当前转速最大阈值时，输出为1；当所述当前转速阈值为负时，且所述当前转速值小于当前转速最小阈值时，输出为0；当所述当前转速值处于当前转速最大阈值和当前转速最小阈值中间时，保留上一次的输出结果。
进一步地，所述转速信号采集模块，具体用于采集由于发动机转速所产生并通过硬件电路处理后的信号。
作为本发明的第二个方面，提供一种阈值自适应转速信号处理方法，包括如下步骤：
步骤S110：实时采集发动机的当前转速信号；
步骤S120：实时计算发动机当前转速信号所使用的当前转速阈值；
步骤S130：将发动机当前转速信号与所使用的当前转速阈值进行比较，并依据比较结果输出一个与发动机转速原始信号等价的方波信号；以及
步骤S140：计算所述方波信号的频率，以获得发动机的转速目标值。
进一步地，所述步骤S120还包括：
获取初始值，并实时计算发动机当前转速信号的有效值；
根据初始值和有效值的比较结果确定所述当前转速阈值，其中，当前转速阈值SLOT的计算算法如下式(1)所示：
Figure BDA0002870572180000021
其中，X1、X2、、、XN为采集到的当前转速信号对应的当前转速值，N为所有当前转速值的数据长度；
根据式(1)，当前转速阈值SLOT有两部分组成，初始值S0和计算出的实时有效值，当计算出的实时有效值小于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用初始值S0，当计算出的实时有效值大于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用计算出的实时有效值。
进一步地，所述步骤S130还包括：
根据发动机当前转速信号获取发动机当前转速值；
当所述当前转速阈值为正时，且所述当前转速值超过当前转速最大阈值时，输出为1；当所述当前转速阈值为负时，且所述当前转速值小于当前转速最小阈值时，输出为0；当所述当前转速值处于当前转速最大阈值和当前转速最小阈值中间时，保留上一次的输出结果。
进一步地，所述步骤S110还包括：实时采集由于发动机转速所产生并通过硬件电路处理后的信号。
本发明提供的阈值自适应转速信号处理系统及其方法具有以下优点：通过转速信号采集模块采集发动机当前转速信号，经过信号处理，能够实时的设置阈值，根据实时阈值，识别出准确的转速信号，从而正确的处理转速信号；可以提高发动机转动时转速信号采集的稳定性、实时性和精确性，以便获得准确的转速值。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提供的阈值自适应转速信号处理系统的结构框图。
图2为本发明提供的阈值自适应转速信号处理方法的流程图。
图3为本发明提供的受干扰的发动机当前转速信号的波形图。
图4为本发明提供的采用单边固定阈值与当前转速信号进行比较后输出的方波信号的波形图。
图5为本发明提供的采用双边固定阈值与当前转速信号进行比较后输出的方波信号的波形图。
图6为本发明提供的采用自适应阈值与当前转速信号进行比较后输出的方波信号的波形图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的阈值自适应转速信号处理系统及其方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本实施例中提供了一种阈值自适应转速信号处理系统，如图1所示，所述阈值自适应转速信号处理系统包括：
转速信号采集模块，用于实时采集发动机的当前转速信号；
阈值计算模块，用于实时计算发动机当前转速信号所使用的当前转速阈值；
双边滞回比较模块，用于将发动机当前转速信号与所使用的当前转速阈值进行比较，并依据比较结果输出一个与发动机转速原始信号等价的方波信号；以及
整周测速模块，用于计算所述双边滞回比较模块输出的方波信号的频率，以获得发动机的转速目标值。
优选地，所述阈值计算模块具体用于，
获取初始值，并实时计算发动机当前转速信号的有效值；
根据初始值和有效值的比较结果确定所述当前转速阈值，其中，当前转速阈值SLOT的计算算法如下式(1)所示：
Figure BDA0002870572180000031
其中，X1、X2、、、XN为采集到的当前转速信号对应的当前转速值，N为所有当前转速值的数据长度；
根据式(1)，当前转速阈值SLOT有两部分组成，初始值S0和计算出的实时有效值，当计算出的实时有效值小于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用初始值S0，当计算出的实时有效值大于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用计算出的实时有效值。
具体地，为了计算方便并保证足够的响应速度，式(1)中的数据长度N采用分段固定计算的方法，分段长度根据发动机转速频率确定，如下表1所示，其中，num表示发动机齿轮的齿数。
表1
Figure BDA0002870572180000041
需要说明的是，所述阈值计算模块计算当前转速阈值的方式为自适应阈值，采用自适应阈值的方式，降低了噪声对采集到的转速值的影响，可以准确识别到转速信号，同时可降低外部硬件电路的复杂度以及调试人员调试电路时的困难。
优选地，所述双边滞回比较模块具体用于，
根据发动机当前转速信号获取发动机当前转速值；
当所述当前转速阈值为正时，且所述当前转速值超过当前转速最大阈值时，输出为1；当所述当前转速阈值为负时，且所述当前转速值小于当前转速最小阈值时，输出为0；当所述当前转速值处于当前转速最大阈值和当前转速最小阈值中间时，保留上一次的输出结果。
优选地，所述转速信号采集模块，具体用于采集由于发动机转速所产生并通过硬件电路处理后的信号。
作为本发明的另一实施例，如图2所示，提供一种阈值自适应转速信号处理方法，包括如下步骤：
步骤S110：实时采集发动机的当前转速信号；
步骤S120：实时计算发动机当前转速信号所使用的当前转速阈值；
步骤S130：将发动机当前转速信号与所使用的当前转速阈值进行比较，并依据比较结果输出一个与发动机转速原始信号等价的方波信号；以及
步骤S140：计算所述方波信号的频率，以获得发动机的转速目标值。
优选地，所述步骤S120还包括：
获取初始值，并实时计算发动机当前转速信号的有效值；
根据初始值和有效值的比较结果确定所述当前转速阈值，其中，当前转速阈值SLOT的计算算法如下式(1)所示：
Figure BDA0002870572180000051
其中，X1、X2、、、XN为采集到的当前转速信号对应的当前转速值，N为所有当前转速值的数据长度；
根据式(1)，当前转速阈值SLOT有两部分组成，初始值S0和计算出的实时有效值，当计算出的实时有效值小于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用初始值S0，当计算出的实时有效值大于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用计算出的实时有效值。
优选地，所述步骤S130还包括：
根据发动机当前转速信号获取发动机当前转速值；
当所述当前转速阈值为正时，且所述当前转速值超过当前转速最大阈值时，输出为1；当所述当前转速阈值为负时，且所述当前转速值小于当前转速最小阈值时，输出为0；当所述当前转速值处于当前转速最大阈值和当前转速最小阈值中间时，保留上一次的输出结果。
优选地，所述步骤S110还包括：实时采集由于发动机转速所产生并通过硬件电路处理后的信号。
下面结合图3至图6对自适应阈值可以很好的适应噪声较大的情况进行具体说明。
图3中的受干扰的转速信号的频率为2000Hz，信号幅值2V，干扰信号14kHz，噪声强度1V，低通滤波器截止频率16kHz；图4中的单边固定阈值分别为0.21和0.45，图5中的双边固定阈值分别为0.3和-0.3，根据图4至图6中的仿真结果，可以看出单边固定阈值受噪声影响最大，双边固定阈值也会受噪声影响，但受噪声影响要比单边固定阈值好很多，而自适应阈值可以很好的适应噪声较大的情况，根据仿真结果最终确定使用自适应阈值。
在本发明的一实施例中，通过信号发生器产生不同频率的标准信号，采用本发明提供的阈值自适应转速信号处理方法对发动机目标转速进行转速测量，测量值如下表2所示，从表2可以看出，根据本发明提供的阈值自适应转速信号处理方法测量到的发动机转速目标值与正确的转速目标值之间的实际误差很小，可以看出采用本发明提供的阈值自适应转速信号处理方法，可以获得发动机转动时准确的转速值。
表2
Figure BDA0002870572180000061
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种阈值自适应转速信号处理系统，其特征在于，包括：
转速信号采集模块，用于实时采集发动机的当前转速信号；
阈值计算模块，用于实时计算发动机当前转速信号所使用的当前转速阈值；
双边滞回比较模块，用于将发动机当前转速信号与所使用的当前转速阈值进行比较，并依据比较结果输出一个与发动机转速原始信号等价的方波信号；以及
整周测速模块，用于计算所述双边滞回比较模块输出的方波信号的频率，以获得发动机的转速目标值；
其中，所述阈值计算模块具体用于，
获取初始值，并实时计算发动机当前转速信号的有效值；
根据初始值和有效值的比较结果确定所述当前转速阈值，其中，当前转速阈值SLOT的计算算法如下式(1)所示：
Figure FDA0003318172270000011
其中，x1、x2、、、xN为采集到的当前转速信号对应的当前转速值，N为所有当前转速值的数据长度；
根据式(1)，当前转速阈值SLOT有两部分组成，初始值S0和计算出的实时有效值，当计算出的实时有效值小于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用初始值S0，当计算出的实时有效值大于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用计算出的实时有效值。
2.根据权利要求1所述的阈值自适应转速信号处理系统，其特征在于，所述双边滞回比较模块具体用于，
根据发动机当前转速信号获取发动机当前转速值；
当所述当前转速阈值为正时，且所述当前转速值超过当前转速最大阈值时，输出为1；当所述当前转速阈值为负时，且所述当前转速值小于当前转速最小阈值时，输出为0；当所述当前转速值处于当前转速最大阈值和当前转速最小阈值中间时，保留上一次的输出结果。
3.根据权利要求1所述的阈值自适应转速信号处理系统，其特征在于，所述转速信号采集模块，具体用于采集由于发动机转速所产生并通过硬件电路处理后的信号。
4.一种阈值自适应转速信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S110：实时采集发动机的当前转速信号；
步骤S120：实时计算发动机当前转速信号所使用的当前转速阈值；
步骤S130：将发动机当前转速信号与所使用的当前转速阈值进行比较，并依据比较结果输出一个与发动机转速原始信号等价的方波信号；以及
步骤S140：计算所述方波信号的频率，以获得发动机的转速目标值；
其中，所述步骤S120还包括：
获取初始值，并实时计算发动机当前转速信号的有效值；
根据初始值和有效值的比较结果确定所述当前转速阈值，其中，当前转速阈值SLOT的计算算法如下式(1)所示：
Figure FDA0003318172270000021
其中，x1、x2、、、xN为采集到的当前转速信号对应的当前转速值，N为所有当前转速值的数据长度；
根据式(1)，当前转速阈值SLOT有两部分组成，初始值S0和计算出的实时有效值，当计算出的实时有效值小于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用初始值S0，当计算出的实时有效值大于初始值S0时，当前转速阈值SLOT采用计算出的实时有效值。
5.根据权利要求4所述的阈值自适应转速信号处理方法，其特征在于，所述步骤S130还包括：
根据发动机当前转速信号获取发动机当前转速值；
当所述当前转速阈值为正时，且所述当前转速值超过当前转速最大阈值时，输出为1；当所述当前转速阈值为负时，且所述当前转速值小于当前转速最小阈值时，输出为0；当所述当前转速值处于当前转速最大阈值和当前转速最小阈值中间时，保留上一次的输出结果。
6.根据权利要求4所述的阈值自适应转速信号处理方法，其特征在于，所述步骤S110还包括：实时采集由于发动机转速所产生并通过硬件电路处理后的信号。
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