CN114465533A - 一种无刷直流电机超低转速的测速方法及工具 - Google Patents

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娄本山
张学恒
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    • H02P6/14—Electronic commutators
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    • H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information
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Abstract

本发明公开一种无刷直流电机超低转速的测速方法及工具，涉及电机测速技术领域，包括：在电机启动时，检测电机所在象限，控制电机达到目标转速，在下一个控制周期，利用位置差计算电机初转速；在控制周期小于一个光电编码器的脉冲周期时，利用光电编码器变化的上升沿作为高频计数器的开始时间，直到下一个上升沿来时停止计数，根据上个周期计算的转速和位置计算转子当前位置；根据上一周期电机转速和上上周期的电机转速计算上一刻加转速，根据位置差和上一刻加转速计算电机当前转速；利用电机当前转速和上一时刻转速计算当前加转速，根据当前加转速判断电机转速计算结果是否合理。本发明可以对单、双向运行的无刷直流电机进行准确测速。

Description

一种无刷直流电机超低转速的测速方法及工具
技术领域
本发明涉及电机测速技术领域，具体的说是一种无刷直流电机超低转速的测速方法及工具。
背景技术
工程上经常使用直流无刷电机来作为机构的驱动源，通过控制直流无刷电机的正反转向和转速位置达到机构的要求，直流无刷电机具有快速响应，精度高，效率高等优点，其中，传统的测速方法有：M测速法，T测速法和M/T测速法。M测速法是在相等的时间间隔内，通过在相同的时间T间隔内计算传感器输出的脉冲个数来算出转速，通常用于中高速测速；T法测速：通过测量传感器发出的相邻两个脉冲之间的T来算出转速；因为相邻两个脉冲对应轮子上的物理距离N是确定的，通常用于低速测速；M/T测速法在高速时相当于M测速法，在低速时相当于T测速法，但是在工程上过低的转速会延长电机控制周期，使电机动态性能变差。
在工程中，电机转子位置检测有旋转变压器、光电编码器(增量式和绝对式)、霍尔位置传感器等，其中，光电编码器因使用方便，性价比高等优点得到了广泛的应用，但是位置测量的精度随着编码器分辨率的提高而提高，超过编码器分辨率就不能稳定采集电机的位置信息，假定设定2500线编码器(4倍频为10000)，控制频率为1ms，根据T测速法能测定到最低转速为：
Figure BDA0003489286380000011
如果设定的转速低于6rpm，这时在一个控制周期可能采不到一个完整的脉冲，因此根据算法，会认为当前的转速为0，这会造成控制的不稳定。
针对这种情况，可以从硬件方面改进，增加编码器的分辨率，但这会增加成本，也可以从延长控制周期来采集到一个以上的脉冲，但是这样会造成控制系统响应慢，动态性能差。
发明内容
本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种无刷直流电机超低转速的测速方法及工具，以对单、双向运行的无刷直流电机进行测速，并兼具测速的准确性，快速性和抗干扰性。
首先，本发明的一种无刷直流电机超低转速的测速方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种无刷直流电机超低转速的测速方法，其测速过程包括：
步骤S1、在电机启动的第一个控制周期，检测电机所在的象限；获取电机的目标转速，进行电机控制，在电机启动的第二个控制周期，利用初始位置和第二个控制周期采集到的电机位置P0进行转速计算，获得电机初转速n0；
步骤S2、在控制周期T0小于一个光电编码器的脉冲周期T1的情况下，在一个脉冲信号上升沿启动一个高频计数器，在控制周期T0内读取高频计数器的数值M，把控制周期T0的时间认定为计数器当前的时间，根据上个周期计算的转速nlast和位置Plast来计算当前转子的位置Pnow，具体公式如下：
Pnow＝Plast+nlast×T0；
步骤S3、根据上一周期电机转速nlast和上上周期的电机转速nllast计算电机上一刻加转速alast，根据位置差ΔP和加转速alast计算电机当前转速nnow，具体公式如下：
Figure BDA0003489286380000021
步骤S4、利用电机当前转速nnow和电机上一时刻转速nlast计算当前加转速anow，根据当前加转速anow判断电机超低转速的计算结果是否合理。
可选的，执行步骤S4时，首先设定加转速，然后比较当前加转速anow与设定加转速的大小：
(i)在当前加转速anow大于设定加转速时，认定电机超低转速计算失败，保持当前转速作为控制系统的输入进行转速环控制；
(ii)在当前加转速anow不超过设定加转速时，认定电机超低转速计算结果合理。
可选的，执行步骤S1时，采用霍尔位置传感器检测电机所在的象限。
可选的，执行步骤S1时，利用FOC算法进行电机控制，使其达到目标转速。
其次，本发明的一种无刷直流电机超低转速的测速工具，解决上述技术问题采用的技术方案如下：
一种无刷直流电机超低转速的测速工具，其具体包括：
检测模块，用于在电机启动的第一个控制周期，检测电机所在的象限；
控制模块，用于获取电机的目标转速，进行电机控制；
计算模块一，用于在电机启动的第二个控制周期，利用初始位置和第二个控制周期采集到的电机位置P0进行转速计算，获得电机初转速n0；
启动计数模块，用于在控制周期T0小于一个光电编码器的脉冲周期T1的情况下，在一个脉冲信号上升沿启动一个高频计数器，在控制周期T0内读取高频计数器的数值M，把控制周期T0的时间认定为计数器当前的时间；
计算模块二，在已知上个周期计算的转速nlast和位置Plast的前提下，利用公式Pnow＝Plast+nlast×T0计算当前转子的位置Pnow；
计算模块三，在已知上一周期电机转速nlast和上上周期的电机转速nllast的前提下，计算电机上一刻加转速alast，随后根据位置差ΔP和加转速alast，利用公式
Figure BDA0003489286380000031
计算电机当前转速nnow；
计算判断模块，用于根据电机当前转速nnow和电机上一时刻转速nlast计算当前加转速anow，进而根据当前加转速anow判断电机超低转速的计算结果是否合理。
可选的，所涉及测速工具还包括设定模块，用于设定加转速；
所述计算判断模块比较当前加转速anow与设定加转速的大小：
(i)在当前加转速anow大于设定加转速时，认定电机超低转速计算失败，保持当前转速作为控制系统的输入进行转速环控制；
(ii)在当前加转速anow不超过设定加转速时，认定电机超低转速计算结果合理。
可选的，所涉及检测模块采用霍尔位置传感器。
可选的，所涉及控制模块利用FOC算法进行电机控制，使其达到目标转速。
本发明的一种无刷直流电机超低转速的测速方法及工具，与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明适用于对单、双向运行的无刷直流电机进行测速，并兼具测速的准确性、快速性和抗干扰性。
附图说明
附图1是本发明实施例二的模块连接框图。
附图中各标号信息表示：
1、检测模块，2、控制模块，3、计算模块一，4、启动计数模块，5、计算模块二，6、计算模块三，7、设定模块，8、计算判断模块。
具体实施方式
为使本发明的技术方案、解决的技术问题和技术效果更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例一：
本实施例提出一种无刷直流电机超低转速的测速方法，其测速过程包括：
步骤S1、在电机启动的第一个控制周期，采用霍尔位置传感器检测电机所在的象限；获取电机的目标转速，利用FOC算法进行电机控制，在电机启动的第二个控制周期，利用初始位置和第二个控制周期采集到的电机位置P0进行转速计算，获得电机初转速n0；
步骤S2、在控制周期T0小于一个光电编码器的脉冲周期T1的情况下，在一个脉冲信号上升沿启动一个高频计数器，在控制周期T0内读取高频计数器的数值M，把控制周期T0的时间认定为计数器当前的时间，根据上个周期计算的转速nlast和位置Plast来计算当前转子的位置Pnow，具体公式如下：
Pnow＝Plast+nlast×T0；
步骤S3、根据上一周期电机转速nlast和上上周期的电机转速nllast计算电机上一刻加转速alast，根据位置差ΔP和加转速alast计算电机当前转速nnow，具体公式如下：
Figure BDA0003489286380000051
步骤S4、利用电机当前转速nnow和电机上一时刻转速nlast计算当前加转速anow；
设定加转速，比较当前加转速anow与设定加转速的大小：
(i)在当前加转速anow大于设定加转速时，认定电机超低转速计算失败，保持当前转速作为控制系统的输入进行转速环控制；
(ii)在当前加转速anow不超过设定加转速时，认定电机超低转速计算结果合理。
实施例二：
结合附图1，本实施例提出一种无刷直流电机超低转速的测速工具，其具体包括：
检测模块1，用于在电机启动的第一个控制周期，采用霍尔位置传感器检测电机所在的象限；
控制模块2，用于获取电机的目标转速，利用FOC算法进行电机控制；
计算模块一3，用于在电机启动的第二个控制周期，利用初始位置和第二个控制周期采集到的电机位置P0进行转速计算，获得电机初转速n0；
启动计数模块4，用于在控制周期T0小于一个光电编码器的脉冲周期T1的情况下，在一个脉冲信号上升沿启动一个高频计数器，在控制周期T0内读取高频计数器的数值M，把控制周期T0的时间认定为计数器当前的时间；
计算模块二5，在已知上个周期计算的转速nlast和位置Plast的前提下，利用公式Pnow＝Plast+nlast×T0计算当前转子的位置Pnow；
计算模块三6，在已知上一周期电机转速nlast和上上周期的电机转速nllast的前提下，计算电机上一刻加转速alast，随后根据位置差ΔP和加转速alast，利用公式
Figure BDA0003489286380000061
计算电机当前转速nnow；
设定模块7，用于设定加转速；
计算判断模块8，用于根据电机当前转速nnow和电机上一时刻转速nlast计算当前加转速anow，进而比较当前加转速anow与设定加转速的大小：
(i)在当前加转速anow大于设定加转速时，认定电机超低转速计算失败，保持当前转速作为控制系统的输入进行转速环控制；
(ii)在当前加转速anow不超过设定加转速时，认定电机超低转速计算结果合理。
综上可知，采用本发明的一种无刷直流电机超低转速的测速方法及工具，适用于对单、双向运行的无刷直流电机进行测速，并兼具测速的准确性、快速性和抗干扰性。
以上应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了详细阐述，这些实施例只是用于帮助理解本发明的核心技术内容。基于本发明的上述具体实施例，本技术领域的技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对本发明所作出的任何改进和修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种无刷直流电机超低转速的测速方法，其特征在于,其测速过程包括：
步骤S1、在电机启动的第一个控制周期，检测电机所在的象限；获取电机的目标转速，进行电机控制，在电机启动的第二个控制周期，利用初始位置和第二个控制周期采集到的电机位置P0进行转速计算，获得电机初转速n0；
步骤S2、在控制周期T0小于一个光电编码器的脉冲周期T1的情况下，在一个脉冲信号上升沿启动一个高频计数器，在控制周期T0内读取高频计数器的数值M，把控制周期T0的时间认定为计数器当前的时间，根据上个周期计算的转速nlast和位置Plast来计算当前转子的位置Pnow，具体公式如下：
Pnow＝Plast+nlast×T0；
步骤S3、根据上一周期电机转速nlast和上上周期的电机转速nllast计算电机上一刻加转速alast，根据位置差ΔP和加转速alast计算电机当前转速nnow，具体公式如下：
Figure FDA0003489286370000011
步骤S4、利用电机当前转速nnow和电机上一时刻转速nlast计算当前加转速anow，根据当前加转速anow判断电机超低转速的计算结果是否合理。
2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机超低转速的测速方法，其特征在于，执行步骤S4时，首先设定加转速，然后比较当前加转速anow与设定加转速的大小：
(i)在当前加转速anow大于设定加转速时，认定电机超低转速计算失败，保持当前转速作为控制系统的输入进行转速环控制；
(ii)在当前加转速anow不超过设定加转速时，认定电机超低转速计算结果合理。
3.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机超低转速的测速方法，其特征在于，执行步骤S1时，采用霍尔位置传感器检测电机所在的象限。
4.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机超低转速的测速方法，其特征在于，执行步骤S1时，利用FOC算法进行电机控制，使其达到目标转速。
5.一种无刷直流电机超低转速的测速工具，其特征在于，其具体包括：
检测模块，用于在电机启动的第一个控制周期，检测电机所在的象限；
控制模块，用于获取电机的目标转速，进行电机控制；
计算模块一，用于在电机启动的第二个控制周期，利用初始位置和第二个控制周期采集到的电机位置P0进行转速计算，获得电机初转速n0；
启动计数模块，用于在控制周期T0小于一个光电编码器的脉冲周期T1的情况下，在一个脉冲信号上升沿启动一个高频计数器，在控制周期T0内读取高频计数器的数值M，把控制周期T0的时间认定为计数器当前的时间；
计算模块二，在已知上个周期计算的转速nlast和位置Plast的前提下，利用公式Pnow＝Plast+nlast×T0计算当前转子的位置Pnow；
计算模块三，在已知上一周期电机转速nlast和上上周期的电机转速nllast的前提下，计算电机上一刻加转速alast，随后根据位置差ΔP和加转速alast，利用公式
Figure FDA0003489286370000021
计算电机当前转速nnow；
计算判断模块，用于根据电机当前转速nnow和电机上一时刻转速nlast计算当前加转速anow，进而根据当前加转速anow判断电机超低转速的计算结果是否合理。
6.根据权利要求5所述的一种无刷直流电机超低转速的测速工具，其特征在于，还包括设定模块，用于设定加转速；
所述计算判断模块比较当前加转速anow与设定加转速的大小：
(i)在当前加转速anow大于设定加转速时，认定电机超低转速计算失败，保持当前转速作为控制系统的输入进行转速环控制；
(ii)在当前加转速anow不超过设定加转速时，认定电机超低转速计算结果合理。
7.根据权利要求5所述的一种无刷直流电机超低转速的测速工具，其特征在于，所述检测模块采用霍尔位置传感器。
8.根据权利要求5所述的一种无刷直流电机超低转速的测速工具，其特征在于，所述控制模块利用FOC算法进行电机控制，使其达到目标转速。
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