直流电机转速检测方法及装置

技术领域

本发明涉及直流电机技术领域，尤其涉及一种直流电机转速检测方法及装置。

背景技术

现有技术中，直流电机的测速方法主要有两种，一种在电机上外置霍尔传感器，利用霍尔产生的方波计算出霍尔周期，再利用霍尔周期计算电机的实际转速，另一种是利用磁性编码器检测出电机转子的角度，再利用单位时间内转子角度的变化率，计算电机的实际转速。

以上两种直流电机的测速方法存在以下问题：第一种方法若想做到精确检测直流电机的转速，需增加霍尔元件的数量，增加了硬件成本，同时外置霍尔元件也容易受到外界的干扰，影响检测的准确性；第二种方法硬件成本极高，不适合大量生产，且磁性编码器容易受到外部磁场的影响，影响检测结果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种直流电机转速检测方法及装置，旨在利用电流波形检测出电机转速，从而降低硬件成本，提高检测的准确性。

本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种直流电机转速检测方法，包括：

按照采样频率对直流电机的电流进行采样，并对采样点集中各个采样点对应的采样电流进行均值滤波，得到第一滤波电流；

根据所述采样频率及各所述采样点对应的采样电流，计算得到各采样点的第一电流斜率；

将各所述第一电流斜率中小于预设电流斜率阈值的第一电流斜率，确定为第二电流斜率；

根据所述第二电流斜率确定波谷范围；

根据所述波谷范围确定周期信号；

根据所述周期信号确定直流电机转速。

在一实施方式中，所述根据所述波谷范围确定周期信号，包括：根据所述波谷范围，确定波谷波形；对所述波谷波形进行均值滤波，得到第二滤波电流；根据所述第二滤波电流确定周期信号。

在一实施方式中，所述根据所述周期信号确定直流电机转速的公式为：

其中，Speed表示直流电机转速，T

在一实施方式中，所述按照采样频率对直流电机的电流进行采样，包括：通过微控制单元的模数转换器采集直流电机的电流。

在一实施方式中，所述根据所述采样频率及各所述采样点对应的采样电流，计算得到各采样点的第一电流斜率的公式为：

K

其中，K

在一实施方式中，所述根据所述第二电流斜率确定波谷范围，包括：

将第一目标电流斜率对应的采样点确定为波谷起点，第一目标电流斜率为各所述第二电流斜率中从大于所述预设电流斜率阈值变为小于所述预设电流斜率阈值的电流斜率；

将第二目标电流斜率对应的采样点确定为波谷终点，第二目标电流斜率为各所述第二电流斜率中从小于所述预设电流斜率阈值变为大于所述预设电流斜率阈值的电流斜率；

多个所述波谷起点与多个所述波谷终点，确定所述波谷范围。

第二方面，本发明提供一种直流电机转速检测装置，包括：

电流采集单元，用于按照采样频率对直流电机的电流进行采样，并对采样点集中各个采样点对应的采样电流进行均值滤波，得到第一滤波电流；

第一电流斜率确定单元，用于根据所述采样频率及各所述采样点对应的采样电流，计算得到各采样点的第一电流斜率；

第二电流斜率确定单元，用于将各所述第一电流斜率中小于预设电流斜率阈值的第一电流斜率，确定为第二电流斜率；

波谷范围确定单元，用于根据所述第二电流斜率确定波谷范围；

信号转换单元，用于根据所述波谷范围确定周期信号；

转速计算单元，用于根据所述周期信号确定直流电机转速。

在一实施方式中，所述信号转换单元，还用于根据所述波谷范围，确定波谷波形；对所述波谷波形进行均值滤波，得到第二滤波电流；根据所述第二滤波电流确定周期信号。

在一实施方式中，所述转速计算单元确定直流电机转速的公式为：

其中，Speed表示直流电机转速，T

在一实施方式中，所述电流采集单元，还用于通过微控制单元的模数转换器采集直流电机的电流。

本发明按照采样频率对直流电机的电流进行采样，并对采样点集中各个采样点对应的采样电流进行均值滤波，得到第一滤波电流；根据所述采样频率及各所述采样点对应的采样电流，计算得到各采样点的第一电流斜率；将各所述第一电流斜率中小于预设电流斜率阈值的第一电流斜率，确定为第二电流斜率；根据所述第二电流斜率确定波谷范围；根据所述波谷范围确定周期信号；根据所述周期信号确定直流电机转速。本发明利用电流检测得到直流电机转速，避免了外置霍尔传感器或磁性编码器可能产生的外界干扰的问题，降低了硬件成本，同时提高了检测的准确性和稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例提供的直流电机转速检测方法的一流程示意图；

图2示出了本发明实施例提供的采样电流的波形示意图；

图3示出了本发明实施例提供的第一滤波电流的波形示意图；

图4示出了本发明实施例提供的第一滤波电流、第一滤波电流斜率及波谷波形的波形示意图；

图5示出了本发明实施例提供的直流电机转速检测方法的另一流程示意图；

图6示出了本发明实施例提供的直流电机转速检测方法的另一流程示意图；

图7示出了本发明实施例提供的第二滤波电流的波形示意图；

图8示出了本发明实施例提供的周期信号的波形示意图；

图9示出了本发明实施例提供的直流电机转速检测装置的一结构示意图。

主要元件符号说明：

001-采样电流波形；002-第一滤波电流波形；003-第一滤波电流斜率波形；004-波谷波形；005-第二滤波电流波形；006-周期信号波形；900-直流电机转速检测装置；901-电流采集单元；902-第一电流斜率确定单元；903-第二电流斜率确定单元；904-波谷范围确定单元；905-信号转换单元；906-转速计算单元。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本申请实施例提供了一种直流电机转速检测方法，具体的，请参见图1，所述方法包括：

S101，按照采样频率对直流电机的电流进行采样，并对采样点集中各个采样点对应的采样电流进行均值滤波，得到第一滤波电流。

具体的，请参见图2和图3，图2为按照采样频率对直流电机采样后得到的采样电流的波形001，图3为经过均值滤波处理后的采样电流，即第一滤波电流的波形002。

在本实施例中，利用微控制单元的ADC外设(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)以固定的时间间隔，即采样频率，对电流进行测量，得到一系列采样点，即采样点集；其中，每个采样点对应一个采样电流，对采样点集中各个采样点对应的电流进行均值滤波，即可得到第一滤波电流。其中第一滤波电流是由多个经过均值滤波后的采样电流组成。需要说明的是，均值滤波是一种信号处理方法，通过计算一段时间内的电流平均值，以平滑信号并减小噪声的影响。

在一实施方式中，所述按照采样频率对直流电机的电流进行采样，包括：通过微控制单元的模数转换器采集直流电机的电流。

在本实施例中，在进行采样前，需要预设采样频率，根据采样频率，模数转换器以固定的时间间隔对直流电机的电流进行测量，在每个采样点上，模数转换器将电流转换为相应的数字值，并将其存储在微控制单元的内存中，用以后续的信号处理和分析。

S102，根据所述采样频率及各所述采样点对应的采样电流，计算得到各采样点的第一电流斜率。

每个采样点对应一个采样电流，根据采样频率及各个采样电流的电流值，利用斜率公式，即可计算得到各个采样点对应的第一电流斜率。

具体的，请参见图4，图4中，波形002表示第一滤波电流，波形003表示第一滤波电流对应的第一滤波电流斜率，波形004表示波谷波形。

在一实施方式中，所述根据所述采样频率及各所述采样点对应的采样电流，计算得到各采样点的第一电流斜率的公式为：

K

其中，K

在本实施例中，例如第一个采样点对应的采样电流值为15A，第二个采样点对应的采样电流值为25A，预设的采样频率为20kHz，即50us读取一次电流值，那么根据以上公式，第二个采样点对应的第一电流斜率为K

S103，将各所述第一电流斜率中小于预设电流斜率阈值的第一电流斜率，确定为第二电流斜率。

在本实施例中，计算得到各个采样点的第一电流斜率后，遍历各所述第一电流斜率，将小于预设电流斜率阈值的斜率确定为第二电流斜率。

S104，根据所述第二电流斜率确定波谷范围。

需要说明的是，根据第二电流斜率确定波谷范围是一种基于电流变化率的方法，用以确定第一滤波电流中波谷的范围。具体的，请参见图5，步骤S104包括：

步骤S1041，将第一目标电流斜率对应的采样点确定为波谷起点，第一目标电流斜率为各所述第二电流斜率中从大于所述预设电流斜率阈值变为小于所述预设电流斜率阈值的电流斜率。

需要说明的，电流斜率表示电流变化的趋势，通过比较第二电流斜率与预设电流斜率阈值的大小关系，可以确定电流变化的趋势。

在本实施例中，将第二电流斜率值相对于预设电流斜率阈值的转折点，定义为波谷的起点或者终点。比较各第二电流斜率与预设电流斜率阈值的大小，由大于预设电流斜率阈值变为小于预设电流斜率阈值的第二电流斜率，即第一目标电流斜率，例如，若预设电流斜率阈值为0，各采样点a、b、c、d、e、f、g对应的第一电流斜率分别为0、-1、-2、-3、-2、-1、0，分别比较各采样点对应的第一电流斜率与预设电流斜率阈值的大小，可以发现采样点b、c、d、e、f对应的第一电流斜率均小于预设电流斜率阈值，那么将采样点b、c、d、e、f对应的第一电流斜率确定为第二电流斜率，其中采样点b对应的电流斜率由大于预设电流斜率阈值变为小于预设电流阈值，则采样点b对应的电流斜率为第一目标电流斜率，采样点b即为波谷起点，同理采样点f对应的电流斜率为第二目标电流斜率，采样点f即为波谷终点。

步骤S1042，将第二目标电流斜率对应的采样点确定为波谷终点，第二目标电流斜率为各所述第二电流斜率中从小于所述预设电流斜率阈值变为大于所述预设电流斜率阈值的电流斜率。

步骤S1043，多个所述波谷起点与多个所述波谷终点，确定所述波谷范围。

在本实施例中，根据第二电流斜率可以确定多个波谷起点和多个波谷波谷终点，各波谷起点和各波谷终点组成波谷范围。需要说明的是，每相邻的一组波谷起点和波谷终点组成一个子范围，子范围的起点为波谷起点，终点为波谷终点，多个子范围组成波谷范围。例如多个波谷起点或终点：a、b、c、d，其中波谷起点为a、c，波谷终点为b、d，那么波谷范围为(a，b)∪(c，d)。

S105，根据所述波谷范围确定周期信号。

在本实施例中，得到波谷范围后，分析波谷范围内，电流的变化情况，得到对应的电流波形，即波谷波形，根据波谷波形对应的电流变化情况，确定周期信号。具体的，请参见图6，步骤S105包括:

步骤S1051，根据所述波谷范围，确定波谷波形；

波谷波形004请参见图4。

步骤S1052，对所述波谷波形进行均值滤波，得到第二滤波电流；

需要说明的是，由于波谷宽度差异较大，需要对其进行均值滤波，以便减少以波谷为周期计时时产生的误差。具体的，请参见图7，图中波形为滤波后的波谷波形，即第二滤波电流的波形005。

步骤S1053，根据所述第二滤波电流确定周期信号。

在本实施例中，当检测到波谷时，周期计时标志位置1，开始计时，波谷范围外，周期计时标志位置0，停止计时。需要说明的是，每次周期计时标志位由0变为1时，先把周期累加值赋给周期缓存函数，然后再清零，并开始新一轮的计时，由此输出一个连续的周期信号。具体的，请参见图8，波形005表示第二滤波电流，波形006表示周期信号。

S106，根据所述周期信号确定直流电机转速。

在一实施方式中，所述根据所述周期信号确定直流电机转速的公式为：

其中，Speed表示直流电机转速，T

在本实施例中，根据周期信号的周期，可以计算出单位时间内，一个周期对应的直流电机转速，由于直流电机转子槽数为n，电机旋转一圈会产生n个周期，因此还需要除以直流电机的转子槽数n。

本申请按照采样频率对直流电机的电流进行采样，并对采样点集中各个采样点对应的采样电流进行均值滤波，得到第一滤波电流；根据各采样点对应的采样电流及采样频率，计算得到各采样点的第一电流斜率；将各第一电流斜率中小于预设电流斜率阈值的第一电流斜率，确定为第二电流斜率；根据第二电流斜率确定波谷范围；根据波谷范围确定周期信号；根据周期信号确定直流电机转速。本申请利用检测到的电机电流得到直流电机转速，避免了外置霍尔传感器或磁性编码器可能产生的外界干扰问题，降低了硬件成本，同时提高了检测的准确性和稳定性。

实施例2

此外,本申请实施例还提供了一种直流电机转速检测装置，具体的，请参见图9，所属直流电机转速检测装置900包括：

电流采集单元901，用于按照采样频率对直流电机的电流进行采样，并对采样点集中各个采样点对应的采样电流进行均值滤波，得到第一滤波电流；

第一电流斜率确定单元902，用于根据所述采样频率及各所述采样点对应的采样电流，计算得到各采样点的第一电流斜率；

第二电流斜率确定单元903，用于将各所述第一电流斜率中小于预设电流斜率阈值的第一电流斜率，确定为第二电流斜率；

波谷范围确定单元904，用于根据所述第二电流斜率确定波谷范围；

信号转换单元905，用于根据所述波谷范围确定周期信号；

转速计算单元906，用于根据所述周期信号确定直流电机转速。

在一实施方式中，所述信号转换单元905，还用于根据所述波谷范围，确定波谷波形；对所述波谷波形进行均值滤波，得到第二滤波电流；根据所述第二滤波电流确定周期信号。

在一实施方式中，所述转速计算单元906确定直流电机转速的公式为：

其中，Speed表示直流电机转速，T

在一实施方式中，所述电流采集单元901，还用于通过微控制单元的模数转换器采集直流电机的电流。

本申请按照采样频率对直流电机的电流进行采样，并对采样点集中各个采样点对应的采样电流进行均值滤波，得到第一滤波电流；根据各采样点对应的采样电流及采样频率，计算得到各采样点的第一电流斜率；将各第一电流斜率中小于预设电流斜率阈值的第一电流斜率，确定为第二电流斜率；根据第二电流斜率确定波谷范围；根据波谷范围确定周期信号；根据周期信号确定直流电机转速。本申请利用检测到的电机电流得到直流电机转速，避免了外置霍尔传感器或磁性编码器可能产生的外界干扰问题，降低了硬件成本，同时提高了检测的准确性和稳定性。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。