[发明专利]一种直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法

权利要求书

1.一种直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：

(1)初始化微控制器MCU内部的锁相环模块PLL、模数转换模块ATD、定时器模块ECT和脉宽调制模块PWM；

(2)脉宽调制模块PWM驱动直流有刷电机；

(3)模数转换模块ATD将采集的直流有刷电机电流模拟量和电压模拟量转化为数字量并进行中位值滤波处理，根据所测直流有刷电机电流估算电机转矩；

(4)利用直流有刷电机数学模型，根据测量的直流有刷电机电流与电压估算出直流有刷电机的转速和对应的直流有刷电机交流频率；

(5)利用定时器模块ECT输出比较功能给带通滤波器输入脉冲波；每次输出动作产生时，利用中断控制下一个动作产生的时间，从而控制输出脉冲波的频率与占空比；

(6)电机电刷电流的交流部分经过放大、带通滤波，转化为脉冲波输入微控制器MCU；

(7)将定时器模块ECT的通道定义为输入捕捉功能，利用中断记录输入脉冲波的上升沿个数以及上升沿之间的时间间隔；

(8)对于所记录上升沿个数出现遗漏的情况，根据电机转速的估计值对转角转速的计算值进行补偿，得出转速和转角的计算结果。

2.根据权利要求1所述的直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法，其特征在于：所述步骤(3)具体是指：模数转换模块ATD对转换为数字量后的电机电流和电机两端电压进行滤波，利用设定的ATD转换频率连续采样N个数据，去除一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值，N值的选取为3至14中的任意一个；并根据测量仪测得的实际数据对所求数据进行标定与补偿，从而确保数据的可靠性。

3.根据权利要求1所述的直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法，其特征在于：所述步骤(5)具体是指：若定时器模块ECT输出的脉冲信号目标周期为T，利用分频后的时钟周期Tclk为单位对T计数，考虑到输出动作为电平翻转，令定义变量n＝T/(2*Tclk)，在定时器模块ECT输出引脚中断设置输出比较寄存器TCn＝TCNT+n；TCNT为计数寄存器，即直流有刷电机运行后，自由运行计数器启动，TCNT计数寄存器不停地对时钟信号进行计数，一旦检测到TCn＝TCNT时，对应TCn通道输出预定的动作即翻转，同时转向TCn中断服务程序给TCn赋值，等待下一次中断，于是满足输出脉冲波频率为1/T；

当Tclk大于1us时，TCn＝TCNT+n；

当Tclk等于0.5us时，TCn＝TCNT+n-1；

当Tclk等于0.25us时，TCn＝TCNT+n-2。

4.根据权利要求1所述的直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法，其特征在于：所述步骤(7)具体是指：当定时器模块ECT输入通道出现设置的有效电平跳变即上升沿时，TCNT寄存器的当前值会自动捕捉到输出比较寄存器TCn；每次捕捉成功触发中断程序，在中断程序中对电平跳变进行计数；在中断程序中通过标志位记录前后相邻两次电平跳变的TCn差值，可得ΔTCn*Tclk即为两次电平跳变的间隔时间；

5.根据权利要求1所述的直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法，其特征在于：所述步骤(8)具体是指：设步骤(7)所得脉冲信号的实时周期为Tm，由直流有刷电机数学模型估算周期T0，定义k为遗漏或者重叠的脉冲上升沿次数，定义其估计算法为int k＝(Tm-T0)/T0-L，其中0L1，L控制对小数部分的舍入，当k＝0时即表示相对于估算周期，实际信号周期的上升沿检测存在遗漏，并且k值表示遗漏的个数，由一个上升沿即表示一固定转角从而得出实时电机总转角，通过上升沿之间时间间隔的检测求出实时转速。