[发明专利]一种直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法

说明书

本发明涉及一种直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法，包括：初始化；脉宽调制模块PWM驱动直流有刷电机；根据所测直流有刷电机电流估算电机转矩；利用直流有刷电机数学模型，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；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；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。本发明利用微控制器MCU内部时钟对电机转角和转速进行预估，实时性高，能迅速根据电机转速变化进行信号分析，保证了电机状态的高灵敏检测。

技术领域

本发明涉及电机信号分析与控制技术领域，尤其是一种直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法。

背景技术

随着电子技术的发展，电机的应用日益普遍，在对电机的控制中尤为重要的便是对电机转速和电机转角数据的采集。现阶段电机转角和转速检测基本都是通过传感器，检测精度高且稳定性强但增大了结构尺寸和零件数，在一些特殊环境如汽车或者其他机械结构中会受到一定的限制。近年来,电机转角检测一直是国内外的研究热点,国外早在二十世纪末开始进行该方向的研究，常见的检测方法有反电动势法、定子电感法、续流二极管法等。这些检测方法都适用于永磁同步电机，而较少涉及到直流有刷电机的转角检测方法。有刷直流电机由于较为低廉的成本，使用范围很广，若能测出电机转角转速将会有很好的实用价值和广阔的市场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低，利用微控制器MCU内部时钟对电机转角和转速进行预估，实时性高，保证了电机状态的高灵敏检测的直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种直流有刷电机转矩转角和转速的检测方法，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。

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。