[发明专利]一种双电机耦合条件下利用电流实现电机遇阻检测的方法

权利要求书

1.一种双电机耦合条件下利用电流实现电机遇阻检测的方法，其特征在于，包括：

步骤一：采用交叉耦合控制算法以PWM的形式得到电机电压；

步骤二：通过电流采样电路采集流经电机的电流；

步骤三：对电流数据进行卡尔曼滤波；

步骤四：计算电动升降桌遇阻电流阈值；

步骤五：对实时卡尔曼滤波后的数据与遇阻电流阈值进行比较，判断电动升降桌是否遇阻；

所述步骤三对电流进行卡尔曼滤波的步骤如下：先计算出电流的平均值；再建立电机状态空间模型与离散化电机状态空间模型；再对电流数据进行稳态卡尔曼滤波得到电流最优估计值；

1)计算电流平均值

MCU控制器重复采集流经电机的电流信号并转化成ADC值N次，取平均值作为预处理；

2)建立电机状态空间模型：

电机电流与电机输入电压的关系如下：

H＝[1 0]

x＝[I_d ω]^T，u＝[U_d T_l]^T，y＝I_d，w＝[0 u_v]^T

其中x为本系统的状态变量矩阵，y为系统的输出变量矩阵，u为系统的输入变量，A为系统参数矩阵，B为输入矩阵，H为输出矩阵，w是升降桌的设备噪声，协方差为Q，均值为0的正态分布；v是升降桌的测量噪声，协方差为R，均值为0的正态分布；K_e是反电动势常数，L是电机电枢电感，K_t是转矩常数，B_u是粘性摩擦系数，J是转动惯量，I_d是电机电枢电流，R是电机电枢电阻，U_d是电机电枢电压，其中U_d是根据步骤一交叉耦合算法输出的电压，其以PWM形式存在，直接作用在直流电机两端，

3)建立离散化电机状态空间模型：

为便于MCU控制器编程，需将模型进行离散化处理，方法如下：

y(k)＝Hx(k)+v(k)

其中，x(k+1)为第k+1次的状态变量矩阵，y(k)为第k次的输出矩阵，u(k)为第k次的系统输入，w(k)为第k次的过程噪声，v(k)为第k次的测量噪声，I_d(k+1)为第k+1次的电枢电流数据，ω(k+1)为第k+1次的电机角速度数据，U_d(k)为第k次的电机电枢电压，T_l(k)为第k次的转矩数据，为系统参数矩阵，Γ为输入矩阵，H为输出矩阵，T_s是一个采样周期，T_l是负载转矩；

4)计算稳态估计误差协方差矩阵P_∞方法如下：

其中Γ已在步骤三的3)中求出，

计算稳态卡尔曼增益K_∞方法如下：

K_∞＝P_∞H(HP_∞H^T+R)^-1

5)对步骤1)得到的电流平均值进行稳态卡尔曼滤波，

根据第K-1时刻的状态预测第K时刻的先验估计再计算电流最优估算值作为滤波结果，

稳态卡尔曼滤波方法如下：

K∞是稳态估计协方差矩阵，其作用为给先验估计与测量值y(k)设计权重。