一种电机转速测量装置及其测量方法与流程

1.本发明涉及电机转速测量技术领域，尤其是指一种电机转速测量装置及其测量方法。


背景技术：

2.如今电机已经是我们生活中经常接触的仪器，大部分机械设备都需要电机来执行设备中需要运动的部分，所以对电机控制技术的要求是十分重要的，很多场所我们需要对电机的转速进行精准的闭环控制，进而实现我们对目标移动或者跟踪目标的要求，这需要我们对电机的实时转速进行相应的反馈，除此之外在开环控制中，也同样需要得知转速的数值，通过人为的改变给定频率或者电压的方法进行粗略的转速控制。目前电机转速测量过程复杂，测量成本较高，且准确性较差。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术的问题提供一种电机转速测量装置及其测量方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.一种电机转速测量装置，包括：(1)电流信号采样单元：通过电流信号采样单元，对电机转子绕组导线转动时切割磁感线产生的反向感应电动势对应的高频正弦电流信号进行采样处理，得到电机电流信号数据；(2)滤波器：通过滤波器，对电机电流信号数据进行初步滤波处理，滤除大量谐波分量，并将处理之后的数据发送至处理器；(3)处理器：处理器对收到滤波后的数据进行去偏置处理，剔除电机本身转动的电流，得到叠加于电机转动电流上的高频正弦电流基波分量，然后通过分析计算处理，提取高频正弦电流基波分量周期值，对该周期值进行再次滤波处理，得到一个稳定的高频电流周期值tms，通过公式计算可得出电机输出轴的转速r
rpm
。
6.作为优选，所述采样处理单元为电流采样，采样频率远高于待采样的高频电流信号频率，采样单元为串联于电机驱动电路回路上的电机电流采样电阻、或为外部接的霍尔采样单元，采样单元采样到的信号经过采样单元的差分、放大、滤波、模数转换处理，并将处理的数据送到滤波器进行滤波处理。
7.作为优选，所述处理器为微处理器mcu，滤波器需对采样的高频电流波形进行滑动平均滤波、对提取后的周期值进行算术平均滤波，处理器则需要对滤波后的电流信号进行去偏置处理、电流信号正弦基波周期值提取、电机输出轴转速计算处理。
8.作为优选，所述去偏置处理，是首先实时计算出一定时间范围内基波电流信号的平均值，然后用滤波后的电流信号值减去该平均值，便可得到实时的去偏置后的电流基波信号。
9.作为优选，所述提取高频正弦电流基波分量周期值处理，是对去偏执后的正弦电流基波进行过零点检测、最高最低点检测两种方法结合，测算出每一个电流基波周期值。
10.作为优选，所述处理器计算电机输出轴转速的公式为：r
rpm
＝bn/n2/(2*n)；其中rrpm
为电机输出轴转速，bn为高频电流信号1min内的周期波形个数，与电流基波分量周期值tms的关系为：bn＝60*1000/t，n2为电机转子与电机输出轴的减速比值，n为电机转子磁极个数。
11.一种电机转速测量方法，包括以下步骤：
12.(1)电流信号采样：通过电流信号采样单元，对电机转子绕组导线转动时切割磁感线产生的反向感应电动势对应的高频正弦电流信号进行采样处理，得到电机电流信号数据；
13.(2)采样电流数据滤波：通过滤波器，对电机电流信号数据进行初步滤波处理，滤除大量谐波分量，并将处理之后的数据发送至处理器；(3)电流基波分量周期值计算：处理器对收到滤波后的数据进行去偏置处理，剔除电机本身转动的电流，得到叠加于电机转动电流上的高频正弦电流基波分量，然后通过分析计算处理，提取高频正弦电流基波分量周期值，对该周期值进行再次滤波处理，得到一个稳定的高频电流周期值tms，通过公式计算可得出电机输出轴的转速r
rpm
。
14.作为优选，所述处理器分析计算处理数据的公式为：r
rpm
＝60*1000/t/n2/(2*n)；其中r
rpm
(单位：转/每分钟)为电机输出轴转速数据；t(单位：ms)为电流基波分量周期值，由处理器计算获得；n2为电机转子与电机输出轴的减速比值，由电机说明手册获取；n为电机转子磁极个数，由电机说明手册获取。
15.本发明的有益效果：
16.本发明提供的一种电机转速测量装置，包括：(1)电流信号采样单元：通过电流信号采样单元，对电机转子绕组导线转动时切割磁感线产生的反向感应电动势对应的高频正弦电流信号进行采样处理，得到电机电流信号数据；(2)滤波器：通过滤波器，对电机电流信号数据进行初步滤波处理，滤除大量谐波分量，并将处理之后的数据发送至处理器；(3)处理器：处理器对收到滤波后的数据进行去偏置处理，剔除电机本身转动的电流，得到叠加于电机转动电流上的高频正弦电流基波分量，然后通过分析计算处理，提取高频正弦电流基波分量周期值，对该周期值进行再次滤波处理，得到一个稳定的高频电流周期值tms，通过公式计算可得出电机输出轴的转速r
rpm
，本发明通过对电机转动时的高频电流信号进行采样，并通过滤波器将高频电流信号进行滤波处理，可通过处理器分析计算处理得到相应的电机转动速率，本发明设计简单，可快速的分析计算出电机转动速率，检测精准可靠，有效的降低了电机速率的检测成本。
17.一种电机转速测量方法，本测量方法原理简单，检测成本较低，只需要检测电机的转子绕组导线转动切割磁感线产生的反向电动势的正弦高频电流信号进行测量，可通过感应电动势产生的高频电流周期计算出电机的转速，测量简单、快速，大大降低了测量成本。
附图说明
18.图1为本发明的框架图。
19.图2为本发明的采样单元不同采样方法连接图。
20.图3为本发明的测量流程图。
21.附图标记分别为：
22.电机
‑‑
1，电流信号采样单元
‑‑
2，滤波器
‑‑
3，处理器
‑‑
4。
具体实施方式
23.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
24.实施例一
25.如图1所示，本发明提供的一种电机转速测量装置，包括电流信号采样单元2、滤波器3、处理器4，所述电流信号采样单元2与电机1有两种连接方式，如图2所示，所述电流信号采样单元1分别对电机5的转子绕组导线转动切割磁感线产生的反向电动势的正弦高频电流信号进行采样，并通过滤波器3将采样的高频电流信号进行滤波处理，所述处理器4对滤波之后的电流信号分析计算处理得出电机5的转动数据，本发明通过对电机5的转动时的电流信号进行采样，并通过滤波器3将高频电流信号进行滤波处理，可通过处理器4分析计算处理得到相应的电机5转动速率，本发明设计简单，可快速的分析计算出电机5转动速率，检测精准可靠，有效的降低了电机5速率的检测成本。
26.本实施例中，所述处理器4分析计算处理数据的公式为：r
rpm
＝60*1000/t/n2/(2*n)；其中r
rpm
(单位：转/每分钟)为电机输出轴转速数据；t(单位：ms)为电流基波分量周期值，由处理器计算获得；n2为电机转子与电机输出轴的减速比值，由电机说明手册获取；n为电机转子磁极个数，由电机说明手册获取。
27.本实施例中，所述电流信号采样单元2在对电机1的转子绕组导线转动切割磁感线产生的反向电动势的正弦高频电流信号采样，在实际检测中，电机5转动需要带动其他部件转动，如轮子等，当其他部件在转动的过程中产生摩擦力等时，对采样的高频电流信号的影响较大，因此在提取正弦基波周期值时，采用正弦过零点检测和最高最低点检测相结合处理可得到准确的周期值，以消除电机在不同负载时电流信号加入不同谐波的影响，使得检测更加精准可靠。
28.本实施例中，所述处理器为微处理器mcu，滤波器需对采样的高频电流波形进行滑动平均滤波、对提取后的周期值进行算术平均滤波，处理器则需要对滤波后的电流信号进行去偏置处理、电流信号正弦基波周期值提取、电机输出轴转速计算处理，所述去偏置处理，是首先实时计算出一定时间范围内基波电流信号的平均值，然后用滤波后的电流信号值减去该平均值，便可得到实时的去偏置后的电流基波信号，所述提取高频正弦电流基波分量周期值处理，是对去偏执后的正弦电流基波进行过零点检测、最高最低点检测两种方法结合，测算出每一个电流基波周期值。
29.实施例二
30.如图2所示，一种电机转速测量方法，包括以下步骤：
31.(1)电流信号采样：通过电流信号采样单元，对电机转子绕组导线转动时切割磁感线产生的反向感应电动势对应的高频正弦电流信号进行采样处理，得到电机电流信号数据；
32.(2)采样电流数据滤波：通过滤波器，对电机电流信号数据进行初步滤波处理，滤除大量谐波分量，并将处理之后的数据发送至处理器；(3)电流基波分量周期值计算：对收到滤波后的数据进行去偏置处理，剔除电机本身转动的电流，得到叠加于电机转动电流上的高频正弦电流基波分量，然后通过分析计算处理，提取高频正弦电流基波分量周期值，对该周期值进行再次滤波处理，得到一个稳定的高频电流周期值tms，通过公式计算可得出电
机输出轴的转速r
rpm
。
33.本实施例中，所述处理器分析计算处理数据的公式为：r
rpm
＝60*1000/t/n2/(2*n)；其中r
rpm
(单位：转/每分钟)为电机输出轴转速数据；t(单位：ms)为电流基波分量周期值，由处理器计算获得；n2为电机转子与电机输出轴的减速比值，由电机说明手册获取；n为电机转子磁极个数，由电机说明手册获取。
34.以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。