一种电流采集方法及装置与流程

本发明属于电气控制技术领域，尤其涉及一种电流采集方法及装置。

背景技术：

在实际应用中，永磁同步电机和直流无刷电机大都作为伺服电机使用，并由伺服电机控制系统控制其运行过程。就伺服电机的控制方法而言，无位置传感器控制技术是目前主流的发展方向，该控制技术是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下，利用与伺服电机有关的电信号，比如驱动电流，通过直接计算、参数辨识、状态估计等手段，间接确定伺服电机的转速、转子位置等电机参数，并最终基于所得电机参数实现伺服电机的闭环控制。

基于上述无位置传感器控制技术的基本实现过程可以看出，采集得到的驱动电流的准确度，将直接影响无位置传感器控制技术的控制精度，因此，如何采集得到更为准确的驱动电流，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电流采集方法及装置，将adc电路的采样量程划分为多个量程分段，且各量程分段对应一个电流拟合函数，更为准确的描述各量程分段内电压码值的变化趋势，从而实际计算得到的驱动电流更为准确，具体方案如下：

第一方面，本发明提供一种电流采集方法，应用于伺服电机控制系统，所述方法包括：

获取所述伺服电机控制系统内adc电路反馈的目标电压码值；

根据所述目标电压码值与预设分段边界值的大小关系，确定所述目标电压码值所属的目标量程分段；

其中，所述目标量程分段为基于所述预设分段边界值划分所述adc电路的采样量程得到的多个量程分段中的任意一个，且任一所述量程分段对应一将电压码值换算为驱动电流的电流拟合函数；

将所述目标电压码值输入所述目标量程分段对应的目标电流拟合函数，得到所述目标电压码值对应的驱动电流。

可选的，划分所述采样量程为多个量程分段，并分别确定各所述量程分段对应的电流拟合函数的过程，包括：

获取所述adc电路反馈的多个样本电压码值，以及至少一个预设分段边界值；

以各所述预设分段边界值为限值划分所述采样量程，得到多个量程分段；

分别根据各所述量程分段内包括的样本电压码值进行函数拟合，得到各所述量程分段对应的电流拟合函数。

可选的，获取至少一个所述预设分段边界值的过程，包括：

获取至少一个初始分段边界值；

以各所述初始分段边界值为限值划分所述采样量程，得到多个初始量程分段；

扩大至少一个所述初始量程分段的量程范围，以使任意相邻的两个初始量程分段的量程范围存在重叠；

分别根据各所述初始量程分段内包括的样本电压码值进行函数拟合，得到各所述初始量程分段对应的初始电流拟合函数；

基于任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数，确定预设分段边界值。

可选的，所述获取至少一个初始分段边界值，包括：

基于各所述样本电压码值生成电流拟合曲线；

根据所述电流拟合曲线的曲率变化确定至少一个初始分段边界值。

可选的，所述扩大至少一个所述初始量程分段的量程范围，包括：

将目标初始量程分段以外的其他初始量程分段的上限值增加预设码值；

其中，所述目标初始量程分段的上限值为所述adc电路对应的最大码值。

可选的，所述基于任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数，确定预设分段边界值，包括：

计算任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数的共同解；

将所述共同解作为预设分段边界值。

可选的，所述获取所述伺服电机控制系统内adc电路反馈的目标电压码值，包括：

控制所述伺服电机控制系统内的adc电路按预设采样周期反馈多个参考电压码值；

基于各所述参考电压码值进行均值滤波，得到目标电压码值。

可选的，所述控制所述伺服电机控制系统内的adc电路按预设采样周期反馈多个参考电压码值，包括：

控制所述伺服电机控制系统内的adc电路在预设时间段内，按预设采样周期反馈多个参考电压码值；

其中，所述预设时间段基于所述伺服电机控制系统内电机驱动电路的开关管的开通中点设置；

所述开通中点为所述开关管处于导通状态的全部时间范围所对应的中间时刻。

第二方面，本发明提供一种电流采集装置，包括：

第一获取单元，用于获取所述伺服电机控制系统内adc电路反馈的目标电压码值；

确定单元，用于根据所述目标电压码值与预设分段边界值的大小关系，确定所述目标电压码值所属的目标量程分段；

其中，所述目标量程分段为基于所述预设分段边界值划分所述adc电路的采样量程得到的多个量程分段中的任意一个，且任一所述量程分段对应一将电压码值换算为驱动电流的电流拟合函数；

计算单元，用于将所述目标电压码值输入所述目标量程分段对应的目标电流拟合函数，得到所述目标电压码值对应的驱动电流。

可选的，本发明第二方面提供的电流采集装置，还包括：

第二获取单元，用于获取所述adc电路反馈的多个样本电压码值，以及至少一个预设分段边界值；

划分单元，用于以各所述预设分段边界值为限值划分所述采样量程，得到多个量程分段；

拟合单元，用于分别根据各所述量程分段内包括的样本电压码值进行函数拟合，得到各所述量程分段对应的电流拟合函数。

上述本发明提供的电流采集方法，在获取伺服电机控制系统内adc电路反馈的目标电压码值之后，根据目标电压码值与预设分段边界值的大小关系，确定目标电压码值所属的目标量程分段，并将目标电压码值输入目标量程分段对应的目标电流拟合函数，最终换算得到目标电压码值对应的驱动电流。与现有技术中整个采样量程对应一个电流拟合函数的电流采集方法相比，本发明提供的电流采集方法，将adc电路的采样量程划分为多个量程分段，并且任意一个量程分段对应一个电流拟合函数，将采样量程划分为范围更小的量程分段，使得相应的电流拟合函数需要表征的电压码值变化情况变得简单，电流拟合函数能够更为准确的描述电压码值的变化趋势，从而使得基于目标电压码值换算得到的驱动电流更为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电流采集方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的划分量程分段方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种电流采集装置的结构框图；

图4是本发明实施例提供的另一种电流采集装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的电流采集方法，应用于伺服电机控制系统，具体用于伺服电机控制系统中需要确定伺服电机的转速以及转子位置，并对伺服电机的运转过程进行控制的电子控制器。当然，在某些情况下，也可以应用于网络侧的服务器。

参见图1，图1是本发明实施例提供的一种电流采集方法的流程图，该流程可以包括：

s100、获取伺服电机控制系统内adc电路反馈的目标电压码值。

在现有的无位置传感器控制技术中，驱动电流的采集大都是通过电流传感器和adc电路的配合实现的，具体的，电流传感器作为最初级的采集装置，将伺服电机的驱动电流转换为相对应的电压值，进一步的，adc电路将电流传感器输出的电压值转换为相对应的码值输出。

在实际应用中，伺服电机控制系统中的控制器大都基于dsp(digitalsignalprocessing，数字信号处理器)实现，因此，根据dsp具体选型的不同，adc电路有可能集成于dsp内部，也有可能是独立于dsp布置的独立电路，本发明实施例中对于伺服电机控制系统的具体构成不做限定。

可选的，为了获得上述最终用于计算的目标电压码值，首先需要控制伺服电机控制系统内的adc电路按预设采样周期反馈多个参考电压码值。

在实际应用中，伺服电机的驱动电路大都基于开关管电路实现，而开关管电路中的开关管在开通和关断时刻电流会发生突变，此时控制系统内的电流噪声比最大，不适宜进行电流的采集，因此，本发明实施例提供的电流采集方法，将开关管处于导通状态的全部时间范围所对应的中间时刻定义为开通中点，比如，在一个控制周期内，开关管开通的时长为40μs-60μs，则开通中点为50μs。进一步的，基于该开通中点设置一预设时间段，沿用前例，预设时间段可以为[48μs，52μs]。基于预设时间段的设置，控制伺服电机控制系统内的adc电路在预设时间段内，按预设采样周期反馈多个参考电压码值。由于各个参考电压码值是在开关管内流通的驱动电流处于稳定阶段获取的，因此，所得参考电压码值更为准确，受到外界环境的影响最小。

在得到多个参考电压码值后，对各参考电压码值进行均值滤波处理，进一步解决伺服电机启动运行过程中以及系统固有存在的噪声干扰问题，最终得到目标电压码值。需要说明的是，在实际应用中，还可以采用低通滤波、中值滤波、αβ滤波等滤波方法进行滤波处理，在不超出本发明核心思想范围的前提下，同样属于本发明保护的范围内。

s110、根据目标电压码值与预设分段边界值的大小关系，确定目标电压码值所属的目标量程分段。

在本发明实施例中，设置至少一个预设分段边界值，并预先基于预设分段边界值将adc电路的采样量程划分为多个量程分段，本实施例中述及的目标量程分段，可以为划分得到的多个量程分段中的任意一个。

进一步的，在现有技术中，为了基于电压码值得到对应的驱动电流，会根据驱动电流的实测数据，绘制adc电路的采样量程对应的电流拟合函数，即adc电路的整个采样量程仅仅对应一个电流拟合函数。在本申请提供的电流采集方法中，将adc电路的采样量程划分为多个量程分段，且任一量程分段对应一将电压码值换算为驱动电流的电流拟合函数。

在得到目标电压码值后，即可根据目标电压码值与预设分段边界值的大小关系，确定目标电压码值所属的目标量程分段。比如，12位的adc电路的采样量程为0-4096，预设分段边界值为2000，如果采集得到目标电压码值为1500,1500小于2000，因此，目标电压码值1500对应的目标量程分段即为0-2000这一量程分段。可以想到的是，如果预设分段边界值包括多个，则会包括多个量程分段，在确定目标量程分段时需要经过多次比较。

s120、将目标电压码值输入目标量程分段对应的目标电流拟合函数，得到目标电压码值对应的驱动电流。

根据前述内容可知，在本发明实施例中，每个量程分段分别对应一个电流拟合函数，相应的，在确定目标量程分段之后，可以直接确定与该目标量程分段对应的目标电流拟合函数，将目标电压码值输入该目标电流拟合函数，即可直接得到目标电压码值对应的驱动电流。

综上所述，与现有技术中整个采样量程对应一个电流拟合函数的电流采集方法相比，本发明提供的电流采集方法，将adc电路的采样量程划分为多个量程分段，并且任意一个量程分段对应一个电流拟合函数，将采样量程划分为范围更小的量程分段，使得相应的电流拟合函数需要表征的电压码值变化情况变得简单，电流拟合函数能够更为准确的描述电压码值的变化趋势，从而使得基于目标电压码值换算得到的驱动电流更为准确。

可选的，本发明还提供一种划分量程分段的方法，参见图2，图2是本发明实施例提供的一种划分量程分段的方法的流程图，该流程可以包括：

s200、获取adc电路反馈的多个样本电压码值，以及至少一个预设分段边界值。

可以想到的是，不同型号的伺服电机往往具有不同的驱动特性，相应的驱动电流的变化也是不同的，即使对于相同的伺服电机而言，使用不同的伺服电机控制系统进行控制时，具体的控制过程，特别是驱动电流的换算过程也是不同的，因此，在应用于不同的伺服电机控制系统时，需要按照本发明实施例提供的方法，对相应的伺服电机控制系统中的adc电路的采样量程进行针对性的划分，以适应不同伺服电机控制系统的控制需求。本实施例中述及的各个可选操作步骤，都是基于确定的伺服电机控制系统实现的。

可选的，在采集adc电路反馈的多个样本电压码值时，具体的采集方法可以参照图1所示实施例中s100的实现过程实现，即在开关管开通中点附近的预设时间段内进行采样，以消除外界环境对样本电压码值采集过程的影响。

对于预设分段阈值的获取过程，本发明实施例同样提供一种可选的实现方法：

首先，基于前述内容中获取得到的多个样本电压码值生成电流拟合曲线，具体的生成方法，可以参照现有技术实现，此处不再展开。

根据现有技术中得到实际结果可知，基于全量程范围内的样本电压码值得到的电流拟合曲线并非在整个曲线范围内都成线性变化，低段量程(比如0-2000量程段)与高段量程(比如2000-4096量程段)对应的曲线部分是不同的，一般情况下，低段量程往往呈现出线性变化，而高段量程则呈现为二次曲线的变化特征。因此，在得到adc电路整个采样量程范围对应的电流拟合曲线之后，即可根据所得电流拟合曲线的曲率变化确定得到至少一个初始分段边界值。

然后，以所得至少一个初始分段边界值为限值，划分adc电路的采样量程，得到多个初始量程分段。

进一步的，扩大至少一个初始量程分段的量程范围，使得任意相邻的两个初始量程分段的量程范围存在重叠。可选的，将上限值为adc电路对应的最大码值的初始量程分段作为目标初始量程分段，在此基础上，将目标初始量程分段以外的其他初始量程分段的上限值增加预设码值，从而扩大目标初始量程分段以外的其他初始量程分段。

沿用前例，将采样量程0-4096划分为[0，2000]和(2000，4096]两个初始量程分段，预设码值取150，则将[0，2000]扩大为[0，2150]。以此类推，当划分为多个初始量程分段时，也可以按照此方法扩大目标初始量程分段以外的其他初始量程分段的量程范围。

当然，还可以采用其他方法扩大至少一个初始量程分段的量程范围，任何能够使得任意相邻的两个初始量程分段的量程范围存在重叠的方法都是可选的，在不超出本发明核心思想范围的前提下，同样属于本发明保护的范围内。

在得到调整后的初始量程分段之后，分别根据各初始量程分段内包括的样本电压码值进行函数拟合，即可得到各初始量程分段对应的初始电流拟合函数。可以想到的是，确定各个初始量程分段对应的电流拟合函数的过程，与确定adc电路整个采样量程对应的电流拟合函数的核心思路是一致的，所不同的是，本方法实施例将采样量程划分为多个范围更小的量程分段，每一量程分段的电流拟合函数所需要表征的电压码值的变化情况更为简单，也更为统一，因此，相对于采样量程的电流拟合函数而言，各个量程分段的电流拟合函数的准确性更高。

最后，基于任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数，即可确定预设分段边界值。具体的，计算任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数的共同解，该共同解即预设分段边界值。

沿用前例，将采样量程划分为两个初始量程分段，[0，2000]对应的电流拟合函数的校正系数为(a1，b1，c1)，则相应的电流拟合函数可以表示为a1*x²+b1*x+c1，(2000，4096]对应的电流拟合函数的校正系数为(a2，b2，c2)，则相应的电流拟合函数可以表示为a2*x²+b2*x+c2。另二者相等，通过解方程式：a1*x2+b1*x+c1＝a2*x2+b2*x+c2，所得x值即两个初始电流拟合函数的共同解。可以想到的是，所得结果中可能包括虚数，直接舍弃不用即可。

s210、以各预设分段边界值为限值划分所述采样量程，得到多个量程分段。

经过前述步骤，所得预设分段边界值已经较为准确，按照各预设分段边界值为限值划分所述采样量程，得到多个量程分段。具体的分段方法，可以参照前述内容中初始量程分段的划分方法进行，此处不再复述。

s220、分别根据各量程分段内包括的样本电压码值进行函数拟合，得到各量程分段对应的电流拟合函数。

此处的电流拟合函数的具体确定过程，同样可以参照现有技术实现，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供的量程分段方法，通过对初始分段边界值的修正，使得最终使用的预设分段边界值更为准确，使得划分后得到的量程分段内的电压码值的变化规律更加一致，进而确保得到的电流拟合函数更为贴近电压码值的实际变化情况。

下面对本发明实施例提供的电流采集装置进行介绍，下文描述的电流采集装置可以认为是为实现本发明实施例提供的电流采集方法，在中央设备中需设置的功能模块架构；下文描述内容可与上文相互参照。

可选的，参见图3，图3是本发明实施例提供的一种电流采集装置的结构框图，本装置包括：

第一获取单元10，用于获取伺服电机控制系统内adc电路反馈的目标电压码值；

确定单元20，用于根据目标电压码值与预设分段边界值的大小关系，确定目标电压码值所属的目标量程分段；

其中，目标量程分段为基于预设分段边界值划分adc电路的采样量程得到的多个量程分段中的任意一个，且任一量程分段对应一将电压码值换算为驱动电流的电流拟合函数；

计算单元30，用于将目标电压码值输入目标量程分段对应的目标电流拟合函数，得到目标电压码值对应的驱动电流。

可选的，第一获取单元10，用于获取伺服电机控制系统内adc电路反馈的目标电压码值，包括：

控制伺服电机控制系统内的adc电路按预设采样周期反馈多个参考电压码值；

基于各参考电压码值进行均值滤波，得到目标电压码值。

可选的，第一获取单元10，用于控制伺服电机控制系统内的adc电路按预设采样周期反馈多个参考电压码值，包括：

控制伺服电机控制系统内的adc电路在预设时间段内，按预设采样周期反馈多个参考电压码值；

其中，预设时间段基于伺服电机控制系统内电机驱动电路的开关管的开通中点设置；

开通中点为开关管处于导通状态的全部时间范围所对应的中间时刻。

可选的，参见图4，图4是本发明实施例提供的另一种电流采集装置的结构框图，在图3所示实施例的基础上，本装置还包括：

第二获取单元40，用于获取adc电路反馈的多个样本电压码值，以及至少一个预设分段边界值；

划分单元50，用于以各预设分段边界值为限值划分采样量程，得到多个量程分段；

拟合单元60，用于分别根据各量程分段内包括的样本电压码值进行函数拟合，得到各量程分段对应的电流拟合函数。

可选的，第二获取单元40用于获取至少一个预设分段边界值的过程，包括：

获取至少一个初始分段边界值；

以各初始分段边界值为限值划分采样量程，得到多个初始量程分段；

扩大至少一个初始量程分段的量程范围，以使任意相邻的两个初始量程分段的量程范围存在重叠；

分别根据各初始量程分段内包括的样本电压码值进行函数拟合，得到各初始量程分段对应的初始电流拟合函数；

基于任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数，确定预设分段边界值。

可选的，第二获取单元40，用于获取至少一个初始分段边界值，包括：

基于各样本电压码值生成电流拟合曲线；

根据电流拟合曲线的曲率变化确定至少一个初始分段边界值。

可选的，第二获取单元40，用于扩大至少一个初始量程分段的量程范围，包括：

将目标初始量程分段以外的其他初始量程分段的上限值增加预设码值；

其中，目标初始量程分段的上限值为adc电路对应的最大码值。

可选的，第二获取单元40，用于基于任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数，确定预设分段边界值，包括：

计算任意相邻的两个初始量程分段对应的初始电流拟合函数的共同解；

将共同解作为预设分段边界值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的核心思想或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。