調整電機轉速的方法和裝置及電機與流程
2023-04-24 02:28:41 1
本發明涉及電機驅動技術領域，尤其涉及一種調整電機轉速的方法和裝置及電機。
背景技術：
隨著技術的發展，鑑於無刷直流電機相對於傳統的有刷直流電機具有運行噪聲小、無電火花與長壽命等特點，且隨著其控制技術的成熟、電子元器件的高集成與相關元器件的低成本化，已在各行各業應用中逐步取代有刷直流電機，並拓展了在有壽命、安全與噪聲要求場景的應用。
針對移動機器人、自移動多媒體終端與電動輪椅等應用中，基於無刷直流電機解決方案已成為相關行業新的發展方向。但類似產品在移動過程中，路面的平整度會通過轉速檢測裝置將幹擾注入電器驅動系統的轉速控制環節，並被控制系統放大，導致系統或產品存在高頻噪聲或者移動過程中整機移動速度波動大等問題，影響系統的移動效率與用戶體感，更有可能加速老化或者破壞系統內部結構而導致安全問題。
由於成本問題，當前直流無刷電機驅動系統所採用的控制器計算能力不高，外設資源較為匱乏，沒有對路面振動信號檢測和診斷的硬體條件，導致系統缺乏對路面平整度的抗幹擾能力，使產品或者系統在適應複雜的工作環境中一致性與可靠性較差。
技術實現要素：
本發明實施例的目的是提出的一種調整電機轉速的方法和裝置以及一種電機，能夠在電機驅動系統運動時提高對路面平整度的抗幹擾能力，保持系統運動的平穩。
為實現上述目的，本發明實施例提供一種調整電機轉速的方法，包括：
採樣電機的轉動速度；
對採樣到的轉動速度進行蝶形運算，獲得所述轉動速度的傅立葉分析數據；所述傅立葉分析數據包括組成所述轉動速度的每一個頻率分量的速度分量；
根據所述傅立葉分析數據，計算所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數；所述陷波器用於調整所述電機的轉動速度；
根據所述幅頻特性參數，調整所述電機的轉動速度。
進一步地，所述對採樣到的轉動速度進行蝶形運算，具體為：
當採樣到的轉動速度的採樣數量滿足蝶形運算閾值時，對採樣到的轉動速度進行蝶形運算。
進一步地，所述根據所述傅立葉分析數據，計算所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數，具體為：
判斷所述傅立葉分析數據中是否存在大於速度閾值的速度分量；
當所述傅立葉分析數據中存在大於所述速度閾值的速度分量時，根據所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量及其對應的頻率分量，計算出所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率和衰減幅值；以及，根據所述傅立葉分析數據中的大於所述速度閾值的速度分量的數量和所述傅立葉分析數據的頻域解析度，計算出所述波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率寬帶；其中，所述傅立葉分析數據的頻域解析度為所述傅立葉分析數據中相鄰兩個頻率分量的頻率差值。
進一步地，所述根據所述幅頻特性參數，調整所述電機的轉動速度，具體為：
根據所述幅頻特性參數，更新所述電機的離散傳函的特徵參數；其中，所述離散傳函為其中，n為當前時刻；y(n)、y(n-1)和y(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整後的轉動速度；x(n)、x(n-1)和x(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整前的轉動速度；a0、a1、a2、b0、b1和b2均為所述離散傳函的特徵參數；
根據已更新的離散傳函，調整所述電機的轉動速度。
更進一步地，所述弧度頻率為ω＝π×fx，所述衰減幅值為ab＝ax-at，所述弧度頻率寬帶為bw＝π×m×δf；其中，ax為所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量；fx為所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量對應的頻率分量；at為所述速度閾值；m為所述傅立葉分析數據中的大於所述速度閾值的速度分量的數量；δf為所述傅立葉分析數據的頻域解析度。
則，所述特徵參數為a0＝1；a1＝-2*gain*cos(ω0)；a2＝2*gain-1；b0＝gain；b1＝-2*gain*cos(ω0)；b2＝gain；以及，
相應地，本發明實施例還提供一種調整電機轉速的裝置，包括：
速度採樣模塊，用於採樣電機的轉動速度；
蝶形運算模塊，用於對採樣到的轉動速度進行蝶形運算，獲得所述轉動速度的傅立葉分析數據；所述傅立葉分析數據包括組成所述轉動速度的每一個頻率分量的速度分量；
幅頻參數計算模塊，用於根據所述傅立葉分析數據，計算所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數；
轉動速度調整模塊，用於根據所述幅頻特性參數，調整所述電機的轉動速度。
進一步地，所述蝶形運算模塊具體用於當採樣到的轉動速度的採樣數量滿足蝶形運算閾值時，對採樣到的轉動速度進行蝶形運算。
進一步地，所述幅頻參數計算模塊，包括：
速度分量判斷單元，用於判斷所述傅立葉分析數據中是否存在大於速度閾值的速度分量；
計算單元，用於當所述傅立葉分析數據中存在大於所述速度閾值的速度分量時，根據所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量及其對應的頻率分量，計算出所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率和衰減幅值；以及，根據所述傅立葉分析數據中的大於所述速度閾值的速度分量的數量和所述傅立葉分析數據的頻域解析度，計算出所述波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率寬帶；其中，所述傅立葉分析數據的頻域解析度為所述傅立葉分析數據中相鄰兩個頻率分量的頻率差值。
進一步地，所述轉動速度調整模塊包括：
離散傳函更新單元，用於根據所述幅頻特性參數，更新所述電機的離散傳函的特徵參數；其中，所述離散傳函為其中，n為當前時刻；y(n)、y(n-1)和y(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整後的轉動速度；x(n)、x(n-1)和x(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整前的轉動速度；a0、a1、a2、b0、b1和b2均為所述離散傳函的特徵參數；
調整速度單元，用於根據已更新的離散傳函，調整所述電機的轉動速度。
本發明實施例還提供一種電機，包括以上實施例提供的任一項所述的調整電機轉速的裝置。
實施本發明實施例，具有如下有益效果：
本發明實施例提供的一種調整電機轉速的方法和裝置以及一種電機，能夠在電機驅動系統在路面運動時，通過採樣電機中的轉速傳感器的轉動速度，對採樣到的電機的轉動速度進行蝶形運算獲取轉動速度中的振動情況，即運算得到的傅立葉分析數據，通過該傅立葉分析數據對調整電機的轉動速度的離散傳函進行構建，即完成陷波器的參數調整，使得陷波器能夠對電機驅動系統運動的轉動速度波動分量進行抑制，使得系統運動的速度波動明顯減少，運動得更加穩健。
附圖說明
圖1是本發明提供的調整電機轉速的方法的一個實施例的流程示意圖；
圖2是本發明提供的調整電機轉速的方法的蝶形運算輸出的傅立葉頻譜圖；
圖3是本發明提供的調整電機轉速的裝置的一個實施例的結構示意圖；
圖4是本發明提供的調整電機轉速的裝置的幅頻參數計算模塊的一個實施例的結構示意圖；
圖5是本發明提供的調整電機轉速的裝置的轉動速度調整模塊的一個實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
參見圖1，是本發明提供的調整電機轉速的方法的一個實施例的流程示意圖；本發明實施例提供一種調整電機轉速的方法，包括步驟s1至步驟s4：
s1，採樣電機的轉動速度。
需要說明的是，設置轉速傳感器附加在電機，用於檢測電機的轉動速度，即通過轉速傳感器採樣電機的轉動速度，所述轉速傳感器優選為霍爾傳感器，除了採用霍爾傳感器外，也適用於採用增量式編碼器、絕對式光電編碼器或旋轉變壓器進行速度檢測。
s2，對採樣到的轉動速度進行蝶形運算，獲得所述轉動速度的傅立葉分析數據；所述傅立葉分析數據包括組成所述轉動速度的每一個頻率分量的速度分量。
需要說明的是，每個採樣的到轉動速度的採樣數量滿足一次碟形運算的需求，才對該次採樣到的轉動速度進行蝶形運算，具體地：
判斷所採樣到的轉動速度的採樣數量是否滿足蝶形運算閾值；
若是，則對所述採樣到的轉動速度進行蝶形運算；
若否，則返回步驟s1繼續採樣電機的轉動速度。
通過上述蝶形運算，實現對由採樣到的轉動速度的信號的快速傅立葉分析，並輸出傅立葉分析數據，該數據可以頻譜圖來展示，如圖2所示，圖2是本發明提供的調整電機轉速的方法的蝶形運算輸出的傅立葉頻譜圖，該頻譜圖中幅值表示上述進行蝶形運算的轉動速度信號中的一個頻率分量的速度分量。
s3，根據所述傅立葉分析數據，計算所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數；在本發明實施例中，優選設置陷波器來調整所述電機的轉動速度，那麼轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數相當於陷波器工作的幅頻特性參數。
需要說明的是，根據所述傅立葉分析數據包括的組成所述轉動速度的每一個頻率分量，可計算出所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量ax、所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量對應的頻率分量fx、所述傅立葉分析數據中的大於所述速度閾值的速度分量的數量m以及所述傅立葉分析數據的頻域解析度δf，所述傅立葉分析數據的頻域解析度δf為所述傅立葉分析數據中相鄰兩個頻率分量的頻率差值，即如圖2所示的頻譜圖中的譜線的密度。
在系統運動過程，根據路面情況設置對速度信號中進行碟形運算後所獲的頻率分量對應的速度分量的最大值為速度閾值at，那麼以上述ax、fx、m、δf，描述計算所述電機的陷波器的幅頻特性參數的具體過程：
判斷所述傅立葉分析數據中是否存在大於速度閾值at的速度分量。
當所述傅立葉分析數據中存在大於所述速度閾值的速度分量時，根據所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量ax及其對應的頻率分量fx，計算出所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率ω＝π×fx和衰減幅值ab＝ax-at；根據所述傅立葉分析數據中的大於所述速度閾值的速度分量的數量和所述傅立葉分析數據的頻域解析度δf，計算出所述波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率寬帶bw＝π×m×δf。
作為本發明實施例的進一步改進，當所述傅立葉分析數據中不存在大於所述速度閾值的速度分量時，則無須計算所述陷波器的幅頻特性參數，直接生成所述幅頻特性參數為空集。
s4，根據所述幅頻特性參數，調整所述電機的轉動速度。
對於步驟s4的具體實施過程可為：
根據所述幅頻特性參數，更新所述電機的離散傳函的特徵參數；
根據已更新的離散傳函，調整所述電機的轉動速度。
需要說明的是，陷波器為設置在電機中對電機的轉動速度的波動分量進行過濾的裝置，陷波器調速過程依據離散傳函進行調整，本發明實施例優選的陷波器的離散傳函為：
其中，n為當前時刻；y(n)、y(n-1)和y(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整後的轉動速度；x(n)、x(n-1)和x(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整前的轉動速度；a0、a1、a2、b0、b1和b2均為所述離散傳函的特徵參數。
其中，根據所述幅頻特性參數，更新所述電機的離散傳函的特徵參數，具體為：a0＝1；a1＝-2*gain*cos(ω0)；a2＝2*gain-1；b0＝gain；b1＝-2*gain*cos(ω0)；b2＝gain；以及，
在電機修正所述離散傳函的特徵參數之後，電機利用陷波器對電機的當前時刻的轉動速度的調整過程，具體為：以當前時刻n為基準，獲取在上一時刻n-1的所述電機的被所述陷波器調整後的實際轉動速度y(n-1)和延遲兩個時刻n-2的所述電機的被所述陷波器調整後的實際轉動速度y(n-2)，以及獲取當前時刻n、上一時刻n-1和延遲兩個時刻n-2的所述電機被所述陷波器調整前的待轉動速度x(n)、x(n-1)和x(n-2)，將獲取得數據x(n)、x(n-1)、x(n-2)、y(n-1)和y(n-2)輸入公式獲得電機將要轉動的實際轉動速度y(n)，控制器控制電機的轉動速度為y(n)，從而達到電機當前時候的待轉動速度x(n)的波動部分進行抑制，使得電機以抑制後的實際轉動速度y(n)進行轉動。
作為本發明實施例的進一步改進，在步驟s4中，當所述幅頻特性參數為空集時，直接設置離散傳函的特徵參數為：a0＝1、a1＝0、a2＝0、b0＝1、b1＝0和b2＝0，即可完成離散傳函的更新。此設置的目的是，當所述傅立葉分析數據中不存在大於所述速度閾值的速度分量時，則說明此時電機的轉動速度驅動系統運動的過程處於平穩狀態，無需對當前時刻的電機的轉動速度進行調整，因而，通過設置上述離散傳函的參數即可使得陷波器的輸入端和陷波器的輸出端的數值相同，即陷波器沒有對當前時刻的電機的轉動速度進行調整。
本發明實施例提供的一種調整電機轉速的方法，在電機驅動系統在路面運動時，通過採樣電機中的轉速傳感器的轉動速度，對採樣到的電機的轉動速度進行蝶形運算獲取轉動速度中的振動情況，即運算得到的傅立葉分析數據，通過該傅立葉分析數據對陷波器的離散傳函進行構建，即完成陷波器的參數調整，使得陷波器能夠對電機驅動系統運動的轉動速度波動部分進行抑制，使得系統運動的速度波動明顯減少，運動得更加穩健。
參見圖3，是本發明提供的調整電機轉速的裝置的一個實施例的結構示意圖，該裝置能夠實施上述實施例提供的調整電機轉速的方法的全部流程，該裝置具體包括：
速度採樣模塊10，用於採樣電機的轉動速度；
蝶形運算模塊20，用於對採樣到的轉動速度進行蝶形運算，獲得所述轉動速度的傅立葉分析數據；所述傅立葉分析數據包括組成所述轉動速度的每一個頻率分量的速度分量；
幅頻參數計算模塊30，用於根據所述傅立葉分析數據，計算所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數；
轉動速度調整模塊40，用於根據所述幅頻特性參數，調整所述電機的轉動速度。
進一步地，所述蝶形運算模塊20，具體用於當採樣到的轉動速度的採樣數量滿足蝶形運算閾值時，對採樣到的轉動速度進行蝶形運算。
進一步地，參見圖4，是本發明提供的調整電機轉速的裝置的幅頻參數計算模塊的一個實施例的結構示意圖，所述幅頻參數計算模塊30，包括：
速度分量判斷單元31，用於判斷所述傅立葉分析數據中是否存在大於速度閾值的速度分量；
計算單元32，用於當所述傅立葉分析數據中存在有大於速度閾值的速度分量時，根據所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量及其對應的頻率分量，計算出所述轉動速度的波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率和衰減幅值；根據所述傅立葉分析數據中的大於所述速度閾值的速度分量的數量和所述傅立葉分析數據的頻域解析度，計算出所述波動分量具備的幅頻特性參數中包含的弧度頻率寬帶；其中，所述傅立葉分析數據的頻域解析度為所述傅立葉分析數據中相鄰兩個頻率分量的頻率差值。
進一步地，參見圖5，是本發明提供的調整電機轉速的裝置的轉動速度調整模塊的一個實施例的結構示意圖，所述轉動速度調整模塊40包括：
離散傳函更新單元41，用於根據所述幅頻特性參數，更新所述電機的離散傳函的特徵參數；其中，所述離散傳函為其中，n為當前時刻；y(n)、y(n-1)和y(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整後的轉動速度；x(n)、x(n-1)和x(n-2)分別為在當前時刻、上一時刻和延遲兩個時刻對所述電機的轉動速度調整前的轉動速度；a0、a1、a2、b0、b1和b2均為所述離散傳函的特徵參數；
調整速度單元42，用於根據已更新的離散傳函，調整所述電機的轉動速度。
進一步地，所述弧度頻率為ω＝π×fx，所述衰減幅值為ab＝ax-at，所述弧度頻率寬帶為bw＝π×m×δf；其中，ax為所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量；fx為所述傅立葉分析數據中的數值最大的速度分量對應的頻率分量；at為所述速度閾值；m為所述傅立葉分析數據中的大於所述速度閾值的速度分量的數量；δf為所述傅立葉分析數據的頻域解析度；
則，所述特徵參數為a0＝1；a1＝-2*gain*cos(ω0)；a2＝2*gain-1；b0＝gain；b1＝-2*gain*cos(ω0)；b2＝gain；其中，
進一步地，所述離散傳函更新單元還用於當所述傅立葉分析數據中不存在大於所述速度閾值的速度分量時，設置所述離散傳函的特徵參數為：a0＝1、a1＝0、a2＝0、b0＝1、b1＝0和b2＝0。
以及，本發明實施例還提供一種電機，包括以上任一實施例提供的調整電機轉速的裝置，該裝置設置在電機的處理器當中。
實施本發明實施例，具有如下有益效果：
本發明實施例提供的一種調整電機轉速的裝置及電機，在電機驅動系統在路面運動時，通過採樣電機中的轉速傳感器的轉動速度，對採樣到的電機的轉動速度進行蝶形運算獲取轉動速度中的振動情況，即運算得到的傅立葉分析數據，通過該傅立葉分析數據對陷波器的離散傳函進行構建，即完成陷波器的參數調整，使得陷波器能夠對電機驅動系統運動的轉動速度波動部分進行抑制，使得系統運動的速度波動明顯減少，運動得更加穩健。
本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光碟、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。
以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。