直流有刷电机转速检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直流有刷电机转速检测系统及方法，先通过直流有刷电机转速检测系统对采样时刻与实时电压值进行数据线性拟合获取第三电压波形斜率值，再选取出直流有刷电机第三电压波形的起始点与终点，进而算出周期时间，最后结合电机转速公式得到电机转速。本发明专利技术一是简化了工作流程，缩短了工作周期，降低了人工成本且极大地提高了电机控制的精准度与可靠性；二是无需使用霍尔元器件，极大地简化了电路结构，降低了检测系统成本，进一步提高了检测系统稳定性与可靠性；三是无需使用编码器，从而降低成本、减小检测系统体积，对于追求小型化、轻量化以及空间受限的场合均适用。轻量化以及空间受限的场合均适用。轻量化以及空间受限的场合均适用。

Speed detection system and method of DC brush motor

The invention discloses a DC brush motor speed detection system and method. First, the sampling time and real-time voltage value are linearly fitted by the DC brush motor speed detection system to obtain the slope value of the third voltage waveform, then the starting point and end point of the third voltage waveform of the DC brush motor are selected, and then the cycle time is calculated. Finally, the motor speed is obtained by combining the motor speed formula. The invention simplifies the working process, shortens the working cycle, reduces the labor cost and greatly improves the accuracy and reliability of motor control; Second, there is no need to use Hall components, which greatly simplifies the circuit structure, reduces the cost of the detection system, and further improves the stability and reliability of the detection system; Third, there is no need to use encoder, so as to reduce the cost and reduce the volume of the detection system, which is applicable to the occasions that pursue miniaturization, lightweight and space constraints. It is suitable for light weight and space limited occasions. It is suitable for light weight and space limited occasions< br/>

【技术实现步骤摘要】
直流有刷电机转速检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及直流有刷电机控制领域，特别涉及一种直流有刷电机转速检测系统及方法。

技术介绍

[0002]直流有刷电机由于其结构简单，操控方便，成本低廉，具有良好的启动和调速性能等优势，被广泛应用于各种动力器件中。有刷电机的主要结构有定子、转子、换向器与电刷，其通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能，过程中，电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换向的作用。
[0003]目前，在直流有刷电机控制技术中，检测电机转速一般有三种处理方法：第一种是开环控制，即无反馈信息的系统控制方式，但该方式在电机启动之后，无法进一步控制电机转速，一般只能用于人工操作控制系统，同时对于操作指令的设计要求较高，一旦出错，将造成无法挽回的损失，因此，开环控制测速的精确度和可靠度较低；另一种是在电路中增加霍尔测速电路，通过霍尔传感器检测电机转速，然而霍尔元件检测转速虽然可以对电机的转速进行反馈，却增加了电路成本，另外由于霍尔元件的特性，霍尔传感器在工作时易受磁场干扰，对电路的可靠性也有一定的影响；第三种是使用编码器，它的缺点和用霍尔器件类似，除了增加成本，还增加了电机转速检测系统的体积，对于追求小型化、轻量化以及空间受限的场合，均不适用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种直流有刷电机转速检测系统及方法，解决现有技术中因开环控制方式而无反馈信息造成电机控制精准度与可靠度降低、因使用霍尔传感器增加电路成本且可靠性降低的问题，同时解决因使用编码器而增加成本、增加直流电机转速检测系统体积的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种直流有刷电机转速检测系统，包括直流电源、驱动电路、采样电阻及控制器，所述驱动电路输入端连接于所述直流电源正极，输出端连接于所述采样电阻一端，所述采样电阻另一端连接于所述直流电源负极；所述控制器通过驱动电路连接于所述直流有刷电机；所述采样电阻两端连接有电流采样模块，用于采样所述直流有刷电机运转时的母线电流信号并将其转换成第一电压信号；
[0007]所述电流采样模块连接有滤波模块，用于将所述第一电压信号进行滤波，得到第二电压信号；
[0008]所述滤波模块连接有信号增益模块，用于放大所述第二电压信号并得到第三电压信号；
[0009]所述信号增益模块连接于所述控制器，用于将所述第三电压信号传递至所述控制器；
[0010]所述控制器通过获取多组不同采样时刻所述第三电压信号对应的实时电压值并将其进行数据线性拟合，以获取由所述第三电压信号形成的第三电压信号波形的斜率值；
[0011]所述控制器根据所述斜率值选取所述第三电压信号波形的起始点与终点并获取两点之间的时间间隔，所述时间间隔为所述直流有刷电机转动一圈的时间，该时间即为周期时间；
[0012]所述控制器通过电机转速公式：电机转速＝单位时间/周期时间,获取所述直流有刷电机实时转速。
[0013]进一步地，所述控制器包括运算模块、与所述运算模块电连接的存储单元与计时单元，所述存储单元用于存储所述实时电压值；所述计时单元用于计数采样所述实时电压值对应的采样时刻；所述运算模块用于将所述实时电压值进行数据线性拟合以获取所述斜率值，并通过所述电机转速公式计算出所述直流有刷电机实时转速。
[0014]进一步地，所述存储单元内存储有转速预设值，所述转速预设值为所述直流有刷电机目标转速；
[0015]所述运算模块连接有PWM生成模块，通过比较所述直流有刷电机实时转速与所述直流有刷电机目标转速大小以生成PWM控制指令，所述PWM控制指令为：所述直流有刷电机实时转速等于所述直流有刷电机目标转速。
[0016]进一步地，所述PWM生成模块通过功率驱动模块连接于所述驱动电路，用于将所述PWM控制指令传递至所述功率驱动模块，进而控制所述驱动电路，以驱动所述直流有刷电机运转。
[0017]进一步地，所述数据线性拟合的公式为：k＝(Etu
‑
Et*Eu)/(Et2‑
(Et)2)，其中，k表示所述斜率值，t表示所述采样时刻，u表示所述实时电压值，Etu表示所述采样时刻与所述实时电压值乘积的数学期望，Et表示所述采样时刻的数学期望，Eu表示所述实时电压值的数学期望，Et2表示所述采样时刻的平方的数学期望，(Et)2表示所述采样时刻的数学期望的平方。
[0018]进一步地，当k＜0时,所述第三电压信号波形处于上升状态；当k＝0时，所述第三电压信号波形到达顶峰，即波峰；当k＞0时，所述第三电压信号波形处于下降状态。
[0019]优选地，所述单位时间取值为：60秒。
[0020]优选地，所述驱动电路为H桥逆变电路。
[0021]优选地，所述控制器为单片机。
[0022]进一步地，一种基于直流有刷电机转速检测系统的检测方法，包括以下步骤：
[0023]S1：所述电流采样模块采样所述直流有刷电机运转时的母线电流信号并将其转换成第一电压信号；
[0024]S2：所述滤波模块将所述第一电压信号进行滤波，得到第二电压信号；
[0025]S3：所述信号增益模块放大所述第二电压信号并得到第三电压信号，并将所述第三电压信号传递至控制器；
[0026]S4：所述控制器获取多组不同采样时刻的实时电压值并将其进行数据线性拟合，以获取由所述第三电压信号形成的第三电压信号波形的斜率值；
[0027]S5：所述控制器根据所述斜率值选取所述第三电压信号波形的起始点与终点并获取两点之间的时间间隔，即为直所述流有刷电机转动一圈的周期时间；
[0028]S6：所述控制器通过电机转速公式：电机转速＝单位时间/周期时间,获取所述直流有刷电机实时转速。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0030]本专利技术改变传统电机测速方式，先通过转速检测系统直接对采样时刻与实时电压值进行数据线性拟合以获取第三电压信号波形的斜率值，再选取出直流有刷电机第三电压波形的起始点与终点，进而获取周期时间，最后算出电机转速，此测速方式一是简化了工作流程，缩短了工作周期，降低了人工成本且极大地提高了电机控制的精准度与可靠性；二是无需使用霍尔元器件，极大地简化了电路结构，降低了检测系统成本，进一步提高了检测系统稳定性与可靠性；三是无需使用编码器，从而降低成本、减小检测系统体积，对于追求小型化、轻量化以及空间受限的场合均适用。
【附图说明】
[0031]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明：
[0032]图1是本专利技术直流有刷电机转速检测系统的电路图；
[0033]图2是本专利技术直流有刷电机转速检测系统的原理流程图；
[0034]图3是本专利技术直流有刷电机转速检测方法中滤波前的母线电流信号波形图；
[0035]图4是本专利技术直流有刷电机转速检测方法中第二电压信号波形图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流有刷电机转速检测系统，包括直流电源、驱动电路、采样电阻及控制器，所述驱动电路输入端连接于所述直流电源正极，输出端连接于所述采样电阻一端，所述采样电阻另一端连接于所述直流电源负极；所述控制器通过驱动电路连接于所述直流有刷电机；其特征在于：所述采样电阻两端连接有电流采样模块，用于采样所述直流有刷电机运转时的母线电流信号并将其转换成第一电压信号；所述电流采样模块连接有滤波模块，用于将所述第一电压信号进行滤波，得到第二电压信号；所述滤波模块连接有信号增益模块，用于放大所述第二电压信号并得到第三电压信号；所述信号增益模块连接于所述控制器，用于将所述第三电压信号传递至所述控制器；所述控制器通过获取多组不同采样时刻所述第三电压信号对应的实时电压值并将其进行数据线性拟合，以获取由所述第三电压信号形成的第三电压信号波形的斜率值；所述控制器根据所述斜率值选取所述第三电压信号波形的起始点与终点并获取两点之间的时间间隔，所述时间间隔为所述直流有刷电机转动一圈的时间，该时间即为周期时间；所述控制器通过电机转速公式：电机转速＝单位时间/周期时间,获取所述直流有刷电机实时转速。2.根据权利要求1所述的直流有刷电机转速检测系统，其特征在于：所述控制器包括运算模块、与所述运算模块电连接的存储单元与计时单元，所述存储单元用于存储所述实时电压值；所述计时单元用于计数采样所述实时电压值对应的采样时刻；所述运算模块用于将所述实时电压值进行数据线性拟合以获取所述斜率值，并通过所述电机转速公式计算出所述直流有刷电机实时转速。3.根据权利要求2所述的直流有刷电机转速检测系统，其特征在于：所述存储单元内存储有转速预设值，所述转速预设值为所述直流有刷电机目标转速；所述运算模块连接有PWM生成模块，通过比较所述直流有刷电机实时转速与所述直流有刷电机目标转速大小以生成PWM控制指令，所述PWM控制指令为：所述直流有刷电机实时转速等于所述直流有刷电机目标转速。4.根据权利要求3所述的直流有刷电机转速检测系统，其特征在于：所述PWM生成模块通过功率驱动模块连接于所述驱动电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩东，
申请(专利权)人：江苏东成工具科技有限公司，
类型：发明
国别省市：