本發(fā)明涉及電機驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法和裝置及電機。
背景技術(shù):
隨著技術(shù)的發(fā)展,鑒于無刷直流電機相對于傳統(tǒng)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(shù)的成熟、電子元器件的高集成與相關(guān)元器件的低成本化,已在各行各業(yè)應用中逐步取代有刷直流電機,并拓展了在有壽命、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,基于無刷直流電機解決方案已成為相關(guān)行業(yè)新的發(fā)展方向。但類似產(chǎn)品在移動過程中,路面的平整度會通過轉(zhuǎn)速檢測裝置將干擾注入電器驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié),并被控制系統(tǒng)放大,導致系統(tǒng)或產(chǎn)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(tǒng)的移動效率與用戶體感,更有可能加速老化或者破壞系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)而導致安全問題。
由于成本問題,當前直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)所采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件條件,導致系統(tǒng)缺乏對路面平整度的抗干擾能力,使產(chǎn)品或者系統(tǒng)在適應復雜的工作環(huán)境中一致性與可靠性較差。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明實施例的目的是提出的一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法和裝置以及一種電機,能夠在電機驅(qū)動系統(tǒng)運動時提高對路面平整度的抗干擾能力,保持系統(tǒng)運動的平穩(wěn)。
為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明實施例提供一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法,包括:
采樣電機的轉(zhuǎn)動速度;
對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算,獲得所述轉(zhuǎn)動速度的傅里葉分析數(shù)據(jù);所述傅里葉分析數(shù)據(jù)包括組成所述轉(zhuǎn)動速度的每一個頻率分量的速度分量;
根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù),計算所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù);所述陷波器用于調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度;
根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度。
進一步地,所述對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算,具體為:
當采樣到的轉(zhuǎn)動速度的采樣數(shù)量滿足蝶形運算閾值時,對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算。
進一步地,所述根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù),計算所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù),具體為:
判斷所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中是否存在大于速度閾值的速度分量;
當所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中存在大于所述速度閾值的速度分量時,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量及其對應的頻率分量,計算出所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù)中包含的弧度頻率和衰減幅值;以及,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的大于所述速度閾值的速度分量的數(shù)量和所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度,計算出所述波動分量具備的幅頻特性參數(shù)中包含的弧度頻率寬帶;其中,所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中相鄰兩個頻率分量的頻率差值。
進一步地,所述根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度,具體為:
根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),更新所述電機的離散傳函的特征參數(shù);其中,所述離散傳函為
根據(jù)已更新的離散傳函,調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)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為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量;fx為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量對應的頻率分量;at為所述速度閾值;m為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的大于所述速度閾值的速度分量的數(shù)量;δf為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度。
則,所述特征參數(shù)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(fā)明實施例還提供一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置,包括:
速度采樣模塊,用于采樣電機的轉(zhuǎn)動速度;
蝶形運算模塊,用于對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算,獲得所述轉(zhuǎn)動速度的傅里葉分析數(shù)據(jù);所述傅里葉分析數(shù)據(jù)包括組成所述轉(zhuǎn)動速度的每一個頻率分量的速度分量;
幅頻參數(shù)計算模塊,用于根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù),計算所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù);
轉(zhuǎn)動速度調(diào)整模塊,用于根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度。
進一步地,所述蝶形運算模塊具體用于當采樣到的轉(zhuǎn)動速度的采樣數(shù)量滿足蝶形運算閾值時,對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算。
進一步地,所述幅頻參數(shù)計算模塊,包括:
速度分量判斷單元,用于判斷所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中是否存在大于速度閾值的速度分量;
計算單元,用于當所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中存在大于所述速度閾值的速度分量時,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量及其對應的頻率分量,計算出所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù)中包含的弧度頻率和衰減幅值;以及,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的大于所述速度閾值的速度分量的數(shù)量和所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度,計算出所述波動分量具備的幅頻特性參數(shù)中包含的弧度頻率寬帶;其中,所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中相鄰兩個頻率分量的頻率差值。
進一步地,所述轉(zhuǎn)動速度調(diào)整模塊包括:
離散傳函更新單元,用于根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),更新所述電機的離散傳函的特征參數(shù);其中,所述離散傳函為
調(diào)整速度單元,用于根據(jù)已更新的離散傳函,調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度。
本發(fā)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(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置。
實施本發(fā)明實施例,具有如下有益效果:
本發(fā)明實施例提供的一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法和裝置以及一種電機,能夠在電機驅(qū)動系統(tǒng)在路面運動時,通過采樣電機中的轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)動速度,對采樣到的電機的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算獲取轉(zhuǎn)動速度中的振動情況,即運算得到的傅里葉分析數(shù)據(jù),通過該傅里葉分析數(shù)據(jù)對調(diào)整電機的轉(zhuǎn)動速度的離散傳函進行構(gòu)建,即完成陷波器的參數(shù)調(diào)整,使得陷波器能夠?qū)﹄姍C驅(qū)動系統(tǒng)運動的轉(zhuǎn)動速度波動分量進行抑制,使得系統(tǒng)運動的速度波動明顯減少,運動得更加穩(wěn)健。
附圖說明
圖1是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法的一個實施例的流程示意圖;
圖2是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法的蝶形運算輸出的傅里葉頻譜圖;
圖3是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置的幅頻參數(shù)計算模塊的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置的轉(zhuǎn)動速度調(diào)整模塊的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)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(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。
參見圖1,是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法的一個實施例的流程示意圖;本發(fā)明實施例提供一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法,包括步驟s1至步驟s4:
s1,采樣電機的轉(zhuǎn)動速度。
需要說明的是,設置轉(zhuǎn)速傳感器附加在電機,用于檢測電機的轉(zhuǎn)動速度,即通過轉(zhuǎn)速傳感器采樣電機的轉(zhuǎn)動速度,所述轉(zhuǎn)速傳感器優(yōu)選為霍爾傳感器,除了采用霍爾傳感器外,也適用于采用增量式編碼器、絕對式光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器進行速度檢測。
s2,對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算,獲得所述轉(zhuǎn)動速度的傅里葉分析數(shù)據(jù);所述傅里葉分析數(shù)據(jù)包括組成所述轉(zhuǎn)動速度的每一個頻率分量的速度分量。
需要說明的是,每個采樣的到轉(zhuǎn)動速度的采樣數(shù)量滿足一次碟形運算的需求,才對該次采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算,具體地:
判斷所采樣到的轉(zhuǎn)動速度的采樣數(shù)量是否滿足蝶形運算閾值;
若是,則對所述采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算;
若否,則返回步驟s1繼續(xù)采樣電機的轉(zhuǎn)動速度。
通過上述蝶形運算,實現(xiàn)對由采樣到的轉(zhuǎn)動速度的信號的快速傅里葉分析,并輸出傅里葉分析數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)可以頻譜圖來展示,如圖2所示,圖2是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法的蝶形運算輸出的傅里葉頻譜圖,該頻譜圖中幅值表示上述進行蝶形運算的轉(zhuǎn)動速度信號中的一個頻率分量的速度分量。
s3,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù),計算所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù);在本發(fā)明實施例中,優(yōu)選設置陷波器來調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度,那么轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù)相當于陷波器工作的幅頻特性參數(shù)。
需要說明的是,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)包括的組成所述轉(zhuǎn)動速度的每一個頻率分量,可計算出所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量ax、所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量對應的頻率分量fx、所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的大于所述速度閾值的速度分量的數(shù)量m以及所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度δf,所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度δf為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)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(tǒng)運動過程,根據(jù)路面情況設置對速度信號中進行碟形運算后所獲的頻率分量對應的速度分量的最大值為速度閾值at,那么以上述ax、fx、m、δf,描述計算所述電機的陷波器的幅頻特性參數(shù)的具體過程:
判斷所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中是否存在大于速度閾值at的速度分量。
當所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中存在大于所述速度閾值的速度分量時,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)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(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù)中包含的弧度頻率ω=π×fx和衰減幅值ab=ax-at;根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的大于所述速度閾值的速度分量的數(shù)量和所述傅里葉分析數(shù)據(jù)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(shù)中包含的弧度頻率寬帶bw=π×m×δf。
作為本發(fā)明實施例的進一步改進,當所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中不存在大于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(shù),直接生成所述幅頻特性參數(shù)為空集。
s4,根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度。
對于步驟s4的具體實施過程可為:
根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),更新所述電機的離散傳函的特征參數(shù);
根據(jù)已更新的離散傳函,調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度。
需要說明的是,陷波器為設置在電機中對電機的轉(zhuǎn)動速度的波動分量進行過濾的裝置,陷波器調(diào)速過程依據(jù)離散傳函進行調(diào)整,本發(fā)明實施例優(yōu)選的陷波器的離散傳函為:
其中,根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),更新所述電機的離散傳函的特征參數(shù),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征參數(shù)之后,電機利用陷波器對電機的當前時刻的轉(zhuǎn)動速度的調(diào)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(diào)整后的實際轉(zhuǎn)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(diào)整后的實際轉(zhuǎn)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(diào)整前的待轉(zhuǎn)動速度x(n)、x(n-1)和x(n-2),將獲取得數(shù)據(jù)x(n)、x(n-1)、x(n-2)、y(n-1)和y(n-2)輸入公式
作為本發(fā)明實施例的進一步改進,在步驟s4中,當所述幅頻特性參數(shù)為空集時,直接設置離散傳函的特征參數(shù)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,當所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中不存在大于所述速度閾值的速度分量時,則說明此時電機的轉(zhuǎn)動速度驅(qū)動系統(tǒng)運動的過程處于平穩(wěn)狀態(tài),無需對當前時刻的電機的轉(zhuǎn)動速度進行調(diào)整,因而,通過設置上述離散傳函的參數(shù)即可使得陷波器的輸入端和陷波器的輸出端的數(shù)值相同,即陷波器沒有對當前時刻的電機的轉(zhuǎn)動速度進行調(diào)整。
本發(fā)明實施例提供的一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法,在電機驅(qū)動系統(tǒng)在路面運動時,通過采樣電機中的轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)動速度,對采樣到的電機的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算獲取轉(zhuǎn)動速度中的振動情況,即運算得到的傅里葉分析數(shù)據(jù),通過該傅里葉分析數(shù)據(jù)對陷波器的離散傳函進行構(gòu)建,即完成陷波器的參數(shù)調(diào)整,使得陷波器能夠?qū)﹄姍C驅(qū)動系統(tǒng)運動的轉(zhuǎn)動速度波動部分進行抑制,使得系統(tǒng)運動的速度波動明顯減少,運動得更加穩(wěn)健。
參見圖3,是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖,該裝置能夠?qū)嵤┥鲜鰧嵤├峁┑恼{(diào)整電機轉(zhuǎn)速的方法的全部流程,該裝置具體包括:
速度采樣模塊10,用于采樣電機的轉(zhuǎn)動速度;
蝶形運算模塊20,用于對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算,獲得所述轉(zhuǎn)動速度的傅里葉分析數(shù)據(jù);所述傅里葉分析數(shù)據(jù)包括組成所述轉(zhuǎn)動速度的每一個頻率分量的速度分量;
幅頻參數(shù)計算模塊30,用于根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù),計算所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù);
轉(zhuǎn)動速度調(diào)整模塊40,用于根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)動速度。
進一步地,所述蝶形運算模塊20,具體用于當采樣到的轉(zhuǎn)動速度的采樣數(shù)量滿足蝶形運算閾值時,對采樣到的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算。
進一步地,參見圖4,是本發(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置的幅頻參數(shù)計算模塊的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖,所述幅頻參數(shù)計算模塊30,包括:
速度分量判斷單元31,用于判斷所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中是否存在大于速度閾值的速度分量;
計算單元32,用于當所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中存在有大于速度閾值的速度分量時,根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量及其對應的頻率分量,計算出所述轉(zhuǎn)動速度的波動分量具備的幅頻特性參數(shù)中包含的弧度頻率和衰減幅值;根據(jù)所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的大于所述速度閾值的速度分量的數(shù)量和所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度,計算出所述波動分量具備的幅頻特性參數(shù)中包含的弧度頻率寬帶;其中,所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)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(fā)明提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置的轉(zhuǎn)動速度調(diào)整模塊的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖,所述轉(zhuǎn)動速度調(diào)整模塊40包括:
離散傳函更新單元41,用于根據(jù)所述幅頻特性參數(shù),更新所述電機的離散傳函的特征參數(shù);其中,所述離散傳函為
調(diào)整速度單元42,用于根據(jù)已更新的離散傳函,調(diào)整所述電機的轉(zhuǎn)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為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量;fx為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的數(shù)值最大的速度分量對應的頻率分量;at為所述速度閾值;m為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中的大于所述速度閾值的速度分量的數(shù)量;δf為所述傅里葉分析數(shù)據(jù)的頻域解析度;
則,所述特征參數(shù)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于當所述傅里葉分析數(shù)據(jù)中不存在大于所述速度閾值的速度分量時,設置所述離散傳函的特征參數(shù)為:a0=1、a1=0、a2=0、b0=1、b1=0和b2=0。
以及,本發(fā)明實施例還提供一種電機,包括以上任一實施例提供的調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置,該裝置設置在電機的處理器當中。
實施本發(fā)明實施例,具有如下有益效果:
本發(fā)明實施例提供的一種調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的裝置及電機,在電機驅(qū)動系統(tǒng)在路面運動時,通過采樣電機中的轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)動速度,對采樣到的電機的轉(zhuǎn)動速度進行蝶形運算獲取轉(zhuǎn)動速度中的振動情況,即運算得到的傅里葉分析數(shù)據(jù),通過該傅里葉分析數(shù)據(jù)對陷波器的離散傳函進行構(gòu)建,即完成陷波器的參數(shù)調(diào)整,使得陷波器能夠?qū)﹄姍C驅(qū)動系統(tǒng)運動的轉(zhuǎn)動速度波動部分進行抑制,使得系統(tǒng)運動的速度波動明顯減少,運動得更加穩(wěn)健。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程,是可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成,所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中,該程序在執(zhí)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(zhì)可為磁碟、光盤、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(fā)明的優(yōu)選實施方式,應當指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)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(fā)明的保護范圍。