[发明专利]电机转速软测量方法和系统

说明书

本发明公开了一种电机转速软测量方法和系统，由数据采集模块、数据检测决策单元、电机模型参数动态辨识模块和直流电机转速软测量模块组成，实时采集直流电机的各种运行数据，在数据检测决策模块以及电机转速软测量模块中均采用双路并行的方式进行多重计算，并在计算后利用模糊逻辑理论以及统计学理论给出合理的置信度。通过上述方式，本发明电机转速软测量方法和系统，能够形成一套完整的闭环系统，通过闭环矫正结构保证数据检测、模型参数辨识以及转速软测量的精度，在每个功能模块内部，进行两条计算回路并行、统计置信度计算的方式，保证计算精度。

技术领域

本发明涉及直流电机转速软测量领域，特别是涉及一种电机转速软测量方法和系统。

背景技术

直流电机具有高效率、高功率以及良好的调速性能等优点，使得其在航天航空、数据机床、机器人、电动汽车以及家用设备中得到越来越多的应用。然而目前受限于越来越小的安装空间、越来越低成本的控制维护需求、复杂多变的工作环境等使得直流电机向简易化、小型化趋势发展，减少传感器的布置数量成为目前直流电机降成本、轻量化、简易化的一个重要发展思路。

目前，直流电机的重要参数检测设备有电流检测、电压检测、转速检测等。其中电流检测以及电压检测等电气信号检测设备集成度以及检测精度均相对较高。因此通过软测量的方式实现直流电机转速的高精度估算是去除转速检测设备，降低成本的主要思路。然而，转速的软测量精度受到直流电机电流、电压以及电机内部参数等相关量精度的直接影响，即直流电机电流、电压信号污染问题以及电机内部参数时变问题均为阻碍直流电机转速软测量的精度。因此直接利用直流电机电流、电压等信号以及电机铭牌上的参数进行电机转速软测量，其精度必将大打折扣。因此我们有必要设计一套完整的，能够在各种复杂环境下保证直流电机转速软测量精度的架构以及一套架构运行机制。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电机转速软测量方法和系统，能够形成一套完整的闭环系统，通过闭环矫正结构保证数据检测、模型参数辨识以及转速软测量的精度，在每个功能模块内部，进行两条计算回路并行、统计置信度计算的方式，保证计算精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电机转速软测量方法，包括以下步骤：a．将数据采集模块与直流电机连接，实时采集直流电机的电枢电流和电压信号，并将采集得到的信号输出至数据检测决策模块；b．数据检测决策模块根据数据采集模块得到电流和电压信号，对输入的电流和电压信号进行异常检测与去噪处理，计算出电机中枢电压计算值并与数据采集模块采集得到的电机电枢电压值的残差统计量判断电机中枢电流信号的质量，最后进行最终采集数据质量的决策，并将决策结果传输给电机转速软测量模块；c．电机转速软测量模块根据数据检测决策模块的数据对数据检测结论的置信度进行模糊矩阵查表，得出电机转速估算的初始权重值，通过数据检测决策模块的数据利用自适应无迹卡尔曼滤波算法得到电机转速软测量值再通过电机转速模型公式计算电机转速的预测值，根据上述两个数值进行置信度调整以及计算度加权计算得到最终的电机转速软测量结果，并将结果输出至电机模型参数动态辨识模块；d．电机模型参数动态辨识模块根据数据检测决策模块的输出结论以及电机转速软测量模块的输出结果对电机模型参数进行在线更新。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤a中首先数据检测决策模块的数据检测计算单元通过线性AR模型或者在线迭代小波分解与极大值原理方式实现直流电机电流电压信号的异常检测与去噪，将电机电枢电流视为时间序列，首先利用自回归AR模型对其进行回归拟合，AR模型如下：

其中为AR模型系数，并利用小波分解以及模极大值原理实现残差序列的检测，以此判断数据采集模块采集得到的电机中枢电流信号的质量；

然后数据检测决策模块的电机电气模型计算单元利用电机电气模型输出的电枢电压计算值与数据采集模块采集得到的电机电枢电压值的残差统计量判断电机中枢电流信号的质量，

直流电机的电气模型如下：