本申請(qǐng)要求申請(qǐng)日期為2015年7月13日的第10-2015-0099404號(hào)韓國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，所述申請(qǐng)?jiān)诖送ㄟ^(guò)引用全文并入本申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置和方法，并且更具體地，涉及一種運(yùn)用低分辨率編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置和方法。

背景技術(shù)：

通常，電機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量的。所述旋轉(zhuǎn)編碼器包括輸出轉(zhuǎn)軸絕對(duì)位置的絕對(duì)編碼器和輸出轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)信息的增量編碼器。

當(dāng)使用這樣的編碼器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)量的準(zhǔn)確度大體決定于編碼器的分辨率，該分辨率定義為PPR(每轉(zhuǎn)脈沖數(shù))。即當(dāng)使用高分辨率編碼器時(shí)，所測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確度相對(duì)使用低分辨率編碼器時(shí)而言，將得到提高。

但是，由于高分辨率編碼器相比低分辨率編碼器更加昂貴，因此高解析編碼器在成本方面居于劣勢(shì)。

本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)于2004年3月2日在第10-2004-0017954號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)案公開(kāi)中披露。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)的是一種用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置和方法，所述裝置和方法能夠在即便使用低分辨率編碼器時(shí)依然確保轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確性。

在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置可包括：編碼器，其被配置為基于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出信號(hào)；以及控制單元，其被配置為根據(jù)所述編碼器的輸出信號(hào)檢測(cè)所述電機(jī)的機(jī)械角，根據(jù)檢測(cè)到的所述機(jī)械角估算所述電機(jī)的實(shí)際角，并且對(duì)估算出的所述實(shí)際角進(jìn)行微分(differentiating)計(jì)算所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

當(dāng)估算所述實(shí)際角時(shí)，所述控制單元可估算所述電機(jī)的角速度，基于估算出的所述角速度計(jì)算修正角、并且基于計(jì)算出的所述修正角估算所述實(shí)際角。

所述控制單元可通過(guò)將所述修正角與所述機(jī)械角相加，估算所述實(shí)際角。

當(dāng)計(jì)算所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，所述控制單元可通過(guò)對(duì)估算出的所述實(shí)際角進(jìn)行微分計(jì)算角速度，并且通過(guò)將計(jì)算出的所述角速度轉(zhuǎn)化為RPM(轉(zhuǎn)每分)，計(jì)算所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

所述裝置還可包括濾波單元，所述濾波單元被配置為對(duì)計(jì)算出的所述電機(jī)轉(zhuǎn)速執(zhí)行低通濾波。

在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法可包括：控制單元根據(jù)編碼器的輸出信號(hào)檢測(cè)電機(jī)的機(jī)械角；所述控制單元基于檢測(cè)到的所述機(jī)械角估算所述電機(jī)的實(shí)際角；以及所述控制單元通過(guò)對(duì)估算出的所述實(shí)際角進(jìn)行微分計(jì)算所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

所述估算所述實(shí)際角可包括：估算所述電機(jī)的角速度，基于估算出的所述角速度計(jì)算修正角，以及基于計(jì)算出的所述修正角估算所述實(shí)際角。

在基于所述計(jì)算出的修正角估算所述實(shí)際角中，所述控制單元可通過(guò)將所述修正角與所述機(jī)械角相加，估算所述實(shí)際角。

所述計(jì)算所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速可包括：通過(guò)對(duì)估算出的所述實(shí)際角進(jìn)行微分計(jì)算角速度；以及將計(jì)算出的所述角速度轉(zhuǎn)化為RPM。

所述的方法還可包括在計(jì)算出所述電機(jī)的所述轉(zhuǎn)速之后，所述控制單元對(duì)計(jì)算出的所述電機(jī)轉(zhuǎn)速執(zhí)行低通濾波。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置的配置方框圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置的測(cè)速方法的示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置的效果的示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法的流程圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法的實(shí)際角度估算過(guò)程的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照相應(yīng)附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。要注意的是，各附圖并非是精確比例，線條的粗細(xì)和組件的大小可能進(jìn)行了夸大，但僅為描述的便利性和清楚性。此外，本文所用術(shù)語(yǔ)的定義，加入了本發(fā)明的功能考量，可以根據(jù)用戶或操作者的習(xí)慣或意圖加以更改。因此，術(shù)語(yǔ)的定義應(yīng)根據(jù)本文所列公開(kāi)的整體而做出。

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置的配置方框圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置所用的測(cè)速方法的示意圖，并且圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置的效果的示意圖。參照?qǐng)D1至圖3，根據(jù)本實(shí)施例的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的描述如下。

如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置可包括控制單元100，編碼器110和濾波單元120。

所述編碼器110可根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出信號(hào)。即所述編碼器110可根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出脈沖，并且所述脈沖可用PPR(每轉(zhuǎn)脈沖數(shù))表示。所述編碼器110的PPR是用于表明該編碼器分辨率的指標(biāo)。如果所述編碼器110的PPR高，則可認(rèn)為所述編碼器110具有高分辨率。

所述編碼器110可以輸出彼此之間具有90度相位差的脈沖A和B，即占空率為50％，從而可確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。即，當(dāng)電機(jī)前向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則A脈沖的相位可領(lǐng)先B脈沖相位90度。反之，當(dāng)電機(jī)后向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則B脈沖的相位可領(lǐng)先A脈沖相位90度。

所述控制單元100可根據(jù)所述編碼器110的輸出信號(hào)檢測(cè)電機(jī)的機(jī)械角。即如圖2所示，所述控制單元100可根據(jù)所述編碼器110的輸出信號(hào)檢測(cè)電機(jī)的位置。例如，當(dāng)使用低分辨率編碼器時(shí)，檢測(cè)到的電機(jī)位置可以為位置①，而當(dāng)使用高分辨率編碼器時(shí)，檢測(cè)到的電機(jī)位置則可以為位置②。此時(shí)，即可將通過(guò)編碼器檢測(cè)得到的對(duì)應(yīng)于電機(jī)位置的角度稱為機(jī)械角。如圖2所示，此機(jī)械角可以按照逐步方法(a stepwise manner)測(cè)得。

所述控制單元100可以根據(jù)檢測(cè)到的機(jī)械角估算電機(jī)的實(shí)際角。如圖2所示，當(dāng)使用低分辨率編碼器時(shí)，電機(jī)的機(jī)械角與實(shí)際位置之間可能出現(xiàn)較大差異。此差異可以作為一個(gè)降低測(cè)量準(zhǔn)確性的因素。

進(jìn)一步，當(dāng)對(duì)以逐步方法檢測(cè)出的機(jī)械角進(jìn)行微分來(lái)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，由于所得微分結(jié)果并不平滑，故而信號(hào)質(zhì)量可能降低。

因此，由于所述控制單元100根據(jù)檢測(cè)到的機(jī)械角估算電機(jī)的實(shí)際角，從而所述控制單元100可以更加準(zhǔn)確地確定電機(jī)實(shí)際位置，同時(shí)讓電機(jī)角度的斜率更為平滑。

更具體地，所述控制單元100可以估算電機(jī)的角速度，并且根據(jù)估算出的角速度計(jì)算修正角。該修正角可指示出檢測(cè)到的機(jī)械角與電機(jī)的實(shí)際位置之間的差的估計(jì)值。

即如圖2所示，所述控制單元100可以用估算出的角速度乘以修正時(shí)間Δt而計(jì)算修正角。此時(shí)，修正時(shí)間可以通過(guò)所述控制單元100的采樣時(shí)間以及檢測(cè)到所述編碼器110的輸出信號(hào)的時(shí)間計(jì)算得到。所述采樣時(shí)間可以表明測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的時(shí)間間隔。

所述控制單元100可以基于檢測(cè)到的修正角估算電機(jī)的實(shí)際角。例如，所述控制單元100可以將該修正角與檢測(cè)到的機(jī)械角相加，從而估算出電機(jī)的實(shí)際角。

估算出的電機(jī)的實(shí)際角可能不與電機(jī)的實(shí)際位置準(zhǔn)確地一致，但因?yàn)樗俣葴y(cè)量的準(zhǔn)確性高于使用電機(jī)的機(jī)械角時(shí)的準(zhǔn)確性，故而可提高速度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步，由于電機(jī)的實(shí)際角不是以逐步方法呈現(xiàn)，而是可以位于編碼器的識(shí)別位置之間，故而其圖形的斜率呈現(xiàn)較為平滑的形狀。故此，通過(guò)微分，可以減少電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果中的噪音。

當(dāng)估算電機(jī)的實(shí)際角時(shí)，所述控制單元100可以通過(guò)反饋控制來(lái)估算電機(jī)的角速度。即，由于所述控制單元100在計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)程中計(jì)算電機(jī)的角速度將在下面描述，則可反饋該角速度以估算電機(jī)的角速度。

所述控制單元100可以通過(guò)對(duì)電機(jī)的實(shí)際角進(jìn)行微分計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，該電機(jī)的實(shí)際角已通過(guò)前文所述過(guò)程估算出。例如，所述控制單元100可以將估算出的實(shí)際角相對(duì)時(shí)間進(jìn)行微分，從而計(jì)算出角速度，然后將計(jì)算出的角速度轉(zhuǎn)化為RPM(轉(zhuǎn)每分)，從而計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。

所述濾波單元120可對(duì)計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)速執(zhí)行低通濾波。即，所述濾波單元120可以消除來(lái)自計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)中的噪音。此時(shí)，所述濾波單元120相比在常規(guī)裝置中，可以具有更高的濾波頻率。

參照?qǐng)D3，根據(jù)本實(shí)施例的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置所得測(cè)量結(jié)果與常規(guī)裝置所得測(cè)量結(jié)果之間的對(duì)比描述如下。

例如，根據(jù)本實(shí)施例的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置可測(cè)量用于驅(qū)動(dòng)MDPS(電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向)系統(tǒng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在這種情況，通過(guò)濾波過(guò)程，可將計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)速作為用于執(zhí)行電機(jī)控制邏輯的參數(shù)。

此時(shí)，由于濾波頻率(the filtering frequency)的影響，可能出現(xiàn)預(yù)定量的延遲。由于這樣的延遲要素可能成為性能退化的因素，故而需要讓該延遲要素最小化。然而，當(dāng)增加濾波器的頻帶寬度以最小化延遲要素時(shí)，可能發(fā)生副作用。例如，噪音的影響可能增加。在本實(shí)施例中，然而通過(guò)根據(jù)本實(shí)施例的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置以測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，可以改善計(jì)算出的信號(hào)的質(zhì)量。因此，雖然濾波頻率增加了，但噪音的影響沒(méi)有增加。

進(jìn)一步的，如圖3所示，當(dāng)通過(guò)根據(jù)本實(shí)施例的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置以測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，即便使用了低分辨率編碼器，有可能獲得與使用高分辨率編碼器相似的質(zhì)量。另外，準(zhǔn)確度相比常規(guī)裝置也可得到提升。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法的流程圖，并且圖5為根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例示出的用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法的實(shí)際角度估算過(guò)程的流程圖。參照?qǐng)D4和圖5，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法描述如下。

如圖4所示，所述控制單元100可根據(jù)所述編碼器110在步驟S200輸出的信號(hào)來(lái)檢測(cè)電機(jī)的機(jī)械角。即，所述編碼器110可根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出脈沖。所述控制單元100可通過(guò)所述脈沖檢測(cè)電機(jī)的位置或機(jī)械角。

然后，在步驟S210，所述控制單元100可根據(jù)在步驟S200所測(cè)得的機(jī)械角，估算電機(jī)的實(shí)際角。即，當(dāng)所述控制單元100根據(jù)檢測(cè)到的機(jī)械角估算電機(jī)的實(shí)際角時(shí)，所述控制單元100不僅可以更加準(zhǔn)確地確定電機(jī)實(shí)際位置，還能讓電機(jī)角度的斜率更為平滑。參照?qǐng)D5，下面將更加詳細(xì)地描述步驟S210。

如圖5所示，所述控制單元100可在步驟S300測(cè)量電機(jī)的角速度。例如，所述控制單元100可以通過(guò)反饋控制來(lái)估算電機(jī)的角速度。即，由于所述控制單元100在電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算過(guò)程中計(jì)算電機(jī)的角速度將在下面描述，則可反饋該角速度以估算電機(jī)的角速度。

然后，在步驟S310，所述控制單元100可根據(jù)在步驟S300所測(cè)得的角速度求出修正角。該修正角可指示出檢測(cè)到的機(jī)械角與電機(jī)的實(shí)際位置之間的差的估計(jì)值。即，所述控制單元100可以用估算出的角速度乘以修正時(shí)間Δt以計(jì)算修正角。此時(shí)，修正時(shí)間可以通過(guò)所述控制單元100的采樣時(shí)間以及檢測(cè)到所述編碼器110的輸出信號(hào)的時(shí)間計(jì)算出。所述采樣時(shí)間可以表明測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的時(shí)間間隔。

在步驟S310之后，在步驟S320，所述控制單元100可根據(jù)在步驟S310計(jì)算出的修正角估算電機(jī)的實(shí)際角。例如，所述控制單元100可以將該修正角與檢測(cè)到的機(jī)械角相加，從而估算出電機(jī)的實(shí)際角。

在圖4步驟S210之后，在步驟S220，所述控制單元100可以對(duì)在步驟S210估算出的實(shí)際角進(jìn)行微分，從而計(jì)算角速度和RPM。例如，所述控制單元100可以將估算出的實(shí)際角相對(duì)時(shí)間進(jìn)行微分，從而計(jì)算角速度，然后將計(jì)算出的角速度轉(zhuǎn)化為RPM，從而計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。

然后，在步驟S230，所述控制單元100可對(duì)在步驟S220計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)速執(zhí)行低通濾波。即，所述控制單元100可以通過(guò)濾波消除來(lái)自計(jì)算出的電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)中的噪音。此時(shí)，濾波頻率可以比在常規(guī)方法中增加。

如此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例以測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的裝置和方法可以通過(guò)編碼器檢測(cè)出的電機(jī)的機(jī)械角估算電機(jī)的實(shí)際角，并通過(guò)估算出的實(shí)際角計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。故此，即便使用了低分辨率編碼器，所述裝置和方法仍可保障轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確性。

雖然以示意為目的披露了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將可理解的是，在不偏離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神的前提之下，依然可以做出各種修改、添加和替換。