[發明專利]電機轉速軟測量方法和系統

在審

• 申請號: 202011122365.3
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112287785A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 焦長平;劉芳
• 申請（專利權）人: 常州匠心獨具智能家居股份有限公司
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/18;G06C3/00
• 代理公司: 常州格策知識產權代理事務所(普通合伙) 32481
• 代理人: 陳磊

本發明公開了一種電機轉速軟測量方法和系統，由數據采集模塊、數據檢測決策單元、電機模型參數動態辨識模塊和直流電機轉速軟測量模塊組成，實時采集直流電機的各種運行數據，在數據檢測決策模塊以及電機轉速軟測量模塊中均采用雙路并行的方式進行多重計算，并在計算后利用模糊邏輯理論以及統計學理論給出合理的置信度。通過上述方式，本發明電機轉速軟測量方法和系統，能夠形成一套完整的閉環系統，通過閉環矯正結構保證數據檢測、模型參數辨識以及轉速軟測量的精度，在每個功能模塊內部，進行兩條計算回路并行、統計置信度計算的方式，保證計算精度。

技術領域

本發明涉及直流電機轉速軟測量領域，特別是涉及一種電機轉速軟測量方法和系統。

背景技術

直流電機具有高效率、高功率以及良好的調速性能等優點，使得其在航天航空、數據機床、機器人、電動汽車以及家用設備中得到越來越多的應用。然而目前受限于越來越小的安裝空間、越來越低成本的控制維護需求、復雜多變的工作環境等使得直流電機向簡易化、小型化趨勢發展，減少傳感器的布置數量成為目前直流電機降成本、輕量化、簡易化的一個重要發展思路。

目前，直流電機的重要參數檢測設備有電流檢測、電壓檢測、轉速檢測等。其中電流檢測以及電壓檢測等電氣信號檢測設備集成度以及檢測精度均相對較高。因此通過軟測量的方式實現直流電機轉速的高精度估算是去除轉速檢測設備，降低成本的主要思路。然而，轉速的軟測量精度受到直流電機電流、電壓以及電機內部參數等相關量精度的直接影響，即直流電機電流、電壓信號污染問題以及電機內部參數時變問題均為阻礙直流電機轉速軟測量的精度。因此直接利用直流電機電流、電壓等信號以及電機銘牌上的參數進行電機轉速軟測量，其精度必將大打折扣。因此我們有必要設計一套完整的，能夠在各種復雜環境下保證直流電機轉速軟測量精度的架構以及一套架構運行機制。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種電機轉速軟測量方法和系統，能夠形成一套完整的閉環系統，通過閉環矯正結構保證數據檢測、模型參數辨識以及轉速軟測量的精度，在每個功能模塊內部，進行兩條計算回路并行、統計置信度計算的方式，保證計算精度。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種電機轉速軟測量方法，包括以下步驟：a．將數據采集模塊與直流電機連接，實時采集直流電機的電樞電流和電壓信號，并將采集得到的信號輸出至數據檢測決策模塊；b．數據檢測決策模塊根據數據采集模塊得到電流和電壓信號，對輸入的電流和電壓信號進行異常檢測與去噪處理，計算出電機中樞電壓計算值并與數據采集模塊采集得到的電機電樞電壓值的殘差統計量判斷電機中樞電流信號的質量，最后進行最終采集數據質量的決策，并將決策結果傳輸給電機轉速軟測量模塊；c．電機轉速軟測量模塊根據數據檢測決策模塊的數據對數據檢測結論的置信度進行模糊矩陣查表，得出電機轉速估算的初始權重值，通過數據檢測決策模塊的數據利用自適應無跡卡爾曼濾波算法得到電機轉速軟測量值再通過電機轉速模型公式計算電機轉速的預測值，根據上述兩個數值進行置信度調整以及計算度加權計算得到最終的電機轉速軟測量結果，并將結果輸出至電機模型參數動態辨識模塊；d．電機模型參數動態辨識模塊根據數據檢測決策模塊的輸出結論以及電機轉速軟測量模塊的輸出結果對電機模型參數進行在線更新。

在本發明一個較佳實施例中，所述步驟a中首先數據檢測決策模塊的數據檢測計算單元通過線性AR模型或者在線迭代小波分解與極大值原理方式實現直流電機電流電壓信號的異常檢測與去噪，將電機電樞電流視為時間序列，首先利用自回歸AR模型對其進行回歸擬合，AR模型如下：

其中為AR模型系數，并利用小波分解以及模極大值原理實現殘差序列的檢測，以此判斷數據采集模塊采集得到的電機中樞電流信號的質量；

然后數據檢測決策模塊的電機電氣模型計算單元利用電機電氣模型輸出的電樞電壓計算值與數據采集模塊采集得到的電機電樞電壓值的殘差統計量判斷電機中樞電流信號的質量，

直流電機的電氣模型如下：