本发明涉及电机测速领域，特别是一种精确的电机测速方法。
背景技术：
通常，为了测量电机的速度，需要在电机内部安装一些传感器，但会降低电机的运行可靠性，甚至有些电机也不能在内部安装传感器。目前，国内外常用的速度测量方法有光电码盘速度测量方法、霍尔元件速度测量方法、离心速度计速度测量方法、速度测量发电机速度测量方法、漏磁速度测量方法、闪光速度测量方法、振动速度测量方法。
典型的测频方法(M法)和测量周期(T法)。M该方法是将测量单位时间内的脉数转换为频率，由于测量时间内的半脉冲问题，可能会出现两脉误差。当速度较低时，由于测量时间内脉冲数量减少，误差比例增大，因此M法应测量高速。为了降低测量速度下限，可以增加编码器线数或增加测量单位时间，使一次采集的脉冲数尽可能多。T该方法是将两个脉冲之间的时间转换为周期，以获得频率。由于半时间单位的问题，可能会有一个时间单位的误差。当速度较高时，该方法测量周期较小，误差比例较大，因此T法应测量低速。为了增加速度测量的上限，可以减少编码器的脉冲数，或者使用更小、更准确的计时单元，使一次测量的时间值尽可能大。由此可知，M法、T该方法各有优缺点和适应范围，但由于编码器线数不能无限增加，测量时间不能太长（需要考虑实时性），计时单位不能无限小，两种速度测量方法都不能胜任全速测量。
其中，与转子电流相关的是漏磁测速法，利用轴端漏磁感应的与转子电流频率相关的电势来测量转子电流频率，从而获得电机转速。现有技术需要安装内部传感器或者需要进行调理和分离操作去除定子电流漏磁及谐波漏磁对感应信号的影响，才能得到转子电流频率。但在电机内部安装传感器往往会使电机运行的可靠性很低，无法满足社会的需要。同时，当需要调节和分离检测信号时，处理时间长，误差大，不能满足速度测量的需要。
技术实现要素：
本发明的目的是提供准确的电机速度测量方法，以解决传感器内部安装不可靠、测量速度慢、误差大的问题。
本发明提供了一种精确的电机速度测量方法，包括电机、电流采集和处处
理模块和数据运算模块，所述电流采集与处理模块的采集端与电机的转子绕组外部端子
电流采集与处理模块的输出端与数据操作模块连接，测速方法如下：
步骤1：电流采集和处理模块同时采集电机转子绕组外端子的电流和电流噪声信号，获得电流信号I和电流噪声信号I’；
步骤2：电流采集和处理模块采集电流信号I和电流噪声信号I采用噪声因子消除法操作，处理后收集电流信号I采用以下噪声因子消除法算式：
I”＝I－k*(In－In-1)*I’
其中，I为处理采集电流信号，In和In-两个相邻的电流信号，k噪声因子，k取200，I为电流噪声信号；
第三步:采用预测定值法对电流采集和处理模块进行处理I收集和确定电流信号II传输到数据处理模块；
步骤4：数据处理模块采集确定电流I零点检测，将检测到的零点和相应的时间点存储在数组中a；
第五步：数据处理模块采用丢弃法确定收集电流I进行极值点检测，将极值点和相应时间存储在数组中b；
第六步:按时间顺序合并数组a和数组b，连接相邻零点和极值点，检测曲线；
步骤7：根据检测曲线上的零点和极值点计算周期T，得到频率f＝1/T；
步骤8：根据频率f计算电机转速。
上述方案中，优选的是步骤3预测定值法的具体过程为：
步骤3.1:电流采集与处理模块预设间隔点的处理采集电流信号最大误差e；
步骤3.2:当电流采集和处理模块获得第一处理采集电流信号时，不进行处理。当接收第二处理采集电流信号时，将第二处理采集电流信号与第一处理采集电流信号进行比较；
步骤3.3：把步骤3.2中的差值比较结果取绝对值，并与最大误差e进行比较。当比较结果取最大误差e时，第二个处理采集电流信号为准确信号，作为下一个比较的参考值。当比较结果取最大误差e时，第二个处理采集电流信号的准确信号为第一个处理采集电流信号 最大误差e，并作为下一个比较信号的参考值。
在上述方案中，首选的是突然30点的检测过程是将检测信号等于零点或检测到正数点后面的负数点或负数点后面的正数点。当检测信号等于零点时，相应的时间是收集的时间点，当这两点等于零点作为检测的零点时，相应时间=前一点的时间 (后一点采集时间-前一点采集时间)/两点绝对值之和*前一点的绝对值。
在上述方案中，首选步骤4中极值点检测的具体过程是比较滤波信号。当该点信号的前信号和后信号小于或大于该点信号时，该点为极值点，极值点的相应时间为该点的采集时间。
在上述方案中，首选步骤5合并数组a和数组b的过程是根据数组a和数组b中的相应时间点一次排列数组a和数组b中的零和极值点。
在上述方案中，首选步骤7计算电机转速的具体过程，
电机转速公式
转子电流与定子电流频率的关系
f2＝sf1
转速可以用转子电流表示如下
其中，n为电机转速，p对于电机磁极对数，可以查看电机参数，s为转差率，f1是定子电流频率，也是电源频率(一般50Hz或60Hz)，f二是转子电流频率，从而计算电机转速。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用电流采集和处理模块采集电机转子绕组外端子的电流，使无需在电机内部安装传感器，使测量速度非常可靠。同时，采用预测滤波法过滤采集的电流，使采集的信号更准确，误差更小，采集的信号检测零点和极点，使检测周期更准确，测量速度更准确。
本发明除上述目的、特征和优点外，还有其他目的、特征和优点。以下是对本发明的进一步详细说明。
附图说明
构成本申请的部分附图用于提供对本发明的进一步理解。本发明的示意实施例及其说明不构成对本发明的不当限制。在附图中：
图1是本发明首选实施例的结构框图；
图2是本发明首选实施例的电机转速图；
图3是本发明首选实施例采集未处理的转子电流；
图4是本发明首选实施例处理后的转子电流；
图5是本发明首选实施例的转子电流频率图；
图6是本发明首选实施例计算转速与实际转速的对比图。
具体实施方式
本发明的实施例结合发明的实施例，但本发明可以根据权利要求限制和覆盖的各种方式实施。
如图1所示，测速装置包括电机、电流采集与处理模块和数据操作模块。电流采集与处理模块的采集端与电机转子绕组外端子连接，用于采集电机转子的电流。电流采集和处理模块的输出端连接到数据处理模块，电流采集和处理模块去除收集到的电流信号，并将其传输到数据处理模块，以计算电机的转速。电流采集和处理模块可以是电流传感器和采集信号处理电路，也可以是电路采集电路和采集信号处理电路。采集通过周期T采集，记录采集时间，精确到小数点的最后四个。电路采样电路包括电流信号采样端和噪声信号采样端。
电机转子的外部设置a、b、c三个转子绕组端子与电流采集和处理模块连接。数据处理模块主要包括微处理器，使用微处理器FPGA芯片或STM32系列单片机芯片主要用于数据处理和数据计算，电机转速按算法计算。
测速方法的具体过程如下：
步骤1：电流采集和处理模块同时采集电机转子绕组外端子的电流和电流噪声信号，获得电流信号I和电流噪声信号I。电流信号采样端采集电流信号，噪声信号采样端采集电流噪声信号。
步骤2：电流采集和处理模块采集电流信号I和电流噪声信号I采用噪声因子消除法操作，处理后收集电流信号I”。
噪声因子消除法的具体过程如下：
I”＝I－k*(In－In-1)*I’
其中，I为处理采集电流信号，In和In-两个相邻的电流信号，k噪声因子，k
取2，I作为电流噪声信号。例如，当k＝0.05时，In＝5.0000mA，In-1＝4.9990mA，I’＝0.0300mA，采集电流信号的处理I”＝5.0000mA－0.05*(5.0000mA－4.9990mA)*0.0300mA＝4.9936mA。
第三步:采用预测定值法对电流采集和处理模块进行处理I收集和确定电流信号II传输到数据处理模块。
预测定值法的具体过程如下：
步骤3.1:电流采集处理模块预设间隔点处理采集电流信号最大误差e，比如是0.0003mA。
步骤3.2：当电流采集和处理模块获得第一处理采集电流信号时，不进行处理。当接收第二处理采集电流信号时，将第二处理采集电流信号与第一处理采集电流信号进行差值比较。当采集的第一处理采集电流信号为4时.9936mA，收集的第二个处理电流信号为4.9938mA。这两个信号的差值为0.0002mA。
步骤3.3：把步骤3.2中的差值比较结果取绝对值，并与最大误差e进行比较。当比较结果取最大误差e时，第二个处理采集电流信号为准确信号，作为下一个比较的参考值。当比较结果取最大误差e时，第二个处理采集电流信号的准确信号为第一个处理采集电流信号 最大误差e，并作为下一个比较信号的参考值。是时候为0了.0002mA小0.0003mA，第二个信号4.9927mA作为收集的真实信号，作为与下一个相比的参考信号，重复上述对比操作。是时候为0了.0002mA小0.0003mA，第二个信号4.9927mA作为采集的真是信号，同时并作为与下一个相比的参考信号，反复上面的对比的操作。实现一个很好的软件滤波处理，提高采集信号的稳定性。
步骤3：数据处理模块对滤波信号进行零点检测，把检测的零点和相应的时间点存入数组a。把检测的信号等于零的点或者检测到一个正数点后面一个负数点或者一个负数点后面一个正数点时，取这两个点的间的零点为检测的零点，当检测的信号等于零的点时，相应的时间为采集的时间点，当取这两个点的间的零点为检测的零点时，相应时间＝前一个点的时间+(后一个点的采集时间－前一个点的采集时间)/两个点绝对值之和*前一个点的绝对值。比如刚好采集一个信号为0.0000mA时，则这个点就是为零点。但是当检测到一个点是0.0002mA，该点的时间为1.0025S，下一个点是－0.0001mA时，该点的时间为1.0050S时，侧用上面公式可以算出零点的时间＝1.0025S+(1.0050S－1.0025S)/(0.0002mA+0.0001mA)*0.0001mA，所以该点的时间点应该为1.0058S。步骤4：数据处理模块采用丢弃法对滤波信号进行极值点检测，把检测的极值点和相应的时间存入数组b。把滤波信号进行一次比较，当该点信号的前面一个信号和后面一个信号均比该点信号小或大时，该点为极值点，极值点的相应时间为该点的采集时间。比如检测到三个数据分别为0.0350mA，0.0353mA和0.0350mA时，这时0.0353mA就是为极点，或者是检测到是哪个数为－0.0350mA，－0.0353mA和－0.0350mA时，这时－0.0353mA就是为极点。
步骤5：把数组a和数组b按照时间顺序把合并，把相邻的零点和极值点进行连线得到检测曲线。合并数组a和数组b的过程为，按照数组a和数组b内的相应时间点进行把数组a和数组b中的零点和极值点进行一次排列。比如有是哪个零点时间分别为1.0025S，1.1025S和1.2025S时，对应的是三个极点的时间为1.0525S，1.0525S和1.2525S时，这三个点的时间对应的相邻的零点和极点连接起来。
步骤6：根据检测曲线上的零点和极值点算出周期T，得到频率f＝1/T。由步骤5知道周期T为0.2000S，从频率也可以算出来。
步骤7：根据频率f算出电机的转速。电机的转速的具体过程为，
电机转速公式
转子电流与定子电流频率关系
f2＝sf1
则可将转速用转子电流表示如下
其中，n为电机转速，p为电机磁极对数，查看电机参数可得，s为转差率，f1为定子电流频率，也是电源频率(一般50Hz或60Hz)，f2为转子电流频率，从而可以算出电机转速。具体的数据代入进行验算，根据公式可以迅速知道电机的转速。上面的举例数据为实验数据，不能代表实践中的或生产过程的数据，相对实践数据进行了一定比例的缩小。
如图2所示，在实验仿真时间为3s，包括电机启动，加速减速过程(1.5s时人工控制开始减速，2s时开始加速，从图中可以很好的看出电机实际转速的情况。
如图3所示，为刚刚开始采集的转子电流的曲线图，由于没有进行滤波处理，从而使得有很多的高清信号。如果直接用这个信号进行计算会使得精算结果非常不准确。可以看出电机稳定后，转子电流是稳定的正弦波但包含高频杂波，1.5减速后频率增加，2s加速后频率降低。
如图4所示，为经过本发发明的算法进行滤波处理后，可以看出高频信号已经除去，信号变得光滑。从经过滤波后的数据进行测算，可以很好的提高精度。
如图5所示，为转子电流频率图，可以看出变化趋势与实际中是一致的，启动后转子电流频率迅速降低直到电机稳定。
如图6所示，计算转速与实际转速对比图，可以看出计算转速能够实现转速的跟踪测量。
本申请传感器得到的信号仅与转子电流频率相关，这与漏磁测速法不同，不需要各种调理电路去除定子电流漏磁及谐波漏磁对感应信号的影响。
本发明通过matlab仿真实验，验证了通过转子电流测量转速的方法有效性，可以实现转速的跟踪测量。通过转子电流计算转速，方法实现简单。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。