CN104811106B - 直流电机闭环控制的方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及现金处理机技术领域，尤其涉及一种直流电机闭环控制的方法和***，所述方法包括：通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；所述滤波数据转换成速度值，通过周期波动处理单元对所述速度值进行处理，再经均衡处理单元提取到一个速度平均值；通过PID运算模块将所述速度平均值转换成PWM值；将所述PWM值反馈给驱动模块，以调节直流电机的速度，本发明剔除了采样数据中的异常值，并对采样数据进行周期离散和均衡，降低了采样数据的波动，使最后输出的PWM值更符合实际运行效果，使直流电机的驱动更加稳定，挖钞速度更均匀。

Description

直流电机闭环控制的方法和***

技术领域

本发明涉及现金处理机技术领域，具体涉及一种直流电机闭环控制的方法和***。

背景技术

在ATM取款机等现金处理机上挖钞时，一般是通过直流电机对挖钞的速度进行控制，主要是通过采样直流电机当前的挖钞速度，经过一系列数据的转换反馈给驱动回路，驱动回路再根据这一数据调节直流电机的速度，使挖钞速度趋向平稳，具体操作是：在电源连接下，驱动回路驱动直流电机运转，平均挖一次钞，直流电机的3个霍尔元件输出24个速度的正弦波，正弦波经过驱动回路的编码单元转换成24个方波；MCU通过ADC采样电路对方波进行采样，根据采样的结果计算出当前电机的运行速度；将采样速度同理论速度进行PID计算，获取到输出给驱动回路的PWM数值，由驱动回路驱动直流电机速度的改变，其控制结构图如图1所示。

在现有技术中，方波数据在CPU内的处理主要是包括采样模块和PID模块，采样模块对挖钞的速度进行采样，再通过PID模块进行调节，最后反馈给驱动回路以调节电机运行速度。但这种方法由于ADC的采样精度、直流电机的速度波动、负载的变化等因素导致采样的数据存在一定的波动，或者存在不符合标准的采样数据，如果直接将采样数据通过比例、积分、微分控制模块（PID模块）进行计算，换算出PWM，对电机进行驱动的话，会降低电机运行的稳定性和响应性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种直流电机闭环控制的方法和***，能够提高直流电机的稳定性和响应性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种直流电机闭环控制的方法，包括：

通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；

将所述滤波数据转换成速度值，通过周期波动处理单元对所述速度值进行处理，再经均衡处理单元提取到一个速度平均值；

所述速度平均值经过PID（Proportion Integration Differentiation，比例积分微分）运算模块转换成PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）值；

将所述PWM值反馈给驱动模块，以调节直流电机的速度。

其中，所述通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据之前还包括：

MCU（Micro Control Unit，微控制单元）通过ADC（Analog-to-DigitalConverter，模数变换器）采样电路对编码单元输出的方波进行采样。

其中，所述异常数据是指采样数据中超过预设的阈值的数据。

其中，所述周期波动处理单元用于对所述速度值进行周期离散；所述均衡处理单元用于将离散后的速度值进行周期均衡。

其中，所述速度值的计算公式为：

V = T * F / (PulsePer * PulseWidth)

其中，V为速度值；T为分钟与秒的进率，为常值60；F为当前采样频率；

PulsePer为脉冲周期个数，为常值24；PulseWidth为采样脉冲宽度。

其中，所述PID运算模块包括PID运算单元和定点处理运算单元，所述PID运算单元采用位置式PID算法将所述速度平均值转换为PWM值；所述定点处理运算单元采用定点乘除法的控制模式。

一种直流电机闭环控制的***，包括：采样数据处理模块、

数据二次处理模块、PID运算模块和驱动模块，所述采样数据处理模块包括滤波单元，所述数据二次处理模块包括滤波数据处理单元、周期波动处理单元和均衡处理单元；

所述滤波单元，用于对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；

所述滤波数据处理单元，用于将所述滤波数据转换成速度值；

所述周期波动处理单元，用于对所述速度值进行处理；

所述均衡处理单元，用于根据所述速度值提取到一个速度平均值；

所述PID运算模块，用于将所述速度平均值转换成PWM值；

所述驱动模块，用于接收所述PWM值，并根据所述PWM值调节直流电机的速度。

其中，所述采样数据处理模块还包括采样单元，所述采样单元内设置有ADC采样电路，所述ADC采样电路用于对编码单元输出的方波进行采样。

其中，所述滤波数据处理单元内设置有速度值计算器，所述速度值的计算公式为：

V = T * F / (PulsePer * PulseWidth)

其中，V为速度值；T为分钟与秒的进率，为常值60；F为当前采样频率；

PulsePer为脉冲周期个数，为常值24；PulseWidth为采样脉冲宽度。

其中，所述PID运算模块包括PID运算单元和定点处理运算单元，所述PID运算单元采用位置式PID算法将所述速度平均值转换为PWM值；所述定点处理运算单元采用定点乘除法的控制模式。

本发明的有益效果为：一种直流电机闭环控制的方法和***，所述方法包括：通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；所述滤波数据转换成速度值，通过周期波动处理单元对所述速度值进行处理，再经均衡处理单元提取到一个速度平均值；通过PID运算模块将所述速度平均值转换成PWM值；将所述PWM值反馈给驱动模块，以调节直流电机的速度，本发明在处理采样数据时，按照顺序执行的方式将整个处理过程分为采样数据处理、数据二次处理和PID运算控制三个步骤来进行，剔除了采样数据中的异常值，并对采样数据进行周期离散和均衡，降低了采样数据的波动，使最后输出的PWM值更符合实际运行效果，使直流电机的驱动更加稳定，挖钞速度更均匀。

附图说明

图1是现有技术提供的直流电机闭环控制的***控制结构图。

图2是本发明实施例一提供的一种直流电机闭环控制的方法流程图。

图3是本发明实施例二提供的一种直流电机闭环控制的***结构图。

具体实施方式

下面结合图2及图3并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图2是本发明实施例一提供的一种直流电机闭环控制的方法流程图。

一种直流电机闭环控制的方法，包括：

步骤110、通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；

步骤120、将所述滤波数据转换成速度值，通过周期波动处理单元对所述速度值进行处理，再经均衡处理单元提取到一个速度平均值；

步骤130、通过PID运算模块将所述速度平均值转换成PWM值；

步骤140、将所述PWM值反馈给驱动模块，以调节直流电机的速度。

在本实施例中，在处理现金处理机的采样数据时，按照顺序执行的方式将整个处理过程分为采样数据处理、数据二次处理和PID运算控制三个步骤来进行，具体是在原本的采样单元和PID运算模块的基础上，增加了滤波单元、周期波动处理单元、周期均衡处理单元和定点处理运算单元，剔除了采样数据中的异常值，并对采样数据进行周期离散和均衡，降低了采样数据的波动，使最后输出的PWM值更符合实际运行效果，使直流电机的驱动更加稳定，挖钞速度更均匀。

在本实施例中，所述滤波单元的作用是对采样数据进行分析，将采样数据中的异常值剔除，得到滤波数据，所述异常数据是指采样数据中超过预设的阈值的数据，在本实施例中，所述预设的阈值为采样数据平均值的0.9倍至1.1倍，也即若有数据小于采样数据平均值的0.9倍或大于采样数据平均值的1.1倍，即为异常数据，例如对一组连续的霍尔反馈信号进行数据采样，采样得到的数据为：5600、5640、5700、5590、5580、6800、5630……，那么滤波单元就会将6800这个数据进行滤除，并将该数据修改为采样的均衡值。

在本实施例中，所述通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据之前还包括：

步骤100、MCU通过ADC采样电路对编码单元输出的方波进行采样，所述编码单元用于将直流电机输出的正弦波转换为方波信号。

在本实施例中，所述周期波动处理单元用于对所述速度值进行周期离散，在现金处理机挖钞的过程中，每次的挖钞都可以看成一个往复的过程，在这个过程中采样的数据是有周期性的；所述均衡处理单元用于将离散后的速度值进行周期均衡，降低速度值的波动，是对采样数据的修正过程。

在本实施例中，所述速度值的计算公式为：

V = T * F / (PulsePer * PulseWidth)

其中，V为速度值；T为分钟与秒的进率，为常值60；F为当前采样频率；

PulsePer为脉冲周期个数，为常值24；PulseWidth为采样脉冲宽度。

在本实施例中，所述PID运算模块包括PID运算单元和定点处理运算单元，所述PID运算单元采用位置式PID算法将所述速度平均值转换为PWM值；所述定点处理运算单元采用定点乘除法的控制模式。

在本实施例中，在运算过程中由于MCU控制精度的问题，如果直接计算会导致计算结果的误差较大，所以引入了定点处理运算单元，定点运算的作用是将MCU的运算精度提高，设计中采用了定点乘除法的控制模式，将控制精度提高10位。

在本实施例中，所述位置式PID算法的计算公式如下：

pstBSMPIDPrm->dCurrError = SetSpeed - ulCcpSpeed;

pstBSMPIDPrm->dSumError += pstBSMPIDPrm->dCurrError;

pstBSMPIDPrm->dLastError =

pstBSMPIDPrm->dCurrError - pstBSMPIDPrm->dPrevError;

//计算脉冲宽度

dPWMPulseWidth =

pstBSMPIDPrm->dCurrError * pstBSMCntPrm->dProportion

+ pstBSMPIDPrm->dSumError * pstBSMCntPrm->dIntegral

+ pstBSMPIDPrm->dLastError * pstBSMCntPrm->dDerivative; pstBSMPIDPrm->dPrevError = pstBSMPIDPrm->dCurrError;

其中：SetSpeed为设置速度，ulCcpSpeed为计算后得到的速度，pstBSMPIDPrm->dCurrError为当前速度误差，pstBSMPIDPrm->dSumError为速度误差累积和，pstBSMPIDPrm->dLastError为本次误差与上次误差的差值，pstBSMPIDPrm->dPrevError为上次误差，dPWMPulseWidth为脉冲计算的宽度信息，pstBSMCntPrm->dProportion为参数P，pstBSMCntPrm->dIntegral为参数I，pstBSMCntPrm->dDerivative为参数D。

实施例二

如图3所示，一种直流电机闭环控制的***，包括：采样数据处理模块、

数据二次处理模块、PID运算模块和驱动模块，所述采样数据处理模块包括滤波单元，所述数据二次处理模块包括滤波数据处理单元、周期波动处理单元和均衡处理单元；

所述滤波单元，用于对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；

所述滤波数据处理单元，用于将所述滤波数据转换成速度值；

所述周期波动处理单元，用于对所述速度值进行处理；

所述均衡处理单元，用于根据所述速度值提取到一个速度平均值；

所述PID运算模块，用于将所述速度平均值转换成PWM值；

所述驱动模块，用于接收所述PWM值，并根据所述PWM值调节直流电机的速度。

在本实施例中，所述采样数据处理模块还包括采样单元，所述采样单元内设置有ADC采样电路，所述ADC采样电路用于对编码单元输出的方波进行采样。

在本实施例中，所述***还包括编码单元，所述编码单元用于将直流电机输出的正弦波转换为方波信号。

在本实施例中，所述滤波数据处理单元内设置有速度值计算器，所述速度值的计算公式为：

V = T * F / (PulsePer * PulseWidth)

其中，V为速度值；T为分钟与秒的进率，为常值60；F为当前采样频率；

PulsePer为脉冲周期个数，为常值24；PulseWidth为采样脉冲宽度。

在本实施例中，所述PID运算模块包括PID运算单元和定点处理运算单元，所述PID运算单元采用位置式PID算法将所述速度平均值转换为PWM值；所述定点处理运算单元采用定点乘除法的控制模式。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流电机闭环控制的方法，其特征在于，包括：

通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；所述异常数据是指采样数据中超过预设的阈值的数据，所述预设的阈值为采样数据平均值的0.9倍和1.1倍，即数据小于采样数据平均值的0.9倍或大于采样数据平均值的1.1倍则为异常数据；

将所述滤波数据转换成速度值，通过周期波动处理单元对所述速度值进行处理，再经均衡处理单元提取到一个速度平均值；所述周期波动处理单元用于对所述速度值进行周期离散；所述均衡处理单元用于将离散后的速度值进行周期均衡；

通过PID运算模块将所述速度平均值转换成PWM值；所述PID运算模块包括PID运算单元和定点处理运算单元，所述PID运算单元采用位置式PID算法将所述速度平均值转换为PWM值；所述定点处理运算单元采用定点乘除法的控制模式；

将所述PWM值反馈给驱动模块，以调节直流电机的速度。

2.根据权利要求1所述的一种直流电机闭环控制的方法，其特征在于，所述通过滤波单元对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据之前还包括：

MCU通过ADC采样电路对编码单元输出的方波进行采样。

3.根据权利要求1所述的一种直流电机闭环控制的方法，其特征在于，所述速度值的计算公式为：

V＝T*F/(PulsePer*PulseWidth)

其中，V为速度值；T为分钟与秒的进率，为常值60；F为当前采样频率；PulsePer为脉冲周期个数，为常值24；PulseWidth为采样脉冲宽度。

4.一种直流电机闭环控制的***，其特征在于，包括：采样数据处理模块、数据二次处理模块、PID运算模块和驱动模块，所述采样数据处理模块包括滤波单元，所述数据二次处理模块包括滤波数据处理单元、周期波动处理单元和均衡处理单元；

所述滤波单元，用于对采样数据进行过滤，剔除其中异常数据，得到滤波数据；所述异常数据是指采样数据中超过预设的阈值的数据，所述预设的阈值为采样数据平均值的0.9倍和1.1倍，即数据小于采样数据平均值的0.9倍或大于采样数据平均值的1.1倍则为异常数据；

所述滤波数据处理单元，用于将所述滤波数据转换成速度值；

所述周期波动处理单元，用于对所述速度值进行周期离散；

所述均衡处理单元，用于将离散后的速度值进行周期均衡得到一个速度平均值；

所述PID运算模块，用于将所述速度平均值转换成PWM值；所述PID运算模块包括PID运算单元和定点处理运算单元，所述PID运算单元采用位置式PID算法将所述速度平均值转换为PWM值；所述定点处理运算单元采用定点乘除法的控制模式；

所述驱动模块，用于接收所述PWM值，并根据所述PWM值调节直流电机的速度。

5.根据权利要求4所述的一种直流电机闭环控制的***，其特征在于，所述采样数据处理模块还包括采样单元，所述采样单元内设置有ADC采样电路，所述ADC采样电路用于对编码单元输出的方波进行采样。

6.根据权利要求4所述的一种直流电机闭环控制的***，其特征在于，所述滤波数据处理单元内设置有速度值计算器，所述速度值的计算公式为：

V＝T*F/(PulsePer*PulseWidth)

其中，V为速度值；T为分钟与秒的进率，为常值60；F为当前采样频率；PulsePer为脉冲周期个数，为常值24；PulseWidth为采样脉冲宽度。