本發(fā)明屬于工程機(jī)械測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電瓶正極電壓的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

工程機(jī)械廣泛用于建筑、水利、電力、道路、礦山、港口和國(guó)防等工程領(lǐng)域，工程機(jī)械一般由發(fā)動(dòng)機(jī)為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)是工程機(jī)械的心臟。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，關(guān)系到單位時(shí)間內(nèi)做功次數(shù)的多少或發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率的大小，轉(zhuǎn)速是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要指標(biāo)。工程機(jī)械大部分發(fā)動(dòng)機(jī)故障都會(huì)在轉(zhuǎn)速上體現(xiàn)出來(lái)，所以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量很關(guān)鍵。

目前測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大部分采用安裝在曲軸上的信號(hào)盤(pán)來(lái)測(cè)量的，有三種類(lèi)型，分別為電磁脈沖式、霍爾效應(yīng)式和光電式，其基本原理都是信號(hào)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器會(huì)輸出脈沖信號(hào)，由脈沖的頻率計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種方法很直接有效，但是需要在發(fā)動(dòng)機(jī)特定位置安裝傳感器，一方面安裝復(fù)雜、一方面成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法安裝復(fù)雜和成本高的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于電瓶正極電壓的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，所述發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)會(huì)通過(guò)皮帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，進(jìn)而為電瓶充電；

所述發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，包括如下步驟：

(1)對(duì)電瓶的正極電壓進(jìn)行隔直處理，采集電瓶正極電壓的交流分量得到電壓數(shù)組A1，進(jìn)而對(duì)所述電壓數(shù)組A1進(jìn)行低通濾波后得到電壓數(shù)組A2；

(2)對(duì)所述電壓數(shù)組A2進(jìn)行快速傅里葉變換得到頻譜數(shù)組B；

(3)對(duì)所述頻譜數(shù)組B進(jìn)行波峰檢測(cè)得到多個(gè)波峰簇，所述波峰簇由一波峰元素及其在頻譜數(shù)組B中的序號(hào)組成；

(4)使各波峰簇按波峰元素大小降序排列后組成波峰簇?cái)?shù)組C；

(5)根據(jù)波峰簇?cái)?shù)組C中的前兩個(gè)波峰簇計(jì)算出電瓶正極電壓的頻率，該頻率即為發(fā)電機(jī)的發(fā)電頻率；由于發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)，進(jìn)而根據(jù)傳動(dòng)比以及所述發(fā)電頻率計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

所述步驟(1)中以一定的采樣頻率和采樣時(shí)長(zhǎng)對(duì)電瓶正極電壓的交流分量進(jìn)行采集，得到由n個(gè)電壓值元素所組成的電壓數(shù)組A1，并對(duì)其中各電壓值元素按采樣時(shí)刻依次編號(hào)，n為大于1的自然數(shù)。

所述步驟(3)中對(duì)頻譜數(shù)組B進(jìn)行波峰檢測(cè)的具體方法為：對(duì)于頻譜數(shù)組B中的任一元素B_i，若元素B_i比前一元素B_i-1大同時(shí)也比后一元素B_i+1大，則元素B_i即為波峰元素，進(jìn)而使元素B_i及其在頻譜數(shù)組B中的序號(hào)i組合成一個(gè)波峰簇{B_i,i}；依此遍歷頻譜數(shù)組B中的所有元素，得到多個(gè)波峰簇。

所述步驟(5)中計(jì)算電瓶正極電壓頻率的具體過(guò)程如下：

a.記波峰簇?cái)?shù)組C中的前兩個(gè)波峰簇分別為{B_x,x}和{B_y,y}，其中B_x和x分別為組成第一個(gè)波峰簇的波峰元素及其在頻譜數(shù)組B中的序號(hào)，B_y和y分別為組成第二個(gè)波峰簇的波峰元素及其在頻譜數(shù)組B中的序號(hào)；

b.計(jì)算數(shù)值M＝max(x,y)/min(x,y)，若Dthreshold≤M≤Uthreshold，則記為T(mén)rue，否則記為False；其中Uthreshold和Dthreshold分別為設(shè)定的上限閾值和下限閾值，max()表示取最大值，min()表示取最小值；

c.若步驟b中的判斷結(jié)果為T(mén)rue，則電瓶正極電壓的頻率F＝2min(x,y)；若步驟b中的判斷結(jié)果為False，則電瓶正極電壓的頻率F＝2x。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)不需要額外安裝傳感器，可以減少成本。

(2)可快速直接采集電瓶正極電壓即可測(cè)量出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

附圖說(shuō)明

圖1為電瓶正極電壓隔直后的電壓波形圖。

圖2為對(duì)隔直后的電壓數(shù)組進(jìn)行濾波后的電壓波形圖。

圖3為對(duì)濾波后的電壓數(shù)組進(jìn)行FFT頻譜分析后的頻譜圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

挖機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，會(huì)通過(guò)皮帶帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，給電瓶充電，電瓶正極電壓信號(hào)中蘊(yùn)含發(fā)電機(jī)的交流信號(hào)，所以把電瓶正極電壓接到控制器中，控制器首先對(duì)電瓶電壓隔直處理，采集處理后的交流部分，采樣頻率為5000Hz，采樣時(shí)長(zhǎng)為0.5s，采集得到電壓數(shù)組A1，電壓數(shù)組A1中包含2500個(gè)元素，如圖1所示，然后對(duì)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)以下算法得到當(dāng)次電瓶電壓的頻率F，這個(gè)頻率也是發(fā)電機(jī)的發(fā)電頻率，發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1：2，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N＝30F，這樣即可計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N。

下面我們以神鋼SK250挖機(jī)為例，具體介紹本發(fā)明算法過(guò)程如下：

步驟一：對(duì)采集得到的電壓數(shù)組A1進(jìn)行濾波處理，使用截止頻率為150Hz的低通濾波器，濾波后得到電壓數(shù)組A2，電壓數(shù)組A2也有2500個(gè)元素，如圖2所示。

步驟二：對(duì)步驟一中濾波后得到的電壓數(shù)組A2進(jìn)行FFT(快速傅里葉變換)頻譜分析，得到頻譜數(shù)組B，頻譜數(shù)組B中包含1250個(gè)元素，如圖3所示。

步驟三：對(duì)步驟二中的頻譜數(shù)組B進(jìn)行波峰查找，即對(duì)數(shù)組中的每個(gè)元素與前一個(gè)元素和后一個(gè)元素進(jìn)行比較，如果該元素B_i比前一個(gè)元素B_i-1大同時(shí)也比后一個(gè)元素B_i+1大，那么該元素B_i即是波峰元素，此時(shí)把該元素B_i以及該元素下標(biāo)序號(hào)i組合成一個(gè)波峰簇{B_i,i}，對(duì)頻譜數(shù)組B的每一個(gè)元素進(jìn)行比較后得到波峰簇?cái)?shù)組C1，本實(shí)施方式中得到的波峰簇?cái)?shù)組C1為[{0.00019191,2}、{0.000157649,5}、{0.000326852,9}、…]。

步驟四：對(duì)步驟三中的波峰簇?cái)?shù)組C1中各波峰簇按波峰元素大小排序，由大到小排序后得到新的波峰簇?cái)?shù)組C2，波峰簇?cái)?shù)組C2為[{0.00183897,38}、{0.00110011,76}、{0.000478537,114}、…]。

步驟五：取出步驟四中波峰簇?cái)?shù)組C2中的前兩個(gè)波峰簇，即{B_i,i}和{B_j,j}，然后計(jì)算M＝max(i,j)/min(i,j)；本實(shí)施方式中前兩個(gè)波峰簇分別為{0.00183897,38}和{0.00110011,76}，則M＝max(38,76)/min(38,76)＝2。

步驟六：對(duì)步驟五中得到的M進(jìn)行判斷，1.8≤M≤2.2，記為T(mén)rue；否則記為False。

步驟七：如果步驟六中判斷為T(mén)rue，那么電瓶電壓的頻率F＝2min(i,j)；如果步驟六中判斷為False，那么頻率F＝2i；由于本實(shí)施方式中1.8≤M＝2≤2.2判斷為T(mén)rue，那么電瓶電壓的頻率F＝2min(38,76)＝76Hz。

步驟八：由于發(fā)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1：2，那么發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N＝30F，則本實(shí)施方式中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N＝30*76＝2280r/min。

上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)上述實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。