Microchip 电动两轮车技术问答 Q&A - 如果需要对速度进行多级采样,怎么确保速度采集的抗干扰性数据的准确性?


问: 如果需要对速度进行多级采样,怎么确保速度采集的抗干扰性数据的准确性

答: 采用高阶滤波算法 或者 锁相环方案。


为什么速度多级采样会带来干扰问题?

多级采样(multi-rate sampling)是指在同一控制系统中,速度信号可能会以不同频率被采集或处理,在无传感器控制中,速度信号是通过电机模型和观测算法估算出来的,本身就会叠加电噪声、PWM 纹波、电流采样误差等干扰。

如果直接用这些“带噪”的速度估算值进入控制器,特别是在多级采样的低频环路中,噪声会放大或累积,造成控制不稳。

高阶滤波算法的作用

高阶滤波器(例如二阶低通滤波器、卡尔曼滤波器、滑模滤波等)可以在保留速度动态特性的同时,有效抑制高频噪声。

滤波器的设计重点:

  • 截止频率要足够低,滤掉 PWM 和高频纹波噪声
  • 延时要足够小,避免引入相位滞后导致控制系统变钝

PLL(锁相环)速度多级采样的抗干扰性与准确性

PLL(锁相环)的框图通常包含鉴相器(Phase Detector, PD)、环路滤波器(Loop Filter, LF)、压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator, VCO) 三大核心模块,部分场景会加入分频器或信号预处理单元。其核心逻辑是通过闭环反馈实现 “输入信号频率 / 相位” 与 “输出信号频率 / 相位” 的精准同步:

锁相环(PLL)方案的优势

PLL(锁相环)其结构(图片来源于 Microchip )

  • 相位检测器(Phase Detector):比较估算的转子位置与观测到的电压信号相位
  • 环路滤波器(Loop Filter):低通滤除高频噪声
  • 压控振荡器(VCO)或积分器:根据滤波输出调整速度和位置估算

PLL(锁相环)其核心逻辑是通过闭环反馈实现 “输入信号频率 / 相位” 与 “输出信号频率 / 相位” 的精准同步:

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