引言

稳速控制最常见的外环反馈是编码器或测速发电机，但它们要加硬件、要占接口、要处理安装与抗干扰。对很多中低速、成本敏感的场合，能不能不加任何测速器件，就把转速稳住？答案是可以——利用有刷电机换向时回路电流天然携带的频率信息做转速自检测。

这篇讲讲自测速的物理来源、适用边界、怎么用 PID 把速度稳住，以及一个没有编码器就把传送带速度整改稳定的案例。它不是万能方案，但在合适的工况下，确实能省掉一大笔测速硬件成本。

不靠编码器，转速从哪来

有刷直流电机的电刷每经过一个换向片，电枢绕组被切换，回路电流就会产生一次可测量的波动。电机每转一周，换向次数由极数和换向片数决定，因此电流波动的频率与转速成正比。我们通过对回路电流做带通滤波、过零检测或频率估计，就能反推出转速，这就是转速自检测的原理。

它的适用边界很清楚：中低速、换向波动幅度足够被采样分辨的场景最理想，对大功率电机因为电流本身大、换向扰动相对明显，测速效果通常最佳；转速极低时换向频率过稀、单点估计误差被放大，转速极高时采样带宽又可能跟不上。所以在选型时要先判断工况是否落在自测速的舒适区。测出的转速进入 PID 闭环，就实现了自测速稳速。

把自测速和带编码器对比来看，它最大的价值其实不在省了一个传感器，而在于少了一条容易出问题的测速通道：没有编码器就没有接线、没有安装同轴度、没有码盘进灰或震裂的隐患，也就没有这些环节带来的停机与调试成本。对有刷电机这种本身就带换向扰动、又恰好扰动可用来说转速的器件，等于把一件本来会被当成噪声处理的东西，反手变成了免费的速度信息。当然这份免费是有条件的：转速不能太低、电流要够大、换向要够清晰，超出边界仍要回到编码器。

关键参数一览

表2 转速自检测与稳速关键参数

现场怎么调：自测速 + PID 稳速

自测速的难点在频率估计要稳。太短的估计窗口噪声大、转速读数跳；太长则反馈滞后，动态跟不上。我的做法是先用一个相对固定的滑动窗口把换向频率估计出来，再做一次轻度平滑，得到可用的转速反馈。采样精度是前提——电流都测不准，换向频率自然也估不稳，所以标定时要先把回采样的零点与增益校准做扎实，再谈转速估计。

PID 整定上，我建议先把系统设成纯速度闭环，用小阶跃给定观察响应：先给合适的比例让转速跟得上，再加积分消除稳态误差，最后视需要补一点微分抑制超调。稳速的直觉是：负载增加转速下降，环路自动加大输出电流把转速拉回来；负载减小转速升高，环路自动减小电流把它压回去。自测速场景下，积分项不宜过猛，否则会放大频率估计的噪声。

最容易踩的三个坑

第一个坑是拿自测速去硬扛极低速或高精度定位。换向频率在极低转速下过稀，单点估计误差被放大，速度反馈会很抖；真要极低速平稳或位置控制，应该上编码器闭环，而不是强撑自测速。

第二个坑是忽略了换向波动对采样的污染。自测速恰恰依赖电流波动，但开关纹波也是波动，两者混在一起就容易误判换向频率。要在硬件带宽、数字滤波上把换向信号从开关噪声里分离出来。

第三个坑是 PID 参数照搬带编码器的方案。编码器反馈平滑、噪声小，可以调得比较刚；自测速反馈带噪声，参数太刚会让电机一顿一顿。切换到自测速时，环路增益通常要适度收敛。

实战：无编码器传送带速度波动整改

故障现象。一条包装线传送带用普通有刷电机驱动，没有装测速器件，采用开环调压方式，结果物料轻重不同、皮带松紧变化时，带速肉眼可见地忽快忽慢，工位节拍不稳。

排查思路。开环电压控制下，负载一变转速必然变。要稳速就得有速度反馈，但客户不希望为了稳速去加装编码器和接线。我判断该电机是中低速、功率偏大，恰好落在转速自检测的舒适区，于是考虑用回路电流换向频率做无传感器测速，再闭环 PID 稳速。

参数配置。先做电流采样校准，把零点与增益标定到位，保证换向频率估得准；速度环用滑动窗口估计换向频率并轻度平滑；PID 采用较保守的比例加温和积分，避免放大测速噪声；给定转速设为工艺需要的带速。

效果对比。整改前带速随负载波动约 ±8%，节拍时快时慢；接入自测速闭环后，同样负载变化下带速稳定到 ±1.5% 以内，工位节拍恢复一致，且没有新增任何测速硬件。对成本敏感、精度要求中等的场合，这是一条很实用的路。

这里补一个量化边界，方便选型时对照：自测速在额定转速的中段最稳，转速降到很低时换向周期拉长、单位时间内可估计的换向次数太少，抖动会明显抬头；而功率太小的电机换向扰动被开关纹波淹没，反而不如大功率好测。所以如果你手上的电机既小功率又要求极低速，别硬用自测速，直接上编码器更省心。反过来，大功率、中低速、成本敏感，正是自测速的主场。

延伸阅读

自测速的精度天花板，本质上取决于回路电流采样的质量：采样越稳，换向频率估计越准，稳速波动就越小。实际选型要认清它的边界——擅长中低速、大功率的稳速场景，对极低速平稳或精确位置控制并不占优，这类工况需要更直接的转速或位置反馈手段。内容由艾思控电机驱动器有限公司整理，欢迎对照实践。