專利名稱：滯環(huán)切換的自適應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是用于安裝有增量式光電編碼器的電機(jī)的一種轉(zhuǎn)速測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、汽車、精密數(shù)控機(jī)床、航空航天等許多領(lǐng)域，通常采用光電編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)、半閉環(huán)控制。處理光電編碼器信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的常用方法有τ法、M法和MT法。T法局限于低速測(cè)量，M法局限于高速測(cè)量，MT法在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都有較好的準(zhǔn)確性，但是，如果為提高低速測(cè)量精度，選擇采樣時(shí)間偏長(zhǎng)，會(huì)降低高速段的響應(yīng)速度；如果為提高高速段的響應(yīng)速度，選擇采樣時(shí)間偏短，則降低了低速段的測(cè)量精度，因此，很難選擇一個(gè)合適的采樣時(shí)間?；讦?T法基礎(chǔ)上，一些改進(jìn)的測(cè)量方法被提出，專利CN200510010206. 3 “自適應(yīng)機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或車行速度測(cè)量”，通過(guò)兩個(gè)臨界速度和加減速狀態(tài)，選擇使用T法或M法測(cè)得的轉(zhuǎn)速作為測(cè)量轉(zhuǎn)速，既能適用于低速也能適用于高速測(cè)量，但是它分段少，不易提高高速段的快速響應(yīng)。文章“High-PerformancePosition Detection and Velocity Adaptive Measurement forClosed-Loop Position Control，，和“Accurate velocity evaluation using adaptivesampling interval ”將速度分成多段，自適應(yīng)的根據(jù)預(yù)估速度或是當(dāng)前速度,改變采樣間隔，可以提高低速測(cè)量精度，也能減少高速響應(yīng)時(shí)間，但在相鄰速度段間的切換，只使用一個(gè)切換速度，使得在這些切換速度附近產(chǎn)生速度振蕩，從而降低測(cè)量精度。因此，使用上述某一種測(cè)量方法，還不能同時(shí)解決準(zhǔn) 確性、快速性和速度振蕩之間的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)安裝有增量式光電編碼器的電機(jī)的無(wú)振蕩自適應(yīng)高精度的轉(zhuǎn)速測(cè)量，以克服現(xiàn)有電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法在準(zhǔn)確性、快速響應(yīng)性以及速度振蕩三者之間存在矛盾的缺陷。本發(fā)明的滯環(huán)切換的自適應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟001:開(kāi)始；步驟002 :利用滯環(huán)切換方法判斷轉(zhuǎn)速η屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS ；步驟003 :根據(jù)轉(zhuǎn)速段VS自適應(yīng)設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP ；步驟004 :測(cè)量NP個(gè)編碼器脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度Tb ；步驟005 :計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速η ；返回步驟002。步驟002利用滯環(huán)切換方法判斷轉(zhuǎn)速η屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS，實(shí)現(xiàn)方法是，將電機(jī)額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速分為Ν+1個(gè)轉(zhuǎn)速段，每?jī)蓚€(gè)相鄰的轉(zhuǎn)速段間切換用滯環(huán)切換，總共有N個(gè)切換滯環(huán)，設(shè)第k (k=l，2，…N)個(gè)切換滯環(huán)的上限轉(zhuǎn)速值為H(k)，下限轉(zhuǎn)速值為L(zhǎng)(k)，中間轉(zhuǎn)速值為S(k)，則VS(k-l)轉(zhuǎn)速段的轉(zhuǎn)速范圍在L (k-1)和H(k)間，VS(k)轉(zhuǎn)速段的轉(zhuǎn)速范圍在L(k)和H(k+1)間，VS (k+1)轉(zhuǎn)速段的轉(zhuǎn)速范圍在L(k+1)和H(k+2)間，其中，L(k)和H(k)間轉(zhuǎn)速既屬于VS (k-1)轉(zhuǎn)速段又屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段，形成第k個(gè)切換滯環(huán)，L (k+1)和H(k+1)間轉(zhuǎn)速既屬于VS(k)轉(zhuǎn)速段又屬于VS(k+l)轉(zhuǎn)速段，形成第k+1個(gè)切換滯環(huán)，因此，判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速η屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS，具體步驟為步驟201 :判斷轉(zhuǎn)速η大?。徊襟E202 :如果n>H(k)且n〈L (k+1)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段；步驟203 :如果n>=L(k)且n〈=H(k),轉(zhuǎn)速η在第k個(gè)切換滯環(huán)內(nèi)，則判斷上一周期轉(zhuǎn)速段L_VS是哪一轉(zhuǎn)速段；步驟204 :如果L_VS=VS (k-Ι)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS(k_l)轉(zhuǎn)速段；步驟205 :如果L_VS=VS (k)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段；步驟206 :如果L_VS!=VS(k_l)且L_VS! =VS (k)，則判斷電機(jī)加速還是減速；步驟207 :如果是加速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k-Ι)轉(zhuǎn)速段；步驟208 :如果是減速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段；步驟209 :如果n>=L(k+l)且n〈=H (k+1),轉(zhuǎn)速η在第k+1個(gè)切換滯環(huán)內(nèi)，貝U判斷上一周期轉(zhuǎn)速段L_VS是哪一轉(zhuǎn)速段；步驟210 :如果L_VS=VS(k+l)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS(k+l)轉(zhuǎn)速段；步驟2 11 :如果L_VS=VS (k)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段；步驟212 :如果L_VS!=VS(k)且L_VS! =VS (k+Ι)，則判斷電機(jī)加速還是減速；步驟213 :如果是加速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段；步驟214 :如果是減速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k+Ι)轉(zhuǎn)速段；確定轉(zhuǎn)速η所屬轉(zhuǎn)速段后，進(jìn)入步驟003。步驟003根據(jù)轉(zhuǎn)速段VS自適應(yīng)設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP，通過(guò)事先對(duì)每一轉(zhuǎn)速段對(duì)應(yīng)的設(shè)置編碼器脈沖數(shù)NPx (χ=0, 1，2吣^1，幻，然后，自適應(yīng)的根據(jù)轉(zhuǎn)速段VS，設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP，具體步驟是步驟301 :如果，VS=O,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NP。；步驟302 :如果，VS=1，則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NP1 ；步驟303 :如果，VS=2,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NP2 ；步驟304 :如果，VS=N-1,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NP1^1 ；步驟305 :如果，VS=N,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NPn ；步驟004 :測(cè)量NP個(gè)編碼器脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度Tb，是利用DSPs (Digital SignalProcessors,數(shù)字信號(hào)處理器)芯片的 eQEP (Enhanced Quadrature Encoder Pulse,增強(qiáng)型正交編碼脈沖)模塊或是FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)實(shí)現(xiàn)。步驟005計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速n，是結(jié)合編碼器脈沖數(shù)NP，NP個(gè)脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度Tb和編
碼器線數(shù)m，利用公式(I)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速n，
權(quán)利要求
1.滯環(huán)切換的自適應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，適用于安裝有增量式光電編碼器的電機(jī)，其特征在于它由下述步驟實(shí)現(xiàn) 步驟001 :開(kāi)始； 步驟002 :利用滯環(huán)切換方法判斷轉(zhuǎn)速η屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS ； 步驟003 :根據(jù)轉(zhuǎn)速段VS自適應(yīng)設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP ； 步驟004 :測(cè)量NP個(gè)編碼器脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度Tb ； 步驟005 :計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速η ； 返回步驟002。
2.如權(quán)利要求1所述的步驟002利用滯環(huán)切換方法判斷轉(zhuǎn)速η屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS，其特征在于，將電機(jī)額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速分為Ν+1個(gè)轉(zhuǎn)速段，每?jī)蓚€(gè)相鄰的轉(zhuǎn)速段形成一個(gè)切換滯環(huán)，N+1個(gè)轉(zhuǎn)速段共有N個(gè)切換滯環(huán)，設(shè)第k (k=l，2，. . . N)個(gè)切換滯環(huán)的上限轉(zhuǎn)速值為H(k)，下限轉(zhuǎn)速值為L(zhǎng)(k)，中間轉(zhuǎn)速值為S(k)，則VS(k-l)轉(zhuǎn)速段的轉(zhuǎn)速范圍從L (k-1)到H(k)，VS(k)轉(zhuǎn)速段的轉(zhuǎn)速范圍從L (k)到H(k+l)，VS(k+l)轉(zhuǎn)速段的轉(zhuǎn)速范圍從L (k+1)到H(k+2)，其中，從L(k)到H(k)間轉(zhuǎn)速既屬于VS(k-1)轉(zhuǎn)速段又屬于VS(k)轉(zhuǎn)速段，形成第k個(gè)切換滯環(huán)，從L (k+Ι)到H (k+1)間轉(zhuǎn)速既屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段又屬于VS (k+Ι)轉(zhuǎn)速段，形成第k+Ι個(gè)切換滯環(huán)，因此，判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)速η屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS，具體步驟為 步驟201 :判斷轉(zhuǎn)速η大小； 步驟202 :如果n>H(k)且n〈L(k+l)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS(k)轉(zhuǎn)速段； 步驟203 :如果n>=L(k)且n〈=H(k),轉(zhuǎn)速η在第k個(gè)切換滯環(huán)內(nèi)，則判斷上一周期轉(zhuǎn)速段L_VS是哪一轉(zhuǎn)速段； 步驟204 :如果L_VS=VS (k-1)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k-1)轉(zhuǎn)速段； 步驟205 :如果L_VS=VS (k)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段； 步驟206 :如果L_VS!=VS(k-l)且L_VS! =VS (k)，則判斷電機(jī)是處于加速還是減速狀態(tài)； 步驟207 :如果是加速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k-Ι)轉(zhuǎn)速段； 步驟208 :如果是減速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段； 步驟209 :如果n>=L(k+l)且n〈=H (k+1),轉(zhuǎn)速η在第k+1個(gè)切換滯環(huán)內(nèi)，則判斷上一周期轉(zhuǎn)速段L_VS是哪一轉(zhuǎn)速段； 步驟210 :如果L_VS=VS (k+1)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k+1)轉(zhuǎn)速段； 步驟211 :如果L_VS=VS(k)，則轉(zhuǎn)速η屬于VS(k)轉(zhuǎn)速段； 步驟212 :如果L_VS!=VS(k)且1^￥3 !=VS (k+1)，則判斷電機(jī)是處于加速還是減速狀態(tài)； 步驟213 :如果是加速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k)轉(zhuǎn)速段； 步驟214 :如果是減速，則轉(zhuǎn)速η屬于VS (k+Ι)轉(zhuǎn)速段； 確定轉(zhuǎn)速η所屬轉(zhuǎn)速段后，進(jìn)入步驟003。
3.如權(quán)利要求1所述的步驟003根據(jù)轉(zhuǎn)速段VS自適應(yīng)設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP，其特征在于，事先對(duì)每一轉(zhuǎn)速段對(duì)應(yīng)的設(shè)置編碼器脈沖數(shù)NPx (χ=0，1，2吣^1，幻，然后，自適應(yīng)的根據(jù)轉(zhuǎn)速段VS，設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP，具體步驟是 步驟301 :如果，VS=O,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NP。；步驟302 :如果，VS=1，則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NP1 ； 步驟303 :如果，VS=2,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NP2 ； 步驟304 :如果，VS=N-1,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NPim ； 步驟305 :如果，VS=N,則設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP為NPn ；
4.如權(quán)利要求1所述的步驟005計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速n，其特征在于，根據(jù)編碼器脈沖數(shù)NP，NP個(gè)脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度Tb和編碼器線數(shù)m，利用公式(I)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速n，
5.如權(quán)利要求2所述的切換滯環(huán)個(gè)數(shù)N，一般取6-9。
全文摘要
滯環(huán)切換的自適應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，它公開(kāi)一種適用于安裝有增量式光電編碼器的電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，它先利用滯環(huán)切換方法判斷轉(zhuǎn)速n屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS；接著根據(jù)轉(zhuǎn)速段VS自適應(yīng)設(shè)置下一測(cè)量周期編碼器脈沖數(shù)NP；再測(cè)量NP個(gè)編碼器脈沖的時(shí)間長(zhǎng)度Tb；然后，結(jié)合NP、Tb和編碼器線數(shù)m，計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速n；最后再返回到滯環(huán)切換方法判斷轉(zhuǎn)速n屬于哪一轉(zhuǎn)速段VS，進(jìn)行下一周期的轉(zhuǎn)速測(cè)量。它通過(guò)滯環(huán)切換和自適應(yīng)結(jié)合的方法，可以在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)準(zhǔn)確快速且無(wú)振蕩的測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，克服現(xiàn)有電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法在準(zhǔn)確性、快速響應(yīng)性以及速度振蕩三者之間存在矛盾的缺陷。
文檔編號(hào)G01P3/36GK103033639SQ20121058414
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者丑武勝, 黃海明, 張佐江 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)