專利名稱：滯環切換的自適應電機轉速測量方法
技術領域：
本發明涉及電機轉速測量技術領域，具體來說是用于安裝有增量式光電編碼器的電機的一種轉速測量方法。
背景技術：
工業自動化、機器人、汽車、精密數控機床、航空航天等許多領域，通常采用光電編碼器測量電機轉速，實現系統的閉環、半閉環控制。處理光電編碼器信號實現電機轉速測量的常用方法有τ法、M法和MT法。T法局限于低速測量，M法局限于高速測量，MT法在整個轉速范圍內都有較好的準確性，但是，如果為提高低速測量精度，選擇采樣時間偏長，會降低高速段的響應速度；如果為提高高速段的響應速度，選擇采樣時間偏短，則降低了低速段的測量精度，因此，很難選擇一個合適的采樣時間?；讦?T法基礎上，一些改進的測量方法被提出，專利CN200510010206. 3 “自適應機動車發動機轉速或車行速度測量”，通過兩個臨界速度和加減速狀態，選擇使用T法或M法測得的轉速作為測量轉速，既能適用于低速也能適用于高速測量，但是它分段少，不易提高高速段的快速響應。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，自適應的根據預估速度或是當前速度,改變采樣間隔，可以提高低速測量精度，也能減少高速響應時間，但在相鄰速度段間的切換，只使用一個切換速度，使得在這些切換速度附近產生速度振蕩，從而降低測量精度。因此，使用上述某一種測量方法，還不能同時解決準 確性、快速性和速度振蕩之間的矛盾。

發明內容
本發明的目的在于提供一種用于電機轉速測量的方法，實現對安裝有增量式光電編碼器的電機的無振蕩自適應高精度的轉速測量，以克服現有電機轉速測量方法在準確性、快速響應性以及速度振蕩三者之間存在矛盾的缺陷。本發明的滯環切換的自適應電機轉速測量方法，通過以下步驟實現步驟001:開始；步驟002 :利用滯環切換方法判斷轉速η屬于哪一轉速段VS ；步驟003 :根據轉速段VS自適應設置下一測量周期編碼器脈沖數NP ；步驟004 :測量NP個編碼器脈沖的時間長度Tb ；步驟005 :計算電機轉速η ；返回步驟002。步驟002利用滯環切換方法判斷轉速η屬于哪一轉速段VS，實現方法是，將電機額定轉速范圍內轉速分為Ν+1個轉速段，每兩個相鄰的轉速段間切換用滯環切換，總共有N個切換滯環，設第k (k=l，2，…N)個切換滯環的上限轉速值為H(k)，下限轉速值為L(k)，中間轉速值為S(k)，則VS(k-l)轉速段的轉速范圍在L (k-1)和H(k)間，VS(k)轉速段的轉速范圍在L(k)和H(k+1)間，VS (k+1)轉速段的轉速范圍在L(k+1)和H(k+2)間，其中，L(k)和H(k)間轉速既屬于VS (k-1)轉速段又屬于VS (k)轉速段，形成第k個切換滯環，L (k+1)和H(k+1)間轉速既屬于VS(k)轉速段又屬于VS(k+l)轉速段，形成第k+1個切換滯環，因此，判斷當前轉速η屬于哪一轉速段VS，具體步驟為步驟201 :判斷轉速η大??；步驟202 :如果n>H(k)且n〈L (k+1)，則轉速η屬于VS (k)轉速段；步驟203 :如果n>=L(k)且n〈=H(k),轉速η在第k個切換滯環內，則判斷上一周期轉速段L_VS是哪一轉速段；步驟204 :如果L_VS=VS (k-Ι)，則轉速η屬于VS(k_l)轉速段；步驟205 :如果L_VS=VS (k)，則轉速η屬于VS (k)轉速段；步驟206 :如果L_VS!=VS(k_l)且L_VS! =VS (k)，則判斷電機加速還是減速；步驟207 :如果是加速，則轉速η屬于VS (k-Ι)轉速段；步驟208 :如果是減速，則轉速η屬于VS (k)轉速段；步驟209 :如果n>=L(k+l)且n〈=H (k+1),轉速η在第k+1個切換滯環內，貝U判斷上一周期轉速段L_VS是哪一轉速段；步驟210 :如果L_VS=VS(k+l)，則轉速η屬于VS(k+l)轉速段；步驟2 11 :如果L_VS=VS (k)，則轉速η屬于VS (k)轉速段；步驟212 :如果L_VS!=VS(k)且L_VS! =VS (k+Ι)，則判斷電機加速還是減速；步驟213 :如果是加速，則轉速η屬于VS (k)轉速段；步驟214 :如果是減速，則轉速η屬于VS (k+Ι)轉速段；確定轉速η所屬轉速段后，進入步驟003。步驟003根據轉速段VS自適應設置下一測量周期編碼器脈沖數NP，通過事先對每一轉速段對應的設置編碼器脈沖數NPx (χ=0, 1，2吣^1，幻，然后，自適應的根據轉速段VS，設置下一測量周期編碼器脈沖數NP，具體步驟是步驟301 :如果，VS=O,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NP。；步驟302 :如果，VS=1，則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NP1 ；步驟303 :如果，VS=2,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NP2 ；步驟304 :如果，VS=N-1,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NP1^1 ；步驟305 :如果，VS=N,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NPn ；步驟004 :測量NP個編碼器脈沖的時間長度Tb，是利用DSPs (Digital SignalProcessors,數字信號處理器)芯片的 eQEP (Enhanced Quadrature Encoder Pulse,增強型正交編碼脈沖)模塊或是FPGA (Field Programmable Gate Array,現場可編程門陣列)實現。步驟005計算電機轉速n，是結合編碼器脈沖數NP，NP個脈沖的時間長度Tb和編
碼器線數m，利用公式(I)計算電機轉速n，
權利要求
1.滯環切換的自適應電機轉速測量方法，適用于安裝有增量式光電編碼器的電機，其特征在于它由下述步驟實現 步驟001 :開始； 步驟002 :利用滯環切換方法判斷轉速η屬于哪一轉速段VS ； 步驟003 :根據轉速段VS自適應設置下一測量周期編碼器脈沖數NP ； 步驟004 :測量NP個編碼器脈沖的時間長度Tb ； 步驟005 :計算電機轉速η ； 返回步驟002。
2.如權利要求1所述的步驟002利用滯環切換方法判斷轉速η屬于哪一轉速段VS，其特征在于，將電機額定轉速范圍內轉速分為Ν+1個轉速段，每兩個相鄰的轉速段形成一個切換滯環，N+1個轉速段共有N個切換滯環，設第k (k=l，2，. . . N)個切換滯環的上限轉速值為H(k)，下限轉速值為L(k)，中間轉速值為S(k)，則VS(k-l)轉速段的轉速范圍從L (k-1)到H(k)，VS(k)轉速段的轉速范圍從L (k)到H(k+l)，VS(k+l)轉速段的轉速范圍從L (k+1)到H(k+2)，其中，從L(k)到H(k)間轉速既屬于VS(k-1)轉速段又屬于VS(k)轉速段，形成第k個切換滯環，從L (k+Ι)到H (k+1)間轉速既屬于VS (k)轉速段又屬于VS (k+Ι)轉速段，形成第k+Ι個切換滯環，因此，判斷當前轉速η屬于哪一轉速段VS，具體步驟為 步驟201 :判斷轉速η大?。? 步驟202 :如果n>H(k)且n〈L(k+l)，則轉速η屬于VS(k)轉速段； 步驟203 :如果n>=L(k)且n〈=H(k),轉速η在第k個切換滯環內，則判斷上一周期轉速段L_VS是哪一轉速段； 步驟204 :如果L_VS=VS (k-1)，則轉速η屬于VS (k-1)轉速段； 步驟205 :如果L_VS=VS (k)，則轉速η屬于VS (k)轉速段； 步驟206 :如果L_VS!=VS(k-l)且L_VS! =VS (k)，則判斷電機是處于加速還是減速狀態； 步驟207 :如果是加速，則轉速η屬于VS (k-Ι)轉速段； 步驟208 :如果是減速，則轉速η屬于VS (k)轉速段； 步驟209 :如果n>=L(k+l)且n〈=H (k+1),轉速η在第k+1個切換滯環內，則判斷上一周期轉速段L_VS是哪一轉速段； 步驟210 :如果L_VS=VS (k+1)，則轉速η屬于VS (k+1)轉速段； 步驟211 :如果L_VS=VS(k)，則轉速η屬于VS(k)轉速段； 步驟212 :如果L_VS!=VS(k)且1^￥3 !=VS (k+1)，則判斷電機是處于加速還是減速狀態； 步驟213 :如果是加速，則轉速η屬于VS (k)轉速段； 步驟214 :如果是減速，則轉速η屬于VS (k+Ι)轉速段； 確定轉速η所屬轉速段后，進入步驟003。
3.如權利要求1所述的步驟003根據轉速段VS自適應設置下一測量周期編碼器脈沖數NP，其特征在于，事先對每一轉速段對應的設置編碼器脈沖數NPx (χ=0，1，2吣^1，幻，然后，自適應的根據轉速段VS，設置下一測量周期編碼器脈沖數NP，具體步驟是 步驟301 :如果，VS=O,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NP。；步驟302 :如果，VS=1，則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NP1 ； 步驟303 :如果，VS=2,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NP2 ； 步驟304 :如果，VS=N-1,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NPim ； 步驟305 :如果，VS=N,則設置下一測量周期編碼器脈沖數NP為NPn ；
4.如權利要求1所述的步驟005計算電機轉速n，其特征在于，根據編碼器脈沖數NP，NP個脈沖的時間長度Tb和編碼器線數m，利用公式(I)計算電機轉速n，
5.如權利要求2所述的切換滯環個數N，一般取6-9。
全文摘要
滯環切換的自適應電機轉速測量方法，它公開一種適用于安裝有增量式光電編碼器的電機的轉速測量方法，它先利用滯環切換方法判斷轉速n屬于哪一轉速段VS；接著根據轉速段VS自適應設置下一測量周期編碼器脈沖數NP；再測量NP個編碼器脈沖的時間長度Tb；然后，結合NP、Tb和編碼器線數m，計算電機轉速n；最后再返回到滯環切換方法判斷轉速n屬于哪一轉速段VS，進行下一周期的轉速測量。它通過滯環切換和自適應結合的方法，可以在全轉速范圍內準確快速且無振蕩的測量電機轉速，克服現有電機轉速測量方法在準確性、快速響應性以及速度振蕩三者之間存在矛盾的缺陷。
文檔編號G01P3/36GK103033639SQ20121058414
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者丑武勝, 黃海明, 張佐江 申請人:北京航空航天大學