专利名称：滞环切换的自适应电机转速测量方法
技术领域：
本发明涉及电机转速测量技术领域，具体来说是用于安装有增量式光电编码器的电机的一种转速测量方法。
背景技术：
工业自动化、机器人、汽车、精密数控机床、航空航天等许多领域，通常采用光电编码器测量电机转速，实现系统的闭环、半闭环控制。处理光电编码器信号实现电机转速测量的常用方法有τ法、M法和MT法。T法局限于低速测量，M法局限于高速测量，MT法在整个转速范围内都有较好的准确性，但是，如果为提高低速测量精度，选择采样时间偏长，会降低高速段的响应速度；如果为提高高速段的响应速度，选择采样时间偏短，则降低了低速段的测量精度，因此，很难选择一个合适的采样时间。基于Μ/T法基础上，一些改进的测量方法被提出，专利CN200510010206. 3 “自适应机动车发动机转速或车行速度测量”，通过两个临界速度和加减速状态，选择使用T法或M法测得的转速作为测量转速，既能适用于低速也能适用于高速测量，但是它分段少，不易提高高速段的快速响应。文章“High-PerformancePosition Detection and Velocity Adaptive Measurement forClosed-Loop Position Control，，和“Accurate velocity evaluation using adaptivesampling interval ”将速度分成多段，自适应的根据预估速度或是当前速度,改变采样间隔，可以提高低速测量精度，也能减少高速响应时间，但在相邻速度段间的切换，只使用一个切换速度，使得在这些切换速度附近产生速度振荡，从而降低测量精度。因此，使用上述某一种测量方法，还不能同时解决准 确性、快速性和速度振荡之间的矛盾。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电机转速测量的方法，实现对安装有增量式光电编码器的电机的无振荡自适应高精度的转速测量，以克服现有电机转速测量方法在准确性、快速响应性以及速度振荡三者之间存在矛盾的缺陷。本发明的滞环切换的自适应电机转速测量方法，通过以下步骤实现步骤001:开始；步骤002 :利用滞环切换方法判断转速η属于哪一转速段VS ；步骤003 :根据转速段VS自适应设置下一测量周期编码器脉冲数NP ；步骤004 :测量NP个编码器脉冲的时间长度Tb ；步骤005 :计算电机转速η ；返回步骤002。步骤002利用滞环切换方法判断转速η属于哪一转速段VS，实现方法是，将电机额定转速范围内转速分为Ν+1个转速段，每两个相邻的转速段间切换用滞环切换，总共有N个切换滞环，设第k (k=l，2，…N)个切换滞环的上限转速值为H(k)，下限转速值为L(k)，中间转速值为S(k)，则VS(k-l)转速段的转速范围在L (k-1)和H(k)间，VS(k)转速段的转速范围在L(k)和H(k+1)间，VS (k+1)转速段的转速范围在L(k+1)和H(k+2)间，其中，L(k)和H(k)间转速既属于VS (k-1)转速段又属于VS (k)转速段，形成第k个切换滞环，L (k+1)和H(k+1)间转速既属于VS(k)转速段又属于VS(k+l)转速段，形成第k+1个切换滞环，因此，判断当前转速η属于哪一转速段VS，具体步骤为步骤201 :判断转速η大小；步骤202 :如果n>H(k)且n〈L (k+1)，则转速η属于VS (k)转速段；步骤203 :如果n>=L(k)且n〈=H(k),转速η在第k个切换滞环内，则判断上一周期转速段L_VS是哪一转速段；步骤204 :如果L_VS=VS (k-Ι)，则转速η属于VS(k_l)转速段；步骤205 :如果L_VS=VS (k)，则转速η属于VS (k)转速段；步骤206 :如果L_VS!=VS(k_l)且L_VS! =VS (k)，则判断电机加速还是减速；步骤207 :如果是加速，则转速η属于VS (k-Ι)转速段；步骤208 :如果是减速，则转速η属于VS (k)转速段；步骤209 :如果n>=L(k+l)且n〈=H (k+1),转速η在第k+1个切换滞环内，贝U判断上一周期转速段L_VS是哪一转速段；步骤210 :如果L_VS=VS(k+l)，则转速η属于VS(k+l)转速段；步骤2 11 :如果L_VS=VS (k)，则转速η属于VS (k)转速段；步骤212 :如果L_VS!=VS(k)且L_VS! =VS (k+Ι)，则判断电机加速还是减速；步骤213 :如果是加速，则转速η属于VS (k)转速段；步骤214 :如果是减速，则转速η属于VS (k+Ι)转速段；确定转速η所属转速段后，进入步骤003。步骤003根据转速段VS自适应设置下一测量周期编码器脉冲数NP，通过事先对每一转速段对应的设置编码器脉冲数NPx (χ=0, 1，2吣^1，幻，然后，自适应的根据转速段VS，设置下一测量周期编码器脉冲数NP，具体步骤是步骤301 :如果，VS=O,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NP。；步骤302 :如果，VS=1，则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NP1 ；步骤303 :如果，VS=2,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NP2 ；步骤304 :如果，VS=N-1,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NP1^1 ；步骤305 :如果，VS=N,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NPn ；步骤004 :测量NP个编码器脉冲的时间长度Tb，是利用DSPs (Digital SignalProcessors,数字信号处理器)芯片的 eQEP (Enhanced Quadrature Encoder Pulse,增强型正交编码脉冲)模块或是FPGA (Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)实现。步骤005计算电机转速n，是结合编码器脉冲数NP，NP个脉冲的时间长度Tb和编
码器线数m，利用公式(I)计算电机转速n，
权利要求
1.滞环切换的自适应电机转速测量方法，适用于安装有增量式光电编码器的电机，其特征在于它由下述步骤实现 步骤001 :开始； 步骤002 :利用滞环切换方法判断转速η属于哪一转速段VS ； 步骤003 :根据转速段VS自适应设置下一测量周期编码器脉冲数NP ； 步骤004 :测量NP个编码器脉冲的时间长度Tb ； 步骤005 :计算电机转速η ； 返回步骤002。
2.如权利要求1所述的步骤002利用滞环切换方法判断转速η属于哪一转速段VS，其特征在于，将电机额定转速范围内转速分为Ν+1个转速段，每两个相邻的转速段形成一个切换滞环，N+1个转速段共有N个切换滞环，设第k (k=l，2，. . . N)个切换滞环的上限转速值为H(k)，下限转速值为L(k)，中间转速值为S(k)，则VS(k-l)转速段的转速范围从L (k-1)到H(k)，VS(k)转速段的转速范围从L (k)到H(k+l)，VS(k+l)转速段的转速范围从L (k+1)到H(k+2)，其中，从L(k)到H(k)间转速既属于VS(k-1)转速段又属于VS(k)转速段，形成第k个切换滞环，从L (k+Ι)到H (k+1)间转速既属于VS (k)转速段又属于VS (k+Ι)转速段，形成第k+Ι个切换滞环，因此，判断当前转速η属于哪一转速段VS，具体步骤为 步骤201 :判断转速η大小； 步骤202 :如果n>H(k)且n〈L(k+l)，则转速η属于VS(k)转速段； 步骤203 :如果n>=L(k)且n〈=H(k),转速η在第k个切换滞环内，则判断上一周期转速段L_VS是哪一转速段； 步骤204 :如果L_VS=VS (k-1)，则转速η属于VS (k-1)转速段； 步骤205 :如果L_VS=VS (k)，则转速η属于VS (k)转速段； 步骤206 :如果L_VS!=VS(k-l)且L_VS! =VS (k)，则判断电机是处于加速还是减速状态； 步骤207 :如果是加速，则转速η属于VS (k-Ι)转速段； 步骤208 :如果是减速，则转速η属于VS (k)转速段； 步骤209 :如果n>=L(k+l)且n〈=H (k+1),转速η在第k+1个切换滞环内，则判断上一周期转速段L_VS是哪一转速段； 步骤210 :如果L_VS=VS (k+1)，则转速η属于VS (k+1)转速段； 步骤211 :如果L_VS=VS(k)，则转速η属于VS(k)转速段； 步骤212 :如果L_VS!=VS(k)且1^￥3 !=VS (k+1)，则判断电机是处于加速还是减速状态； 步骤213 :如果是加速，则转速η属于VS (k)转速段； 步骤214 :如果是减速，则转速η属于VS (k+Ι)转速段； 确定转速η所属转速段后，进入步骤003。
3.如权利要求1所述的步骤003根据转速段VS自适应设置下一测量周期编码器脉冲数NP，其特征在于，事先对每一转速段对应的设置编码器脉冲数NPx (χ=0，1，2吣^1，幻，然后，自适应的根据转速段VS，设置下一测量周期编码器脉冲数NP，具体步骤是 步骤301 :如果，VS=O,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NP。；步骤302 :如果，VS=1，则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NP1 ； 步骤303 :如果，VS=2,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NP2 ； 步骤304 :如果，VS=N-1,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NPim ； 步骤305 :如果，VS=N,则设置下一测量周期编码器脉冲数NP为NPn ；
4.如权利要求1所述的步骤005计算电机转速n，其特征在于，根据编码器脉冲数NP，NP个脉冲的时间长度Tb和编码器线数m，利用公式(I)计算电机转速n，
5.如权利要求2所述的切换滞环个数N，一般取6-9。
全文摘要
滞环切换的自适应电机转速测量方法，它公开一种适用于安装有增量式光电编码器的电机的转速测量方法，它先利用滞环切换方法判断转速n属于哪一转速段VS；接着根据转速段VS自适应设置下一测量周期编码器脉冲数NP；再测量NP个编码器脉冲的时间长度Tb；然后，结合NP、Tb和编码器线数m，计算电机转速n；最后再返回到滞环切换方法判断转速n属于哪一转速段VS，进行下一周期的转速测量。它通过滞环切换和自适应结合的方法，可以在全转速范围内准确快速且无振荡的测量电机转速，克服现有电机转速测量方法在准确性、快速响应性以及速度振荡三者之间存在矛盾的缺陷。
文档编号G01P3/36GK103033639SQ20121058414
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者丑武胜, 黄海明, 张佐江 申请人:北京航空航天大学