CN102914666A - 基于dsp的自适应t法测速滤波法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于DSP的自适应T法测速滤波法，设载波频率为f，则每隔1/f秒采集计算一次速度采样值，其特征在于：采用均值滤波法，取N次采集计算的速度采样值的均值作为最终速度，采样次数N的值根据时间窗口t和电机转速ω计算出来。在T法测速时采用均值滤波法，能提高测速精度，而本发明中求均值所需要的速度采样次数可根据实际情况进行自适应调整，使得均值滤波法在T法测速中应用的更为准确。

Description

基于DSP的自适应T法测速滤波法
技术领域
本发明涉及变频器测速领域，具体涉及一种基于DSP（数字信号处理器）的自适应T法测速滤波法。
背景技术
在高性能的电机调速系统中，转速反馈量的测量精度直接影响着电机调速控制系统的性能。光电编码器由于具有精度高、线形度好的优点，被广泛采用于转速的测量，其基本方法是通过检测与电机同轴连接的光电编码器输出脉冲的频率和时序，计算得到电机转速和转动方向；脉冲测速最典型的方法有测频率（M法）和测周期（T法）。
M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。
T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。
M法、T法各具优劣和适应范围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长（得考虑实时性）、计时单位也不能无限小，所以往往候M法和T法都无法胜任全速度范围内的测量。因此产生了M法、T法结合的M/T测速法：低速时采用T法测周期，高速时采用M法测频率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于DSP的自适应T法测速滤波法，使得T法测速更为精确。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于DSP的自适应T法测速滤波法，设载波频率为f，则每隔1/f秒采集计算一次速度采样值，其特征在于：采用均值滤波法，取N次采集计算的速度采样值的均值作为最终速度，采样次数N的值根据时间窗口t和电机转速ω计算出来：
Figure 2012103893216100002DEST_PATH_IMAGE002
                              (1)，
Figure 2012103893216100002DEST_PATH_IMAGE004
                              (2)，
式(1)中ω的单位为Hz，N值取整数，且N的初始值和最小值都设定为1；式(2)中v为电机的最终速度，v i 为第i次T法采样计算得到的电机速度采样值。
按上述方案，通过实验获得时间窗口t的优选值：设定电机转速为1Hz，启动电机；调节采样次数N并观察最终速度的波形，使速度脉动最小并记下此时的N值；根据t=N/f计算得出时间窗口t。
按上述方案，电机转速ω设定为频率给定值；采样次数N的计算间隔设定为1Hz，即切换点为整数Hz；在采样次数N计算的切换点设置缓冲带，上限为频率给定值，下限为ω L ，当检测到ω大于切换频率即立即重新计算N值，当检测到连续n次ω低于下限值ω L 则重新计算N值。
按上述方案，所述的n设定为3次，下限值ω L =频率给定值-0.1Hz。
本发明的有益效果为：
1、在T法测速时采用均值滤波法，能提高测速精度，而本发明中求均值所需要的速度采样次数可根据实际情况进行自适应调整，使得均值滤波法在T法测速中应用的更为准确。
2、通过试验获得时间窗口的优选值，从而获得更为合适的采样次数，使得最终速度的计算更为准确。
3、将电机转速设定为频率给定值，并设置缓冲带，能够避免频繁计算采样次数，保障采样次数的稳定；并通过试验和经验确定优选的参数。
附图说明
图1为切换缓冲带图。
图2为本发明一实施例的流程图。
图3为频率给定值为0.5Hz时T法无滤波试验结果图。
图4为频率给定值为1Hz时T法无滤波试验结果图。
图5为频率给定值为1.5Hz时T法无滤波试验结果图。
图6为频率给定值为0.5Hz时T法有滤波试验结果图。
图7为频率给定值为1Hz时T法有滤波试验结果图。
图8为频率给定值为1.5Hz时T法有滤波试验结果图。
图9为频率给定值为2Hz时T法有滤波试验结果图。
图10为频率给定值为2.5Hz时T法有滤波试验结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图2为本发明一实施例的流程图，设载波频率为f，则每隔1/f秒采集计算一次速度采样值，采用均值滤波法，取N次采集计算的速度采样值的均值作为最终速度，采样次数N的值根据时间窗口t和电机转速ω计算出来：
Figure 861279DEST_PATH_IMAGE002
                              (1)，
Figure 778419DEST_PATH_IMAGE004
                              (2)，
式(1)中ω的单位为Hz，N值取整数，且N的初始值和最小值都设定为1；式(2)中v为电机的最终速度，v i 为第i次T法采样计算得到的电机速度采样值。
通过实验获得时间窗口t的优选值：设定电机转速为1Hz，启动电机；调节采样次数N并观察最终速度的波形，使速度脉动最小并记下此时的N值；根据t=N/f计算得出时间窗口t。
为避免频繁计算采样数，采用以下措施保障N值的稳定：电机转速ω设定为频率给定值；采样次数N的计算间隔设定为1Hz，即切换点为整数Hz；在采样次数N计算的切换点设置缓冲带，上限为频率给定值，下限为ω L ，当检测到ω大于切换频率即立即重新计算N值，当检测到连续n次（优选3次）ω低于下限值ω L （优选下限值ω L =频率给定值-0.1Hz）则重新计算N值，如图1所示。
在DSP内部存储器上专门设置了一段空间作为速度缓冲区，用于保存时间窗口内的电机速度采样值，其缓冲区的长度为N值，因此是可变的。而在采用式(2)计算最终电机速度时必须待缓冲区数据足够(即采样数据已填满速度缓冲区)的情况下才可进行，若采样值数量不足，则需等待缓冲区填满后才开始滤波，否则采最终速度采用上次一计算出的结果。
本实施例以TI的TMS320F28335作为测量和计算的核心，与电机同轴安装的光电编码器把被测量转速转换成脉冲输入DSP，由DSP进行采样、滤波、计算得到电机的实时转速。TMS320F2812是TI公司出品的一款高性能、满足电机实时控制要求的专用控制器，广泛应用于变频调速领域。采用ABB 7.5KW交流异步电机带动7.5KW直流电机的机组进行测试，分别将给定频率设为0.5Hz、1Hz、1.5Hz、2Hz和2.5Hz，采用闭环矢量控制方式，查看T法测速下的速度输出波形的精度和脉动(以额定转速为标准，单位都为%)。
图3至5为频率给定值为0.5Hz、1Hz、1.5Hz时T法无滤波试验结果图，图6至10为频率给定值为0.5Hz、1Hz、1.5Hz、2Hz、2.5Hz时T法有滤波试验结果图。由测试结果可以看出，在频率给定值为0.5Hz时两者结果相同，因为0.5Hz时滤波所需采样数为1，即不需要滤波。当给定大于0.5Hz时，无论速度控制精度还是速度脉动，有滤波的T法测速性能远远优于无滤波T法测速（无滤波时速度脉动极大，在1%以上）。而且在无滤波情况下，当给定2Hz时，由于脉动过大，速度最大值已超过滞环上限，测速方法也切换为M法了，因此无法测得2Hz和2.5Hz的数据，此处采用的测速方法见CN102035455A。而有滤波的情况下，速度脉动被有效地控制在0.04%以内，较以前的无滤波测速法，在低频性能上有了本质上的提高。

Claims (4)

1.一种基于DSP的自适应T法测速滤波法，设载波频率为f，则每隔1/f秒采集计算一次速度采样值，其特征在于：采用均值滤波法，取N次采集计算的速度采样值的均值作为最终速度，采样次数N的值根据时间窗口t和电机转速ω计算出来：
Figure 2012103893216100001DEST_PATH_IMAGE002
                              (1)，
Figure 2012103893216100001DEST_PATH_IMAGE004
                              (2)，
式(1)中ω的单位为Hz，N值取整数，且N的初始值和最小值都设定为1；式(2)中v为电机的最终速度，v i 为第i次T法采样计算得到的电机速度采样值。
2.根据权利要求1所述的基于DSP的自适应T法测速滤波法，其特征在于：通过实验获得时间窗口t的优选值：设定电机转速为1Hz，启动电机；调节采样次数N并观察最终速度的波形，使速度脉动最小并记下此时的N值；根据t=N/f计算得出时间窗口t。
3.根据权利要求1所述的基于DSP的自适应T法测速滤波法，其特征在于：电机转速ω设定为频率给定值；采样次数N的计算间隔设定为1Hz，即切换点为整数Hz；在采样次数N计算的切换点设置缓冲带，上限为频率给定值，下限为ω L ，当检测到ω大于切换频率即立即重新计算N值，当检测到连续n次ω低于下限值ω L 则重新计算N值。
4.根据权利要求3所述的基于DSP的自适应T法测速滤波法，其特征在于：所述的n设定为3次，下限值ω L =频率给定值-0.1Hz。
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