CN104360092B - 瞬时转速测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种瞬时转速测量方法，通过两个转速测量探头检测转速测量齿轮的转速，获取转速测量信号，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2；通过对所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号进行耦合，获得最准确的瞬时转速，无需增加转速测量齿轮的直经，减少了对材料和加工精度的要求，使转速测量更加简单方便。

Description

瞬时转速测量方法
技术领域
本发明涉及自动化控制的技术领域，特别是涉及一种瞬时转速测量方法。
背景技术
在火电厂的旋转机械控制中，对旋转机械转速测量的实时性有较高的要求，最理想的情况是得到瞬时(时间点上的)转速测量结果。理论上认为，瞬时转速无法测量，但可以测量在一定时间宽度内的平均转速，这样就产生了延时。实际普遍通过一个转速测量齿轮和测量探头完成转速测量，如图1所示，最好情况下存在2个齿切线距离运动时间的延时。为了提高转速测量的实时性，转速测量齿轮的齿数也越来越高，如发电厂汽轮机转速测量齿轮的齿数从60齿增加到了134齿。客观上也带来了一些问题，如：为了保证转速测量探头输出信号幅值不降低，转速测量齿轮的直经进一步增加，对材料和加工精度的要求也进一步提高；另外转速测量系统也更加复杂。
发明内容
针对现有的转速测量方法测量瞬时转速存在延时，成本较高的问题，本发明提供一种瞬时转速测量方法。
一种瞬时转速测量方法，包括以下步骤：
获取第一转速测量探头输出的第一转速测量信号和第二转速测量探头输出的第二转速测量信号，其中，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2，所述第一转速测量信号为幅值为正弦波信号，所述第二转速测量信号为余弦波信号；
对第一转速测量信号进行积分运算，获得第一积分信号；对第二转速测量信号进行积分运算，获得第二积分信号；
消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号；
对所述第一处理信号进行平方运算，得到第一平方信号；对所述第二处理信号进行平方运算，得到第二平方信号；
对第一转速测量信号进行平方运算，得到第三平方信号；对第二转速测量信号进行平方运算，得到第四平方信号；
将所述第一平方信号与所述第二平方信号相加，获得第一加法信号；将所述第三平方信号与所述第四平方信号相加，获得第二加法信号；
对所述第一加法信号开方，得到第一开方信号；对所述第二加法信号开方，得到第二开方信号；
将所述第二开方信号除以所述第一开方信号，获得瞬时转速。
本发明还提供另一种瞬时转速测量方法，包括以下步骤：
获取第一转速测量探头输出的第一转速测量信号和第二转速测量探头输出的第二转速测量信号，其中，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2，所述第一转速测量信号为幅值为正弦波信号，所述第二转速测量信号为余弦波信号；
将所述第一转速测量信号输入第一积分器进行积分，获取所述第一积分器输出的第一积分信号；将所述第二转速测量信号输入第二积分器进行积分，获取所述第二积分器输出的第二积分信号；
对所述第一积分信号进行滤波处理，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；对所述第二积分信号进行滤波处理，消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号；
将所述第一处理信号输入第一乘法器进行平方运算，得到第一平方信号；将所述第二处理信号输入第二乘法器进行平方运算，得到第二平方信号；
将所述第一转速测量信号输入第三乘法器进行平方运算，得到第三平方信号；将所述第二转速测量信号输入第四乘法器进行平方运算，得到第四平方信号；
将所述第一平方信号与所述第二平方信号输入第一加法器进行相加，获得第一加法信号，将所述第三平方信号与所述第四平方信号输入第二加法器进行相加，获得第二加法信号；
将所述第一加法信号输入第一平方根电路进行开方，得到第一开方信号，并将所述第二加法信号输入第二平方根电路进行开方，得到第二开方信号；
将所述第二开方信号和所述第一开方信号输入除法器，使所述第二开方信号除以所述第一开方信号，获得瞬时转速。
本发明的瞬时转速测量方法中，通过两个转速测量探头检测转速测量齿轮的转速，获取转速测量信号，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2；通过对所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号进行耦合，获得最准确的瞬时转速，无需增加转速测量齿轮的直经，减少了对材料和加工精度的要求，使转速测量更加简单方便。
附图说明
图1是一种传统瞬时转速测量方法的装置示意图；
图2是本发明瞬时转速测量方法一种实施方式的流程示意图；
图3是本发明瞬时转速测量方法中消除积分信号的直流成分的流程示意图；
图4是本发明瞬时转速测量方法另一种实施方式的流程示意图。
具体实施方式
请参阅图2，图2是本发明瞬时转速测量方法一种实施方式的流程示意图。
本实施方式的所述瞬时转速测量方法包括以下步骤：
S101，获取第一转速测量探头输出的第一转速测量信号和第二转速测量探头输出的第二转速测量信号，其中，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2；
S102，对第一转速测量信号进行积分运算，获得第一积分信号；对第二转速测量信号进行积分运算，获得第二积分信号；
S103，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号；
S104，对所述第一处理信号进行平方运算，得到第一平方信号；对所述第二处理信号进行平方运算，得到第二平方信号；
S105，对第一转速测量信号进行平方运算，得到第三平方信号；对第二转速测量信号进行平方运算，得到第四平方信号；
S106，将所述第一平方信号与所述第二平方信号相加，获得第一加法信号；将所述第三平方信号与所述第四平方信号相加，获得第二加法信号；
S107，对所述第一加法信号开方，得到第一开方信号；对所述第二加法信号开方，得到第二开方信号；
S108，将所述第二开方信号除以所述第一开方信号，获得瞬时转速。
本发明的瞬时转速测量方法中，通过两个转速测量探头检测转速测量齿轮的转速，获取转速测量信号，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2；通过对所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号进行耦合，获得最准确的瞬时转速，无需增加转速测量齿轮的直经，减少了对材料和加工精度的要求，使转速测量更加简单方便。
其中，步骤S101，通过两个转速测量探头检测转速测量齿轮的转速，获取转速测量信号，分别为第一转速测量探头输出的第一转速测量信号和第二转速测量探头输出的第二转速测量信号，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2；
设第一转速测量信号为幅值为A的正弦波信号，如下式(1)，而第二转速测量信号为幅值为A的余弦波信号，如下式(2)。
U1(t)＝Asin(ωt) (1)
U2(t)＝Acos(ωt) (2)
步骤S102，对第一转速测量信号进行积分运算，获得第一积分信号；对第二转速测量信号进行积分运算，获得第二积分信号；
对所述第一转速测量信号进行积分运算，获得的第一积分信号如下式(3)：
对所述第二转速测量信号进行积分运算，获得的第二积分信号如下式(4)：
步骤S103，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号；
所述第一积分信号中的直流分量为A/ω，则消除第一积分信号中的直流分量后，得到的第一处理信号如下式(5)：
所述第二积分信号中的直流分量为0，则消除第二积分信号中的直流分量后，得到的第二处理信号如下式(6)：
步骤S104，对所述第一处理信号进行平方运算，得到第一平方信号；对所述第二处理信号进行平方运算，得到第二平方信号；
对所述第一处理信号进行平方运算，得到的第一平方信号如下式(7)：
对所述第二处理信号进行平方运算，得到的第二平方信号如下式(8)：
步骤S105，对第一转速测量信号进行平方运算，得到第三平方信号；对第二转速测量信号进行平方运算，得到第四平方信号；
对第一转速测量信号进行平方运算，得到的第三平方信号如下式(9)：
对第二转速测量信号进行平方运算，得到的第四平方信号如下式(10)：
步骤S106，将所述第一平方信号与所述第二平方信号相加，获得第一加法信号；将所述第三平方信号与所述第四平方信号相加，获得第二加法信号；
将所述第一平方信号与所述第二平方信号相加，获得的第一加法信号如下式(11)：
将所述第三平方信号与所述第四平方信号相加，获得的第二加法信号如下式(12)：
U+2(t)＝U1-3(t)+U2-4(t)＝A2 (12)
步骤S107，对所述第一加法信号开方，得到第一开方信号；对所述第二加法信号开方，得到第二开方信号；
对所述第一加法信号开方，得到的第一开方信号如下式(13)：
对所述第二加法信号开方，得到的第二开方信号如下式(14)：
步骤S108，将所述第二开方信号除以所述第一开方信号，获得瞬时转速。
将所述第二开方信号除以所述第一开方信号，获得瞬时转速如下式(15)：
式(15)中，转速单位rad/min，rad单位为弧度，其中2π弧度代表1转。
在一个优选实施方式中，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号的步骤包括：
对所述第一积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第一积分信号减去其直流成分，得到所述第一处理信号；
对所述第二积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第二积分信号减去其直流成分，得到所述第二处理信号。
具体如图3所示，在步骤S200：对信号进行低通滤波处理，得到信号中的直流成分，其中，采用2级惯性低通滤波环节，频域函数为式(16)：
式(16)中，Ta为惯性常数。式(16)频域增益为式(17)：
式(16)中，Ta选择原则是：对ω频率信号衰减率在1000倍以上，具体为式(18)、式(19)：
Ta 2ω2≈1000 (18)
在步骤S201：信号减去信号中的直流成分，得到输出信号。
信号减去信号中的直流成分，得到输出信号，因此在输出信号中消除了直流成分。
请参阅图4，图4是本发明瞬时转速测量方法另一种实施方式的流程示意图。
本实施方式的所述瞬时转速测量方法包括以下步骤：
S301，获取第一转速测量探头输出的第一转速测量信号和第二转速测量探头输出的第二转速测量信号，其中，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2；
S302，将所述第一转速测量信号输入第一积分器进行积分，获取所述第一积分器输出的第一积分信号；将所述第二转速测量信号输入第二积分器进行积分，获取所述第二积分器输出的第二积分信号；
S303，对所述第一积分信号进行滤波处理，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；对所述第二积分信号进行滤波处理，消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号；
S304，将所述第一处理信号输入第一乘法器进行平方运算，得到第一平方信号；将所述第二处理信号输入第二乘法器进行平方运算，得到第二平方信号；
S305，将所述第一转速测量信号输入第三乘法器进行平方运算，得到第三平方信号；将所述第二转速测量信号输入第四乘法器进行平方运算，得到第四平方信号；
S306，将所述第一平方信号与所述第二平方信号输入第一加法器进行相加，获得第一加法信号，将所述第三平方信号与所述第四平方信号输入第二加法器进行相加，获得第二加法信号；
S307，将所述第一加法信号输入第一平方根电路进行开方，得到第一开方信号，并将所述第二加法信号输入第二平方根电路进行开方，得到第二开方信号；
S308，将所述第二开方信号和所述第一开方信号输入除法器，使所述第而开方信号除所述第一开方信号，获得瞬时转速。
本发明的瞬时转速测量方法中，通过两个转速测量探头检测转速测量齿轮的转速，获取转速测量信号，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2；通过对所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号进行耦合，获得最准确的瞬时转速，无需增加转速测量齿轮的直经，减少了对材料和加工精度的要求，使转速测量更加简单方便。
优选地，本实施方式中，对所述第一积分信号进行滤波处理，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号，对所述第二积分信号进行滤波处理，消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号的步骤包括：
对所述第一积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第一积分信号及其直流成分分别输入第一减法器，使所述第一积分信号减去其直流成分，得到所述第一处理信号；
对所述第二积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第二积分信号及其直流成分分别输入第二减法器，使所述第二积分信号减去其直流成分，得到所述第二处理信号。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施方式中的全部或部分流程以及对应的系统、所述音乐播放器，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施方式的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种瞬时转速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取第一转速测量探头输出的第一转速测量信号和第二转速测量探头输出的第二转速测量信号，其中，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2，所述第一转速测量信号为正弦波信号，所述第二转速测量信号为余弦波信号；
对第一转速测量信号进行积分运算，获得第一积分信号；对第二转速测量信号进行积分运算，获得第二积分信号；
消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号；
对所述第一处理信号进行平方运算，得到第一平方信号；对所述第二处理信号进行平方运算，得到第二平方信号；
对第一转速测量信号进行平方运算，得到第三平方信号；对第二转速测量信号进行平方运算，得到第四平方信号；
将所述第一平方信号与所述第二平方信号相加，获得第一加法信号；将所述第三平方信号与所述第四平方信号相加，获得第二加法信号；
对所述第一加法信号开方，得到第一开方信号；对所述第二加法信号开方，得到第二开方信号；
将所述第二开方信号除以所述第一开方信号，获得瞬时转速。
2.如权利要求1所述的瞬时转速测量方法，其特征在于，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号的步骤包括：
对所述第一积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第一积分信号减去其直流成分，得到所述第一处理信号；
对所述第二积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第二积分信号减去其直流成分，得到所述第二处理信号。
3.一种瞬时转速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取第一转速测量探头输出的第一转速测量信号和第二转速测量探头输出的第二转速测量信号，其中，所述第一转速测量信号和所述第二转速测量信号的幅值相等，相位差为π/2，所述第一转速测量信号为正弦波信号，所述第二转速测量信号为余弦波信号；
将所述第一转速测量信号输入第一积分器进行积分，获取所述第一积分器输出的第一积分信号；将所述第二转速测量信号输入第二积分器进行积分，获取所述第二积分器输出的第二积分信号；
对所述第一积分信号进行滤波处理，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号；对所述第二积分信号进行滤波处理，消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号；
将所述第一处理信号输入第一乘法器进行平方运算，得到第一平方信号；将所述第二处理信号输入第二乘法器进行平方运算，得到第二平方信号；
将所述第一转速测量信号输入第三乘法器进行平方运算，得到第三平方信号；将所述第二转速测量信号输入第四乘法器进行平方运算，得到第四平方信号；
将所述第一平方信号与所述第二平方信号输入第一加法器进行相加，获得第一加法信号，将所述第三平方信号与所述第四平方信号输入第二加法器进行相加，获得第二加法信号；
将所述第一加法信号输入第一平方根电路进行开方，得到第一开方信号，并将所述第二加法信号输入第二平方根电路进行开方，得到第二开方信号；
将所述第二开方信号和所述第一开方信号输入除法器，使所述第二开方信号除以所述第一开方信号，获得瞬时转速。
4.如权利要求3所述的瞬时转速测量方法，其特征在于，对所述第一积分信号进行滤波处理，消除第一积分信号中的直流分量，得到第一处理信号，对所述第二积分信号进行滤波处理，消除第二积分信号中的直流分量，得到第二处理信号
的步骤包括：
对所述第一积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第一积分信号及其直流成分分别输入第一减法器，使所述第一积分信号减去其直流成分，得到所述第一处理信号；
对所述第二积分信号进行低通滤波处理，得到其中的直流成分，将所述第二积分信号及其直流成分分别输入第二减法器，使所述第二积分信号减去其直流成分，得到所述第二处理信号。
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