CN106645780B - 一种基于dsp的转速检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DSP的转速检测方法及系统，DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该方法包括获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N‑1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对TU_N与TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对T_N与上一计算周期得到的T_N‑1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，每个脉冲周期以脉冲信号的上升沿为起始点；依据间隔数m和脉冲总周期t计算被测电机的旋转频率。本发明占用的硬件资源少，且既适用于高速又适用于低速。

Description

一种基于DSP的转速检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电机测速技术领域，特别是涉及一种基于DSP的转速检测方法及系统。

背景技术

变频器、伺服驱动器在某些应用场合要求精准控制电机转速，需要采用速度闭环控制方案。在闭环控制系统中，电机转速检测精度的高低成为影响系统控制性能的重要因素。

目前对于电机转速检测，通常在电机轴上安装编码器，编码器将电机转速信号转换成两路正交脉冲信号输入到变频器或者伺服驱动器的DSP控制芯片。DSP控制芯片包括正交编码单元(QEP)和脉冲捕获单元(CAP)，正交编码单元将两路正交脉冲信号四倍频后输出脉冲信号，以便通过脉冲信号得到脉冲间隔数m，脉冲捕获单元(CAP)可以用来获取脉冲总周期t。然后软件结合被测电机的极对数p及编码器线数Cline，通过以下公式计算电机旋转频率f。

f＝m*p/(4*t*Cline)；

其中，式中4为正交编码单元的脉冲倍频系数。

现有技术中的转速计算方法主要有M法及T法。

M法：通过正交编码单元计算速度检测周期内的脉冲间隔数获得电机转速，即认为公式中的t为软件的速度计算周期，固定不变。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法适合测量高速。

T法：通过脉冲捕获单元测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率，即认为公式中的m为1。速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以理论上T法适合测量低速。

M/T法：由于M法、T法存在的各自的优缺点，工程应用中将两者结合形成M/T法即低速采用T法，高速采用M法。但该方法需要占用DSP控制芯片的正交编码单元及脉冲捕获单元，占用的DSP的硬件资源较多。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于DSP的转速检测方法，在计算转速的过程中只需要用到DSP中的正交编码单元，占用的硬件资源少，在此基础上，能够准确的获得当前计算周期中第MK_N脉冲信号来临时的时间点，从而能够准确计算出被测电机的旋转频率和转速，提高了测速精度，且既适用于高速又适用于低速；本发明的另一目的是提供一种基于DSP的转速检测系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于DSP的转速检测方法，所述DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该方法包括：

获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对所述MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，其中，N为不小于2的整数；

获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对所述TU_N与所述TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对所述T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，其中，每个所述脉冲周期以所述脉冲信号的上升沿为起始点；

依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率，进而依据所述旋转频率得到所述被测电机的转速。

优选地，所述依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率的过程具体为：

将所述间隔数m和所述脉冲总周期t代入频率关系式得到所述被测电机的旋转频率f，其中，所述频率关系式为f＝m*p/(4*t*Cline)，其中，p为所述被测电机的极对数p，Cline为编码器线数，4为所述正交编码单元的脉冲倍频系数。

优选地，当获取到间隔数m₁、m₂…m_N及一一对应的脉冲信号的来临时间T₁、T₂…T_N时，该方法还包括：

将m_j及m₁代入间隔获取关系式，得到j-1个计算周期中的脉冲信号的综合间隔数

其中，间隔获取关系式为

2≤j≤N；

将T_j及T₁代入脉冲总周期关系式，得到j-1个计算周期中的综合脉冲总周期

其中，所述脉冲总周期关系式为

以便依据所述综合间隔数和所述综合脉冲总周期

进行后续步骤。

优选地，j为N。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于DSP的转速检测系统，所述DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该系统包括：

第一间隔数确定单元，用于获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对所述MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，其中，N为不小于2的整数；

第一脉冲总周期确定单元，用于获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对所述TU_N与所述TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对所述T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，其中，每个所述脉冲周期以所述脉冲信号的上升沿为起始点；

转速计算单元，用于依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率，进而依据所述旋转频率得到所述被测电机的转速。

优选地，所述依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率的过程具体为：

将所述间隔数m和所述脉冲总周期t代入频率关系式得到所述被测电机的旋转频率f，其中，所述频率关系式为f＝m*p/(4*t*Cline)，其中，p为所述被测电机的极对数p，Cline为编码器线数，4为所述正交编码单元的脉冲倍频系数。

优选地，当获取到间隔数m₁、m₂…m_N及一一对应的脉冲信号的来临时间T₁、T₂…T_N时，该系统还包括：

第二间隔数确定单元，用于将m_j及m₁代入间隔获取关系式，得到j-1个计算周期中的脉冲信号的综合间隔数其中，间隔获取关系式为

2≤j≤N；

第二脉冲总周期确定单元，用于将T_j及T₁代入脉冲总周期关系式，得到j-1个计算周期中的综合脉冲总周期

其中，所述脉冲总周期关系式为

以便依据所述综合间隔数和所述综合脉冲总周期

进行后续步骤。

优选地，j为N。

本发明提供了一种基于DSP的转速检测方法及系统，DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该方法包括获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，；获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对TU_N与TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，每个脉冲周期以脉冲信号的上升沿为起始点；依据间隔数m和脉冲总周期t计算被测电机的旋转频率，进而依据旋转频率得到被测电机的转速。

可见，本发明在计算转速的过程中只需要用到DSP中的正交编码单元，占用的硬件资源少，在此基础上，能够准确的获得当前计算周期中第MK_N脉冲信号来临时的时间点，从而能够准确计算出被测电机的旋转频率和转速，提高了测速精度，且既适用于高速又适用于低速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于DSP的转速检测方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的一种电机转速检测示意图；

图3为本发明提供的一种基于DSP的转速检测系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于DSP的转速检测方法，在计算转速的过程中只需要用到DSP中的正交编码单元，占用的硬件资源少，在此基础上，能够准确的获得当前计算周期中第MK_N脉冲信号来临时的时间点，从而能够准确计算出被测电机的旋转频率和转速，提高了测速精度，且既适用于高速又适用于低速；本发明的另一核心是提供一种基于DSP的转速检测系统。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种基于DSP的转速检测方法的过程的流程图，DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该方法包括：

步骤S11：获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，其中，N为不小于2的整数；

首先需要说明的是，这里的正交编码单元包括脉冲计数器，用来记录脉冲个数MK_N，第一时间记录器，用来记录每个脉冲周期的时间，第二时间记录器，用来记录脉冲总周期t。另外，这里的脉冲计数器可以利用DSP中已有的寄存器实现，这里的第一时间记录器和第二时间记录器可以利用DSP中已有的捕捉时钟来实现。

这里的计算周期是在软件中预先设置的，用于处理速度检测和计算，由于第二时间记录器是记录脉冲总周期的，通常会出现溢出，但溢出后会自动在原来的时间基础上再开始计数，为了保证检测和计算的正确性和准确性，这里需要保证在一个计算周期中，第二时间记录器不会产生两次溢出。

每个计算周期均获取采集时刻之前的所有脉冲信号的总个数，并将采集到的所有脉冲信号的总个数与上一周期采集到的所有脉冲的总个数进行做差处理，得到的差值即为当前计算周期的脉冲信号的间隔数m。

步骤S12：获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对TU_N与TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，其中，每个脉冲周期以脉冲信号的上升沿为起始点；

为方便对该步骤作介绍，请参照图2，图2为本发明提供的一种电机转速检测示意图。

图中，QEPA和QEPB为设置在被测电机的电机轴上的编码器输出的两路正交脉冲信号，正交编码单元在对这两路正交脉冲信号进行四倍频后输出脉冲信号QCLK。

具体地，当DSP为TI公司的2803x以上系列DSP时，脉冲计数器可以为QPOSCNT寄存器，第一时间记录器可以为QCTMR捕捉时钟，，第二时间记录器可以为QUTMR。需要说明的是，QCTMR及QUTMR的纵轴方向表示的是时间，且QUTMR在发生溢出时，下一周期会自动在上一周期记录的最后的时间的基础上开始计时。QCTMR的特点是在QCLK上升沿会清零，而QUTMR则是一直计数的，与QCLK无关。

图2中，tn-1和tn为软件计算的相邻的两个计算时间点；tn-1与tn的时间差为固定值，即为软件的计算周期。

TN为本次软件计算周期对应脉冲来临时刻的精确时间点，即图中QCLK上升沿对应的时间点；本发明要做的就是获取该时间点TN。

因此，在软件计算点tn时，通过读取QCTMR记录的值TCN及QUTMR记录的值TUN，则TUN-TCN＝TN，也即为本次软件计算点对应的脉冲上升沿发生的时间点。

步骤S13：依据间隔数m和脉冲总周期t计算被测电机的旋转频率，进而依据旋转频率得到被测电机的转速。

具体地，依据间隔数m和脉冲总周期t计算被测电机的旋转频率的过程具体为：

将间隔数m和脉冲总周期t代入频率关系式得到被测电机的旋转频率f，其中，频率关系式为f＝m*p/(4*t*Cline)，其中，p为被测电机的极对数p，Cline为编码器线数，4为正交编码单元的脉冲倍频系数。

在得到被测电机的旋转频率f后，再通过n＝60f/p，得到被测电机的转速n。

可见，本发明能够准确的获得脉冲来临时的时间点，因而可提高被测电机的速度的检测精度，尤其是电机低速工况下，另一方面，软件算法占用的DSP的硬件资源少，只需要使用正交编码单元。

优选地，当获取到间隔数m₁、m₂…m_N及一一对应的脉冲信号的来临时间T₁、T₂…T_N时，该方法还包括：

将m_j及m₁代入间隔获取关系式，得到j-1个计算周期中的脉冲信号的综合间隔数

其中，间隔获取关系式为

2≤j≤N；

将T_j及T₁代入脉冲总周期关系式，得到j-1个计算周期中的综合脉冲总周期

其中，所述脉冲总周期关系式为

以便依据综合间隔数

和综合脉冲总周期进行后续步骤。

可以理解的是，由于被测电机并不是匀速转动，也即QCLK的脉冲周期也不是固定的，当存在计算周期很小，但某一脉冲周期很大时，则可能出现当前计算周期的脉冲信号的间隔数m为0的情况，此时计算的转速为零，存在一定误差，为了进一步提高本发明的转速计算精度，可以获取多组采集数据，例如m₁、m₂…m₉及一一对应的脉冲信号的来临时间T₁、T₂…T₉，则可以得到

且

则将

和

代入频率关系式即可得到旋转频率f，进而可以得到被测电机的转速。

优选地，j为N。

当然，这里的j还可以取别的值，本发明在此不做特别的限定，根据实际情况来定。

本发明提供了一种基于DSP的转速检测方法及系统，DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该方法包括获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，；获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对TU_N与TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，每个脉冲周期以脉冲信号的上升沿为起始点；依据间隔数m和脉冲总周期t计算被测电机的旋转频率，进而依据旋转频率得到被测电机的转速。

可见，本发明在计算转速的过程中只需要用到DSP中的正交编码单元，占用的硬件资源少，在此基础上，能够准确的获得当前计算周期中第MK_N脉冲信号来临时的时间点，从而能够准确计算出被测电机的旋转频率和转速，提高了测速精度，且既适用于高速又适用于低速。

与上述方法实施例相适应地，本发明还提供了一种基于DSP的转速检测系统，DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，请参照图3，图3为本发明提供的一种基于DSP的转速检测系统的结构示意图，该系统包括：

第一间隔数确定单元1，用于获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，其中，N为不小于2的整数；

第一脉冲总周期确定单元2，用于获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对TU_N与TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，其中，每个脉冲周期以脉冲信号的上升沿为起始点；

转速计算单元3，用于依据间隔数m和脉冲总周期t计算被测电机的旋转频率，进而依据旋转频率得到被测电机的转速。

优选地，依据间隔数m和脉冲总周期t计算被测电机的旋转频率的过程具体为：

将间隔数m和脉冲总周期t代入频率关系式得到被测电机的旋转频率f，其中，频率关系式为f＝m*p/(4*t*Cline)，其中，p为被测电机的极对数p，Cline为编码器线数，4为正交编码单元的脉冲倍频系数。

优选地，当获取到间隔数m₁、m₂…m_N及一一对应的脉冲信号的来临时间T₁、T₂…T_N时，该系统还包括：

第二间隔数确定单元，用于将m_j及m₁代入间隔获取关系式，得到j-1个计算周期中的脉冲信号的综合间隔数

其中，间隔获取关系式为

2≤j≤N；

第二脉冲总周期确定单元，用于将T_j及T₁代入脉冲总周期关系式，得到j-1个计算周期中的综合脉冲总周期

其中，脉冲总周期关系式为

以便依据综合间隔数和综合脉冲总周期

进行后续步骤。

优选地，j为N。

对于本发明提供的基于DSP的转速检测系统的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于DSP的转速检测方法，其特征在于，所述DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该方法包括：

获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对所述MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，其中，N为不小于2的整数；

获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对所述TU_N与所述TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对所述T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，其中，每个所述脉冲周期以每个脉冲信号的上升沿为起始点；

依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率，进而依据所述旋转频率得到所述被测电机的转速。

2.如权利要求1所述的转速检测方法，其特征在于，所述依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率的过程具体为：

将所述间隔数m和所述脉冲总周期t代入频率关系式得到所述被测电机的旋转频率f，其中，所述频率关系式为f＝m*p/(4*t*Cline)，其中，p为所述被测电机的极对数p，Cline为编码器线数，4为所述正交编码单元的脉冲倍频系数。

3.如权利要求1或2所述的转速检测方法，其特征在于，当获取到间隔数m₁、m₂…m_N及一一对应的脉冲信号的来临时间T₁、T₂…T_N时，该方法还包括：

将m_j及m₁代入间隔获取关系式，得到j-1个计算周期中的脉冲信号的综合间隔数

其中，所述间隔获取关系式为

将T_j及T₁代入脉冲总周期关系式，得到j-1个计算周期中的综合脉冲总周期

其中，所述脉冲总周期关系式为以便依据所述综合间隔数

和所述综合脉冲总周期

进行后续步骤；

m₁为获取的第一个计算周期的脉冲信号的间隔数，T₁为m₁对应地计算周期中的最后一个脉冲信号的来临时间。

4.如权利要求3所述的转速检测方法，其特征在于，j为N。

5.一种基于DSP的转速检测系统，其特征在于，所述DSP包括用于输出依据被测电机得到的脉冲信号的正交编码单元，该系统包括：

第一间隔数确定单元，用于获取当前时刻之前的所有脉冲信号的总个数MK_N，并对所述MK_N与上一计算周期获取的所有脉冲信号的总个数MK_N-1进行做差处理，确定该差值为当前计算周期中脉冲信号的间隔数m，其中，N为不小于2的整数；

第一脉冲总周期确定单元，用于获取当前时刻的脉冲周期的时间TC_N及所有脉冲信号的总时间TU_N，对所述TU_N与所述TC_N进行做差处理，确定该差值为第MK_N个脉冲信号的来临时间T_N，对所述T_N与上一计算周期得到的T_N-1进行做差处理，确定该差值为脉冲总周期t，其中，每个所述脉冲周期以每个脉冲信号的上升沿为起始点；

转速计算单元，用于依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率，进而依据所述旋转频率得到所述被测电机的转速。

6.如权利要求5所述的转速检测系统，其特征在于，所述依据所述间隔数m和所述脉冲总周期t计算所述被测电机的旋转频率的过程具体为：

将所述间隔数m和所述脉冲总周期t代入频率关系式得到所述被测电机的旋转频率f，其中，所述频率关系式为f＝m*p/(4*t*Cline)，其中，p为所述被测电机的极对数p，Cline为编码器线数，4为所述正交编码单元的脉冲倍频系数。

7.如权利要求5或6所述的转速检测系统，其特征在于，当获取到间隔数m₁、m₂…m_N及一一对应的脉冲信号的来临时间T₁、T₂…T_N时，该系统还包括：

第二间隔数确定单元，用于将m_j及m₁代入间隔获取关系式，得到j-1个计算周期中的脉冲信号的综合间隔数

其中，间隔获取关系式为

第二脉冲总周期确定单元，用于将T_j及T₁代入脉冲总周期关系式，得到j-1个计算周期中的综合脉冲总周期其中，所述脉冲总周期关系式为

以便依据所述综合间隔数

和所述综合脉冲总周期

进行后续步骤；

m₁为获取的第一个计算周期的脉冲信号的间隔数，T₁为m₁对应地计算周期中的最后一个脉冲信号的来临时间。

8.如权利要求7所述的转速检测系统，其特征在于，j为N。

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