CN107425759B - 一种增量式光电编码器mt法测速误差消除的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增量式光电编码器MT法测速误差消除的方法，属于电机系统转速控制领域。方法包括：获取采样周期内所接收到的所有脉冲；确定所接收脉冲的数量是否大于设定的阈值数量；若脉冲数量大于设定的阈值数量，则修正脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和；根据修正的脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和，确定电机的转速。本发明所提供的方法对MT法测速所出现的误差具有很好的消除效果，并且在转速变化的情况下，本方法的测速延迟小于MT法测速，使得电机反馈转速的稳态精度与动态跟随速度都得到了提升。

Description

一种增量式光电编码器MT法测速误差消除的方法及装置

技术领域

本发明属于电机系统转速控制领域，尤其涉及一种增量式光电编码器MT法测速误差消除的方法及装置。

背景技术

在电机闭环控制系统中，转速闭环性能尤为关键，而传统的测速方法得到的反馈转速往往无法达到理论的精度，导致影响了电机转速控制效果。

在实际应用的系统中，处于成本的考虑，编码器的精度有限，在使用增量式编码器的工况下往往会采用四倍频的方式来提高转速测量分辨率，但是在这同时也会引入硬件设施造成的噪声，使得实际测速精度与理论测速精度相差甚远。

采用一般的误差消除算法的电机控制系统，通过在得到的MT法得到转速信号后加入低通滤波器。使用低通滤波器，能够一定程度上提高稳态下的转速测量精度，但是也会引入无法避免的测速延时，影响动态效果。

因此，在不加入延时的基础上，如何消除测速误差，是现阶段电机转速闭环控制系统中的重点问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种增量式光电编码器MT法测速误差自适应消除算法，在不引入任何滞后的情况下提高反馈转速精度。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明的第一个方面，提供了一种增量式光电编码器MT法测速误差消除的方法，包括：获取采样周期内所接收到的所有脉冲；确定所接收脉冲的数量是否大于设定的阈值数量；若脉冲数量大于设定的阈值数量，则修正脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和；根据修正的脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和，确定电机的转速。

进一步的，修正脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和，包括：根据脉冲数量，确定修正系数；根据修正系数，对所接收脉冲的数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和进行修正。

进一步的，根据所接收脉冲的数量，确定修正系数，包括：修正系数按照以下公式计算得到：i＝mod(M₁,x)，其中，i为修正系数，M₁为修正前的脉冲的数量，x为设定的阈值数量。

进一步的，根据修正系数，对所接收脉冲的数量进行修正，包括：修正后的脉冲数量按照如下公式计算得到：

其中，

为修正后的脉冲数量。

进一步的，根据修正系数，对所有脉冲的时间间隔之和进行修正，包括：获取采样周期内接收次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与采样周期的上一采样周期的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔；根据如下公式计算得到修正后的时间间隔之和：

其中，

为修正后的时间间隔之和，M₂为修正前的时间间隔之和；slv[n]为次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔。

进一步的，设定的阈值数量为4。

根据本发明的第二个方面，还提供了一种增量式光电编码器MT法测速误差自适应消除的装置，包括：获取模块，用于获取采样周期内所接收的所有脉冲；第一确定模块，用于确定所接收脉冲的数量是否大于设定的阈值数量；修正模块，用于若脉冲数量大于设定的阈值数量，则修正脉冲的数量以及所有脉冲间的时间间隔之和；第二确定模块，用于根据修正的脉冲的数量以及所有脉冲间的时间间隔之和，确定电机的转速。

进一步的，修正模块用于：根据脉冲数量，确定修正系数；根据修正系数，对脉冲数量以及所有脉冲间的时间间隔之和进行修正。

进一步的，修正模块用于按照以下公式计算得到修正系数：i＝mod(M₁,x)，其中，i为修正系数，M₁为修正前的脉冲数量，x为设定的阈值数量。

进一步的，修正模块用于：按照如下公式计算得到修正后的脉冲数量：

其中，

为修正后的脉冲的数量。

进一步的，获取模块还用于：获取采样周期内接收次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔；根据如下公式计算得到修正后的时间间隔之和：

其中，

为修正后的时间间隔之和，M₂为修正前的时间间隔之和；slv[n]为次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔。进一步的，设定的阈值数量为4。

本发明所提供的方法对MT法测速所出现的误差具有很好的消除的效果，并且在转速变化的情况下，使测速延迟小于MT法测速，从而提高了电机反馈转速的稳态精度与动态跟随速度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例所示出的本发明方法的流程图一；

图2是是根据一示例性实施例所示出的本发明方法的流程图二；

图3A是电机以288rpm(修正系数大部分时间为0)转速平稳运行的情况下增量式光电编码器MT法测速和本发明实施例的转速反馈对比图；

图3B是电机以300rpm(修正系数大部分时间为1)转速平稳运行的情况下增量式光电编码器MT法测速和本发明实施例的转速反馈对比图；

图3C是电机以312rpm(修正系数大部分时间为2)转速平稳运行的情况下增量式光电编码器MT法测速和本发明实施例的转速反馈对比图；

图3D是电机以324rpm(修正系数大部分时间为3)转速平稳运行的情况下增量式光电编码器MT法测速和本发明实施例的转速反馈对比图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，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、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法、产品等而言，由于其与实施例公开的方法部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

图1是根据一示例性实施例所示出的本发明方法的流程图一，图2是根据一示例性实施例所示出的本发明方法的流程图二。

本发明提供了一种增量式光电编码器MT法测速误差消除的方法，可用于电机转速的反馈控制，降低测速过程中的误差。具体的，该方法包括：

S101、获取采样周期内所接收到的所有脉冲；

在实施例中，采样周期是指一设定时间长度的采样时段，因此，在采样周期内所接收到的所有脉冲即是指在上述设定时间长度的采样时段内所接收到的所有脉冲。

例如，一实施例中采样周期的设定时间长度为2min，则本实施例在该采样周期内所获取的有效脉冲为从计时开始的2min内所接收到的所有脉冲，超出计时2min后所接收到的脉冲为无效脉冲，不计入该采样周期内所接收到的脉冲中。

S102、确定所有脉冲的数量是否大于设定的阈值数量；

采样周期内所接收到脉冲的数量会直接影响到电机反馈测速过程的精确性，在脉冲数量较多时，则会导致电机测速的误差较大，降低反馈控制的精确性；在脉冲数量较少时，则电机测速的误差较小，对反馈控制过程中的精确性影响较低。

因此，在实施例中，在完成一个采样周期的脉冲接收之后，统计在采样周期内的所接收脉冲的数量，并且与预先设定的阈值数量进行比较，判断采样周期内所接受到脉冲的数量是否大于设定的阈值数量，从而可以进一步判断脉冲的数量对电机测速的误差和精确性的影响。

S103、若脉冲的数量大于设定的阈值数量，则修正脉冲数量以及所有脉冲间的时间间隔之和；

在实施例中，如果脉冲数量大于设定的阈值数量，则可以判定采样周期内的获得信息存在可修正的可能性，需要对脉冲数量进行修正，以降低脉冲数量差异对电机测速计算过程中所造成的偏差。

另外，在脉冲数量大于设定的阈值数量时，说明采样周期内所接收到脉冲的数量较多，由于采样周期的设定时间长度是确定的时长，因此，在设定时间长度内接收到的脉冲较多时，相邻次序之间的脉冲时间间隔较短，且设定时间长度内的不同时刻所接收到的脉冲与其相邻脉冲的时间间隔之间也差异较大，这就导致同样会增大电机测速的计算误差，降低计算精度，因此，本实施例的方法也对所有脉冲的时间间隔之和进行修正。

可以理解的是，为了便于统计脉冲数量以及相邻次序的脉冲之间的时间间隔，可以对一个采样周期内所接收的脉冲进行排序，在实施例中，可以按照接收到的脉冲的前后顺序对脉冲依次编号，例如，在一个2min设定时长的采样周期内，在第2s、第10s、第24s、第39s、第50s、第74s和第103s共接收到的7个脉冲，则将这7个脉冲从序号1-7依次进行编号，而在前一个2min定时长的采样周期内，在第115s接受到最后一个脉冲，设该脉冲的序号为0。

在实施例中，时间间隔之和为相邻次序的脉冲间的时间间隔相加所得到的时间间隔总和。例如，对于前一实施例所示的采样周期内接收到的7个脉冲，编号0与编号1的时间间隔为7s，编号1与编号2的时间间隔为为8s，编号2与编号3之间的时间间隔为14s，编号3与编号4之间的时间间隔为15s，编号4与编号5之间的时间间隔为11s，编号5与编号6之间的时间间隔为24s，编号6与编号7之间的时间间隔为29s；这样，本实施例中的所有脉冲的时间间隔之和为上述的7个时间间隔之和，即时间间隔之和M₂＝7+8+14+15+11+24+29＝108s。

因此，本实施例中所修正的时间间隔之和即为前述计算得到的108s。

S104、根据修正的脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和，确定电机的转速。

在实施例中，修正脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和的过程包括：根据脉冲的数量，确定修正系数；根据修正系数，对所接收脉冲的数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和进行修正。

具体的，根据脉冲数量，确定修正系数，包括：修正系数按照以下公式计算得到：

i＝mod(M₁,x)，

其中，i为所述修正系数，M₁为修正前的所述脉冲数量，x为所述设定的阈值数量。

例如，在前述实施例中，修正前的脉冲数量为7，设定的阈值数量为4，则根据上述公式计算得到的修正系数为：

i＝mod(M₁,x)＝mod(7,4)＝3，

这样，根据修正系数，对所接收脉冲的数量进行修正，包括：修正后的脉冲数量按照如下公式计算得到：

其中，

为修正后的脉冲数量。

在实施例中，根据修正系数，对所接收脉冲间的时间间隔之和，包括：

获取采样周期内接收次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与采样周期的初始计时点之间的时间间隔，以及除次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔；

具体实施例中，所获取的靠前的n个脉冲的时间间隔分别存储至独立时间寄存器中，例如，在前述实施例中的采样周期内所接收到的脉冲的数量为7，其中，用于进行修正的所述次序靠前的脉冲数量设定为3个，则所获取的采样周期内接收次序靠前的n个脉冲依次为编号1、2、3的3个脉冲，因此，次序最前的脉冲与采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔为编号为1的脉冲与编号为0的脉冲之间的时间间隔，即7s；获得脉冲的与前一脉冲间的时间间隔包括编号0与编号1之间的时间间隔、编号2与编号1之间的时间间隔、编号3与编号2之间的时间间隔，分别为8s和14s。这样，可分别将7s、8s和14s储存在独立时间寄存器中。

根据如下公式计算得到修正后的时间间隔之和：

其中，所述

为所述修正后的时间间隔之和，M₂为修正前的所述时间间隔之和；slv[n]为所述次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与所述采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除所述次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔。

例如，前述实施例中所确定的修正前的时间间隔之和M₂为108s，选定的脉冲n为3，且计算得到slv[1]＝7s，slv[2]＝8s，slv[3]＝14s，则按照上述公式计算得到修正后的时间间隔之和为：

在实施例中，增量式光电编码器普遍采用了四倍频技术,选择数量为4或者4的整数倍，可以很好解决四倍频引入误差的同时保留四倍频的细分优势，皆有普适性，因此，本发明所设定的阈值数量为4。

根据本发明的第二个方面，还提供了一种增量式光电编码器MT法测速误差自适应消除的装置，包括：获取模块，用于获取采样周期内所接收到的所有脉冲；第一确定模块，用于确定所接收脉冲的数量是否大于设定的阈值数量；修正模块，用于在脉冲数量大于设定的阈值数量的情况下，修正脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和；第二确定模块，用于根据修正的脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和，确定电机的转速。

在实施例中，修正模块用于：根据脉冲数量，确定修正系数；根据修正系数，对脉冲数量以及所接收脉冲间的时间间隔之和进行修正。

在实施例中，修正模块用于按照以下公式计算得到修正系数：i＝mod(M₁,x)，其中，i为修正系数，M₁为修正前的脉冲数量，x为设定的阈值数量。

在实施例中，修正模块用于：按照如下公式计算得到修正后的脉冲数量：

其中，

为修正后的脉冲数量。

在实施例中，获取模块还用于：获取采样周期内接收次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔；修正模块用于根据如下公式计算得到修正后的时间间隔之和：

其中，所述

为所述修正后的时间间隔之和，M₂为修正前的所述时间间隔之和；slv[n]为所述次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与所述采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除所述次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔。

在实施例中，设定的阈值数量为4。

图3A、图3B、图3C、图3D示出了采用本发明实施例的方案在不同速度阶跃给定下的测速效果，其中，波动较多的灰线为现有的增量式光电编码器MT方法的测速效果，波动较少的黑线为本发明增量式光电编码器MT法测速误差消除的方法的测速效果；相比现有的未加误差消除算法的增量式光电编码器MT法测速，本实施例得到的反馈转速并未出现滞后，因而延时更小。图3A、图3B、图3C、图3D电机以不同转速平稳运行的情况下增量式光电编码器MT法测速和本发明实施例的转速反馈对比图，本实施例在单位采样周期内得到不同个数脉冲，即修正系数在0到3之间变化的情况下，都能够较好地抑制了增量式光电编码器MT法测速中硬件带来的噪声，从而实现光滑、高精度的转速反馈。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (2)

1.一种增量式光电编码器MT法测速误差消除的方法，其特征在于，包括：

获取采样周期内所接收到的所有脉冲；

确定所述脉冲数量是否大于设定的阈值数量；

若所述脉冲数量大于所述设定的阈值数量，则修正所述脉冲数量以及所述脉冲间的时间间隔之和；

根据修正的所述脉冲数量以及所述脉冲间的时间间隔之和，确定电机的转速；

其中，所述修正所述脉冲数量以及所述脉冲间的时间间隔之和，包括：根据所述脉冲数量，确定修正系数；根据所述修正系数，对所述脉冲数量以及所述脉冲间的时间间隔之和进行修正；

根据所述脉冲数量，确定修正系数，包括：所述修正系数按照以下公式计算得到：i＝mod(M₁,x)，其中，i为所述修正系数，M₁为修正前的所述脉冲数量，x为所述设定的阈值数量；

根据所述修正系数，对所述脉冲数量进行修正，包括：修正后的脉冲数量按照如下公式计算得到：

其中，所述

为所述修正后的脉冲数量；

根据所述修正系数，对所述脉冲间的时间间隔之和进行修正，包括：获取采样周期内接收次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与所述采样周期的上一采样周期的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除所述次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔；根据如下公式计算得到修正后的时间间隔之和：

其中，所述

为所述修正后的时间间隔之和，M₂为修正前的所述时间间隔之和；slv[n]为所述次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与所述采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除所述次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔。

2.一种增量式光电编码器MT法测速误差自适应消除的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取采样周期内所接收到的所有脉冲；

第一确定模块，用于确定所述脉冲数量是否大于设定的阈值数量；

修正模块，用于若所述脉冲数量大于所述设定的阈值数量，则修正所述脉冲数量以及所述脉冲间的时间间隔之和；

第二确定模块，用于根据修正的所述脉冲数量以及所述脉冲间的时间间隔之和，确定电机的转速；

其中，所述修正模块用于：根据所述脉冲数量，确定修正系数；根据所述修正系数，对所述脉冲数量以及所述脉冲间的时间间隔之和进行修正；

所述修正模块用于按照以下公式计算得到所述修正系数：i＝mod(M₁,x)，其中，i为所述修正系数，M₁为修正前的所述脉冲数量，x为所述设定的阈值数量；

所述修正模块用于：按照如下公式计算得到修正后的所述脉冲数量：

其中，所述

为所述修正后的脉冲数量；

所述获取模块还用于：获取采样周期内接收次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与所述采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除所述次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔；根据如下公式计算得到修正后的时间间隔之和：

其中，所述

为所述修正后的时间间隔之和，M₂为修正前的所述时间间隔之和；slv[n]为所述次序靠前的n个脉冲中，次序最前的脉冲与所述采样周期的上一采样周期到来的最后一个脉冲之间的时间间隔，以及除所述次序最前的脉冲之外的其它脉冲的与前一脉冲间的时间间隔。

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