CN110967521A - 一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统，101）统计光栅片的齿槽数、102）获得每个齿槽的补偿系数、103）预测转速；本发明提出更加快速精确预测的一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统。

Description

一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统

技术领域

本发明涉及一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统。

背景技术

目前增量式编码器大都是采用光栅片加光电管的原理，不管是成品还是分立的，都存在这个光栅片的加工及安装精度问题，对于一些需要快速响应速度的控制当中，如快速测功领域，如果不是用按圈计算出来的转速而是用实际每个脉冲时间计算出来的转速来控制的话，会有一定的波动性，而用按圈计算出来的转速的话，会有一定的滞后性，不利于快速PID控制以及电机特性曲线数据的准确性。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明提出更加快速精确预测的一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统，具体包括如下步骤：

101）统计光栅片的齿槽数，并选择任何一个齿槽对其扩大为最大的间隙，并标记为1号，利用MCU通过光电管把每个齿槽转过光电管的时间测量出来，并依序可标记出所有齿槽，根据每个齿槽通过光电管的时间而得到转速；

102）获得每个齿槽的补偿系数，根据光栅片转动一圈的时间获得当前的稳定转速，从而结合每个齿槽的转速来得到每个齿槽的误差补偿系数；

103）预测转速，当测到一个齿槽标号的光电管测量时间时，由如下公式

Sn = ( 1/ (60*Tn) )*60 rpm

其中n为齿槽数1至60，S为当前转轴的转速，T为齿槽转过光电管的时间，rpm为转速单位；

从而误差结合补偿系数K，通过如下公式

S = Kn * Sn

得到当前转轴的实际稳定转速，从而预测出尚未测量到的齿槽的稳定的转速。

进一步的，固定部包括圆形底盘、衔接固定盘和支撑盘，衔接固定盘设置在圆形底盘上，支撑盘设置在衔接固定盘上，并且圆形底盘、衔接固定盘和支撑盘上设置同心圆孔。

进一步的，光栅片包括光栅片本体和连接轴，连接轴一端固定在固定部的圆形底盘上，另一端与光栅片本体连接。

进一步的，光电管设置在固定部的支撑盘上，光电管整体呈n形，其靠近支撑盘侧设置上下两个连接凸台，连接凸台上设置连接孔，光电管的缺口覆盖在光栅片的外延齿槽处。

本发明的有益效果在于：本发明只要计算出当前转轴的实际稳定转速，这样我们就可以在收到任何一个脉冲时间时就可以计算当前的稳定转速，而不需要等光栅片转完一圈时才能计算出稳定的转速。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的部分结构图；

图3为本发明的光栅片改动图片。

图中标识：固定部1、光栅片2和光电管3。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

一种利用安装在电机转轴上光栅片2快速获取转速的测量系统，包括固定部1、光栅片2和光电管3。固定部1包括圆形底盘、衔接固定盘和支撑盘，衔接固定盘设置在圆形底盘上，支撑盘设置在衔接固定盘上，并且圆形底盘、衔接固定盘和支撑盘上设置同心圆孔，有助于很好的固定光栅片2，提供持久的运转空间。光栅片2包括光栅片本体和连接轴，连接轴一端固定在固定部1的圆形底盘上，另一端与光栅片本体连接。该连接方式采用螺栓，便于调节固定，拆装方便，且维护成本低。光电管3设置在固定部1的支撑盘上，光电管3整体呈n形，其靠近支撑盘侧设置上下两个连接凸台，连接凸台上设置连接孔，光电管3的缺口覆盖在光栅片2的外延齿槽处，从而能快速检测齿槽未挡住的部分的运转时间，而且一段出问题也方便维护和更换。

其运作如图1所示，由于光栅片2和转轴的加工以及安装问题，并不能保证安装的同心度以及光栅片2的齿槽间的间隙的一致性，导致测量点光电管3在光栅片2每个齿槽的测量所处的半径不一致，即齿槽的间隔距离不一致，这样在同样的转速下，由每个齿槽计算出来的转轴转速都有一定的偏差，并不能代表当前转轴的实际转速，这时必须把光栅片2转动一圈所测量出来的的数据，即光栅片2所有齿槽的间隔时间都测量出来，计算出来的转速才是当前转轴的稳定转速，这样要得到稳定而精确转速，就会比较慢，至少要转完一圈才能计算出来，不利于电机转速的快速控制等。

以该光栅片2的齿槽数n=60齿为例，当电机匀速转动时，利用MCU通过光电管3把每个齿槽转过光电管3的时间测量出来，分别用T1、T2、T3……T60表示，这样转动一圈的总时间

T= T1+T2+T3+……+T60 公式（1）

则当前转轴的转速

S= （1/T）*60rpm 公式（2）

当前每个齿槽计算出来的转速

Sn = ( 1/ (60*Tn) )*60rpm其中n从1~60 公式(3)

实际测量当中，由于光栅片2每个齿槽的加工间隙都不完全一样，或者安装在转轴上的同心度问题，此处公式(1)和公式(2)计算出来的Sn和S都有一定的误差，这样如果想用公式(3)快速得到转速，稳定性就会差很多，不利于后续一些控制。

把该光栅片2的其中一个齿槽用锉刀把间隙锉大一点，如图2所示，当光栅片2匀速转动时，我们MCU可以检测到一个脉宽时间明显大于其它脉宽时间，我们把该最大脉 宽时间标记为1号，后面号码依序排下去，这样可以得到每个标号的脉时间分别为 T1＇ T2＇ T3＇T4＇……T59＇ T60＇，依据上述公式(3)可以把每个齿槽的转速计算出来分别为S1 S2 S3 S4…… S59 S60 ,同时利用上述公式(2)我们把当前的稳定转速S计算出来，这样可以计算出每个齿槽的误差补偿系数：

Kn = S/Sn 其中n从1~60 公式(4)

这个补偿系数Kn是由实际光栅片2的加工及安装精度造成的，是一个固有特性。这样，在实际转速测量时，当我们一旦测到一个齿槽标号的脉宽时间如Tn,我们就可以通过上述公式(3)算出由该齿槽数据计算出来的转速Sn ,并通过如下补偿公式

S = Kn * Sn 公式(5)

计算出当前转轴的实际稳定转速，这样我们就可以在收到任何一个脉冲时间时就可以计算当前的稳定转速，而不需要等光栅片2转完一圈时才能计算出稳定的转速。从而只要通过改变其中一个齿槽形状，来获取对每个齿槽的标记。有了标记就可以通过公式计算出每个齿槽的补偿系数。通过补偿系数可以快速计算出稳定的转速，以便于更加精确的实时控制，如PID闭环控制等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统，其特征在于，包括固定部、光栅片和光电管，具体包括如下步骤：

101）统计光栅片的齿槽数，并选择任何一个齿槽对其扩大为最大的间隙，并标记为1号，利用MCU通过光电管把每个齿槽转过光电管的时间测量出来，并可标记出所有齿槽，根据时间而得到齿槽的转速；

102）获得每个齿槽的补偿系数，根据测得的转速，获得当前的稳定转速，从而结合每个齿槽的转速来得到每个齿槽的误差补偿系数；

103）预测转速，当测到一个齿槽标号的光电管测量时间时，由如下公式

Sn = ( 1/ (60*Tn) )*60 rpm

其中n为齿槽数1至60，S为当前转轴的转速，T为齿槽转过光电管的时间，rpm为转速单位；

从而误差结合误差补偿系数K，通过如下公式

S = Kn * Sn

得到当前转轴的实际稳定转速，从而预测出尚未测量到的齿槽的稳定的转速。

2.根据权利要求1所述的一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统，其特征在于，固定部包括圆形底盘、衔接固定盘和支撑盘，衔接固定盘设置在圆形底盘上，支撑盘设置在衔接固定盘上，并且圆形底盘、衔接固定盘和支撑盘上设置同心圆孔。

3.根据权利要求2所述的一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统，其特征在于，光栅片包括光栅片本体和连接轴，连接轴一端固定在固定部的圆形底盘上，另一端与光栅片本体连接。

4.根据权利要求2所述的一种利用安装在电机转轴上光栅片快速获取转速的测量系统，其特征在于，光电管设置在固定部的支撑盘上，光电管整体呈n形，其靠近支撑盘侧设置上下两个连接凸台，连接凸台上设置连接孔，光电管的缺口覆盖在光栅片的外延齿槽处。

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