CN112366996B - 一种基于转速编码器实现高分辨率转速控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于转速编码器实现高分辨率转速控制的方法，属于测速编码器的转速控制技术领域。技术方案：利用给定转速的频率信号f 1和测速编码器的频率信号f 2间稳定变化的相位差来实现精准脉冲计数，提高了电压积分精度。在一定时间内，计得f 1和f 2的脉冲个数分别为m和n。在电压积分开关作用下，对m个高电平进行积分得电压U。求出f 1和f 2的单周期积分电压分别为U/m和U/n，进而得电压偏差值ΔU=U/m－U/n。最后根据ΔU求PWM的脉冲波形，进而控制电机达到给定转速值。本发明利用频率信号f 1和f 2间相位差变化特点，提高了测量分辨率，克服了±1个脉冲的计数误差，进而提高积分电压的精度，更精准的控制转速。

Description

一种基于转速编码器实现高分辨率转速控制的方法
技术领域
本发明涉及一种基于转速编码器实现高分辨率转速控制的方法，利用给定转速与被测转速分别相对应的频率信号间的脉冲关系，进行多周期的控制电压积分，利用积分电压实现高分辨率转速控制，属于利用转速编码器进行转速控制技术领域。
背景技术
测速编码器常与PWM技术相结合进行电机的转速控制，转速编码器与转轴相连，电机运转时，测速编码器输出脉冲，一定时间内的脉冲个数对应电机转速。电机转速控制的关键是精准测量脉冲个数，并判断出给定转速值与编码器输出转速值的偏差，利用这种偏差值计算PWM脉冲信号，进而通过驱动电路控制电机转速。背景技术中测速编码器进行频率测量的常用方法有两种：一种是M法，另一种是T法。M法是在给定的计数时间内测量被测转速信号的脉冲个数，然后换算出被测转速信号的频率，此方法的测量准确度取决于计数时间与被测信号的同步性，当被测转速信号的频率较低时，测量误差较大。T法是测量被测转速信号的周期，然后在此周期内填充基准频率信号，换算得出被测转速信号的频率，此方法的测量准确度取决于被测转速信号的单位周期信号与基准频率信号的同步性。M法和T法都无法解决频率信号间的±1个脉冲的计数误差，限制了转速测量准确度的提高，进而限制了转速偏差值的计算精度，最后限制电机转速控制精度。
发明内容
本发明目的是提供一种基于转速编码器实现高分辨率转速控制的方法，利用给定转速与被测转速分别相对应的频率信号间的相位差关系，进行多周期的控制电压积分，利用积分电压实现高分辨率转速控制。通过检测两频率信号间稳定变化的相位差来控制脉冲计数电路，以此大大消除常用M法和T法中存在的±1个脉冲的计数误差，并利用这种稳定变化的相位差来控制电压积分电路，对计数闸门内的给定频率信号进行多周期电压积分，进而求得高分辨率的给定转速和被测转速的电压偏差值，然后通过PWM和驱动电路控制电机转速达到给定转速值。本发明测量分辨率高，电路结构简单、易于实现，解决背景技术中存在的因±1个脉冲计数误差而导致电压偏差值精度不高的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于转速编码器实现高分辨率转速控制的方法，包含如下步骤：
①利用给定转速相对应的频率信号f 1和转速编码器输出的被测转速相对应的频率信号f 2之间稳定变化的相位差来实现精准脉冲计数；
本发明的转速控制系统中，由于反馈闭环控制的作用，电机的被测转速值紧紧跟随给定转速值的变化而变化，本发明针对的是控制过程中减小被测转速值与给定转速值间存在微小偏差值的问题，即频率信号f 1和频率信号f 2具有相同标称频率情况下，它们之间只存在微小频差，这种情况下两频率信号间的相位差变化是单调的，而且在这种单调变化过程中，每隔一个时间T，都会出现相同的相位差值。
简单举例，f 1的频率值为4kHz，f 2的频率值为5kHz，以脉冲信号的上升沿为两频率信号相位差的比较时刻，如图1所示，假设f 1和f 2在初始时刻相位重合，f 2的运行周期值为0.2×10-3s，f 1的运行周期值为0.25×10-3s，经过0.25×10-3s后，f 1和f 2的时间差即相位差为0.05×10-3s，经过0.25×2×10-3s后，f 1和f 2的时间差即相位差为0.1×10-3s，经过0.25×3×10-3s后，f 1和f 2的时间差即相位差为0.15×10-3s，经过0.25×4×10-3s后，f 1和f 2的时间差即相位差为0.2×10-3s，这时f 1和f 2再一次相位重合。
如图2所示，时间T为4/f 1或5/f 2，即在一个T的周期时间里含有完整的4个f 1信号波形和完整的5个f 2信号波形。利用这种稳定变化的相位差构成计数开关和电压积分开关，克服了±1个脉冲的计数误差，提高了电压积分精度，进而完成高精度的转速控制。
②在周期时间T内，对频率信号f 1和频率信号f 2分别进行脉冲计数，计得频率信号f 1的脉冲个数为m，计得频率信号f 2的脉冲个数为n；
③在电压积分开关的作用下，对给定频率信号f 1的m个高电平进行电压积分，并对这些积分电压进行累加得电压U；
④在周期时间T内，给定频率信号f 1的累加电压和被测频率信号f 2的累加电压相等，只是高电平个数不同而已，所以分别求出给定频率信号f 1的单周期高电平积分电压为U/m，被测频率信号f 2的单周期高电平积分电压为U/n，进而求得电压偏差值ΔU=U/m－U/n；
⑤最后根据给定转速和被测转速的电压偏差值，求得PWM的脉冲波形，经驱动电路来控制电机转速达到给定转速值。
本发明的主要创新点是：利用稳定变化的相位差信号形成电压积分开关，在此电压积分开关内对给定频率信号f 1的m个高电平进行电压积分，然后分别求出给定频率信号f 1的单周期高电平积分电压U/m，被测频率信号f 2的单周期高电平积分电压U/n，进而求得高精度的电压偏差值ΔU，本发明不用划分速度段，可以有很宽的转速控制范围，对变化的速度信号可以进行高精度的转速控制。
本发明的积极效果是：仪器结构简单、易于实现，利用给定转速与被测转速分别相对应的频率信号间的相位差关系，使得频率测量分辨率大大高于M法和T法，进而提高积分电压的精度，更精准的控制电机转速。低速和高速时都能形成高分辨率的计数开关和电压积分开关，相对于M法和T法，本发明有很宽的速度控制范围。
附图说明
图1是本发明的频率信号间相位差变化示意图；
图2是本发明的频率电压波形示意图；
图3是本发明的转速控制系统框图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明
如图3所示：
在此闭环控制系统中，由计算机控制中心输出与给定转速值相对应的频率值f 1，由测速编码器输出与电机转速相对应的频率值f 2。在闭环控制的初始作用下，频率值f 2具逐步调节到与频率值f 1有相同的标称值，频率值f 1和f 2之间只存在微小频差，这时给定频率信号f 1和被测频率信号f 2间相位差周期性的稳定单调变化。利用两频率信号间相位差的变化特点构成计数开关，在脉冲计数期间，给定频率信号f 1和被测频率信号f 2接近于同步，相同的相位差值构成计数开始信号和结束信号，在同等的硬件条件下，分辨率和精度优于M法和T法，以此产生的积分电压偏差值精度更高，转速控制更精准。
利用可编程逻辑器件CPLD对稳定单调变化的相位差进行检测，即被测频率信号f 2的上升沿输入到CPLD时，CPLD输出高电平，给定频率信号f 1的上升沿输入到CPLD时，CPLD输出低电平，检测出频率信号间相位差的周期性单调变化。两频率信号的上升沿构成了相位差值，相位差即是频率信号间的时间差，由于硬件自身分辨率的限制，相位差为零的信号无法检测，只能是检测出一定数值的相位差，通过CPLD设置一定时间宽度的检测单元，提取出同值的相位差，检测出的相位差信号构成计数开关和电压积分开关。
在计数期间，CPLD分别对给定频率信号f 1和被测频率信号f 2进行计数，由于两频率信号的上升沿构成开关，所以在计数期间内给定频率信号f 1和被测频率信号f 2的脉冲个数都是整数，计数精度优于M法和T法。计得给定频率信号f 1的脉冲个数为m，被测频率信号f 2的脉冲个数为n。
在电压积分期间，利用CPLD进行累加式电压积分，即对m个高电平电压积分，并且把每个积分电压进行累加，得到总积分电压U。
求得脉冲个数与积分电压后，利用计算机控制中心求出给定频率信号f 1的单周期电压积分值U/m，被测频率信号f 2的单周期电压积分值U/n，然后计算出两频率信号的电压偏差值ΔU=U/m－U/n。积分开关也是由相位差信号产生，这种高分辨率的相位差稳定变化，使得电压偏差值的分辨率很高，进而提高控制精度。
电压偏差值ΔU实际上是速度偏差的结果，通过计算机控制中心，求取电压偏差值ΔU相对应的速度偏差值，然后求取PWM脉宽波形并输出，经过驱动电路控制电机，使电机达到给定转速值。
经过本发明的转速控制处理，利用转速编码器输出的频率信号与给定转速相对应的频率信号间的相位差变化特点，相比于M法和T法，很大程度上消除±1个脉冲的计数误差。利用相位差稳定变化特点构成的电压积分开关，求得的电压偏差精度更高，由此进行的转速控制精度也更高，所以本发明的相对误差很容易降低十几倍到几十倍，而且本发明相比于M法和T法，不用划分转速控制的低速段和高速段，有很宽的转速控制范围。

Claims (1)

1.一种基于转速编码器实现高分辨率转速控制的方法：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
利用给定转速相对应的频率信号f 1和转速编码器输出的被测转速相对应的频率信号f 2之间稳定变化的相位差信息来形成电压积分开关；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
在电压积分开关的作用下，对给定频率信号f 1的高电平进行电压积分，并对这些积分电压进行累加得电压U；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
分别求出给定频率信号f 1的单周期高电平积分电压为U/m，被测频率信号f 2的单周期高电平积分电压为U/n，进而求得电压偏差值ΔU=U/m－U/n；m为频率信号f 1的脉冲个数,n为频率信号f 2的脉冲个数；
④电压偏差值ΔU实际上是速度偏差的结果，通过计算机控制中心，求取电压偏差值ΔU相对应的速度偏差值，然后求取PWM脉宽波形并输出，经过驱动电路控制电机，使电机达到给定转速值。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297515A (zh) * 2014-11-06 2015-01-21 贾兆旻 一种基于编码器实现高分辨率测速的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5140245A (en) * 1990-09-24 1992-08-18 Westinghouse Electric Corp. Pmg-based position sensor and synchronous drive incorporating same
JP4910467B2 (ja) * 2006-04-21 2012-04-04 株式会社明電舎 モータの可変速制御装置
EP2447671B1 (en) * 2009-06-26 2017-08-09 Rohm Co., Ltd. Angular velocity sensor, and synchronous detection circuit used therein
TWI461694B (zh) * 2009-07-29 2014-11-21 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 風扇類型檢測及調速系統
CN101621297B (zh) * 2009-08-03 2012-12-05 四川和芯微电子股份有限公司 锁相环频率锁定的检测方法及电路
JP4645768B1 (ja) * 2009-11-02 2011-03-09 パナソニック株式会社 電子機器
CN103048485A (zh) * 2013-01-09 2013-04-17 国电联合动力技术有限公司 风力发电机的转速测量方法及其测量系统
CN206281866U (zh) * 2016-12-16 2017-06-27 华中科技大学 一种基于电磁感应的速度测量装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104297515A (zh) * 2014-11-06 2015-01-21 贾兆旻 一种基于编码器实现高分辨率测速的方法

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