CN113224983A - 一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统，包括增量式光电编码器、微分测速模块、速度指令输入端、速度P控制模块、电流环、电机、积分模块及速度I控制模块；增量式光电编码器的一路依次通过微分测速模块、速度P控制模块、电流环与电机的输入端连接，速度指令输入端的一路依次通过速度P控制模块、电流环与电机的输入端连接；速度指令输入端的另一路依次通过积分模块、速度I控制模块、电流环与电机的输入端连接，增量式光电编码器的另一路依次通过速度I控制模块、电流环与电机的输入端连接。本发明可有效减少位置微分带来的速度反馈计算误差，从而提升速度控制绝对精度，提升机械设备的加工精度和其它控制性能。

Description

一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统
技术领域
本发明涉及一种提高增量式光电编码器速度控制精度的技术，具体涉及一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统。
背景技术
如图1所示，为已有的变频器或者伺服驱动器带编码器(PG)的速度控制方式，采用位置微分得到反馈速度，然后通过速度PID闭环计算转矩指令。转矩指令通过系数转换得到转矩电流指令和励磁电流指令。两个电流指令送给电流环完成电流环控制。电流环作为速度环的内环使用。
其中，增量式光电编码器，采用M法、T法或者MT法的方法获得微分测速的结果。速度PID所采用的计算公式为，Iq_Ki_Ref＝Ki*∫(V_Ref-V_Fdb)dt，Iq_Ki_Ref为转矩指令，Ki为速度控制I增益，V_Ref为速度指令，V_Fdb为增量式光电编码器测量的速度反馈。由于以上测速方法的测速精度存在固有的测速误差，导致速度PID闭环后的速度控制精度不高。例如，存在电机指令转速为2000rpm，用仪器实测的电机转速为1997rpm或者1998rpm。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统。
本发明的技术方案如下：
一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统，包括增量式光电编码器、微分测速模块、速度指令输入端、速度P控制模块、电流环、电机、积分模块及速度I控制模块；
所述增量式光电编码器的一路依次通过所述微分测速模块、速度P控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度指令输入端的一路依次通过所述速度P控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度P控制模块采用微分测速模块得到的速度反馈和速度指令输入端输入的速度指令计算得出第一转矩指令；
所述速度指令输入端的另一路依次通过所述积分模块、速度I控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述增量式光电编码器的另一路依次通过所述速度I控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度I控制模块采用积分模块得到的速度指令积分和增量式光电编码器的位置反馈做变形的I控制并计算得出第二转矩指令；
所述电流环最终根据所述第一转矩指令和第二转矩指令结合完成控制。
其中，所述速度P控制模块所采用的计算公式为，Iq_Kp_Ref＝Kp*(V_Ref-V_Fdb)，其中，Iq_Kp_Ref为第一转矩指令，Kp为速度控制P增益，V_Ref为速度指令，V_Fdb为增量式光电编码器测量的速度反馈。
其中，所述速度I控制模块所采用的计算公式为，Iq_Ki_Ref＝Ki*(θ_Ref-θ_Fdb)，其中，Iq_Ki_Ref为第二转矩指令，Ki为速度控制I增益，θ_Ref为速度控制计算的虚拟位置指令，θ_Fdb为速度控制的实际反馈位置。
其中，所述增量式光电编码器的反馈速度测速方法为M法、T法或者MT法。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明通过将速度PI控制划分成速度P控制和速度I控制，速度P控制采用位置微分得到的速度反馈和速度指令做计算，速度I控制不采用已有方案的速度微分得到的速度反馈和速度指令做计算，而是采用速度指令积分和位置反馈做变形的I控制。通过该方式有效减少了位置微分带来的速度反馈计算误差，误差可做到少于1rpm的转速。本发明可应用于速控机床等对速度控制绝对精度要求较高的工业应用现场，可以显著提升速度控制的绝对精度，从而提升机械设备的加工精度和其它控制性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为现有技术的系统框图；
图2为本发明的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例
请参阅图2，本发明实施例提供一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统，包括增量式光电编码器、微分测速模块、速度指令输入端、速度P控制模块、电流环、电机、积分模块及速度I控制模块。其中，所述增量式光电编码器的一路依次通过所述微分测速模块、速度P控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度指令输入端的一路依次通过所述速度P控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度P控制模块采用微分测速模块得到的速度反馈和速度指令输入端输入的速度指令计算得出第一转矩指令；所述速度指令输入端的另一路依次通过所述积分模块、速度I控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述增量式光电编码器的另一路依次通过所述速度I控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度I控制模块采用积分模块得到的速度指令积分和增量式光电编码器的位置反馈做变形的I控制并计算得出第二转矩指令；所述电流环最终根据所述第一转矩指令和第二转矩指令结合完成控制。
该系统通过将公式Iq_Ki_Ref＝Ki*∫(V_Ref-V_Fdb)dt做以下改进变形：
Iq_Ki_Ref
＝Ki*∫(V_Ref-V_Fdb)dt
＝Ki*(∫V_Ref dt-∫V_Fdb dt)
＝Ki*(θ_Ref-θ_Fdb)；
其中，速度控制的虚拟位置指令计算，速度指令积分：
θ_Ref＝∫V_Ref dt；
θ_Fdb为光电编码器实测得到的反馈位置。
经以上变形后，新的速度控制为：
速度P控制：Iq_Kp_Ref＝Kp*(V_Ref-V_Fdb)；
速度I控制：Iq_Ki_Ref＝Ki*(θ_Ref-θ_Fdb)；
速度PI控制的最终结果：
Iq_Ref＝Iq_Kp_Ref+Iq_Ki_Ref；
反馈速度的计算原理为光电编码器位置微分得到反馈速度：
V_Fdb＝dθ/dt；
备注：所述增量式光电编码器的反馈速度测速方法为M法、T法或者MT法。
其中，Kp为速度控制P增益，Ki为速度控制I增益，θ_Ref为速度控制计算的虚拟位置指令，θ_Fdb为速度控制的实际反馈位置，V_Ref为速度指令，V_Fdb为增量式光电编码器测量的速度反馈，Iq_Kp_Ref为第一转矩指令，Iq_Ki_Ref为第二转矩指令。
综上所述，本发明通过将速度PI控制划分成速度P控制和速度I控制，速度P控制采用位置微分得到的速度反馈和速度指令做计算，速度I控制不采用已有方案的速度微分得到的速度反馈和速度指令做计算，而是采用速度指令积分和位置反馈做变形的I控制。通过该方式有效减少了位置微分带来的速度反馈计算误差，误差可做到少于1rpm的转速。
本发明可应用于速控机床等对速度控制绝对精度要求较高的工业应用现场，可以显著提升速度控制的绝对精度，从而提升机械设备的加工精度和其它控制性能。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统，其特征在于：包括增量式光电编码器、微分测速模块、速度指令输入端、速度P控制模块、电流环、电机、积分模块及速度I控制模块；
所述增量式光电编码器的一路依次通过所述微分测速模块、速度P控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度指令输入端的一路依次通过所述速度P控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度P控制模块采用微分测速模块得到的速度反馈和速度指令输入端输入的速度指令计算得出第一转矩指令；
所述速度指令输入端的另一路依次通过所述积分模块、速度I控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述增量式光电编码器的另一路依次通过所述速度I控制模块、电流环与所述电机的输入端连接，所述速度I控制模块采用积分模块得到的速度指令积分和增量式光电编码器的位置反馈做变形的I控制并计算得出第二转矩指令；
所述电流环最终根据所述第一转矩指令和第二转矩指令结合完成控制。
2.根据权利要求1所述的一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统，其特征在于：所述速度P控制模块所采用的计算公式为，Iq_Kp_Ref＝Kp*(V_Ref-V_Fdb)，其中，Iq_Kp_Ref为第一转矩指令，Kp为速度控制P增益，V_Ref为速度指令，V_Fdb为增量式光电编码器测量的速度反馈。
3.根据权利要求1所述的一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统，其特征在于：所述速度I控制模块所采用的计算公式为，Iq_Ki_Ref＝Ki*(θ_Ref-θ_Fdb)，其中，Iq_Ki_Ref为第二转矩指令，Ki为速度控制I增益，θ_Ref为速度控制计算的虚拟位置指令，θ_Fdb为速度控制的实际反馈位置。
4.根据权利要求1所述的一种可提高增量式光电编码器速度控制精度的测速系统，其特征在于：所述增量式光电编码器的反馈速度测速方法为M法、T法或者MT法。
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