CN113890454A - 伺服电机转速反馈控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种伺服电机转速反馈控制系统及方法。该系统包括：光电耦合器与伺服电机相连，用于对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，获取测速脉冲信号；锁相倍频器与光电耦合器相连，用于对测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号；脉冲计数器与锁相倍频器相连，用于对倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值；信号转换器与脉冲计数器相连，用于对脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号；电机控制器与信号转换器相连，用于对脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据电机实测转速对伺服电机进行补偿控制。该系统可以有效提高低速测速的测速精度从而保障伺服电机控制的精度。

Description

伺服电机转速反馈控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电机运动控制技术领域，尤其涉及一种伺服电机转速反馈控制系统及方法。

背景技术

在伺服电机控制系统中，需对伺服电机进行转速测量，进而电机实测转速等反馈信号，以使电机控制器根据反馈信号控制伺服电机进行精密控制。当前伺服电机转速测量过程中，主要采用M法测速、T法测速和M/T法测速；其中，M法测速是指在规定时间内测量所产生的脉冲个数来测量速度的方法。T法测速是测量相邻两个脉冲的时间来测量速度的方法。M/T法测速是同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度的方法。从测量精度上看，T法测速的测量精度随着转速的增加而减小；M法测速的测量精度在高速时较高而在低速时变低；M/T法测速的测量精度介于两者之间，M/T法测速虽然可以改善T法测量在高速时的测量精度，但增加纯延时，且在低速时存在测量精度较低从而导致电机控制精度不高的问题。

发明内容

本发明提供一种伺服电机转速反馈控制系统及方法，以解决当前伺服电机在低速测速时存在测量精度较低而导致电机控制精度不高的问题。

本发明提供一种伺服电机转速反馈控制系统，包括光电耦合器、锁相倍频器、脉冲计数器、信号转换器和电机控制器；

所述光电耦合器，与伺服电机相连，用于对所述伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，获取测速脉冲信号；

所述锁相倍频器，与所述光电耦合器相连，用于对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号；

所述脉冲计数器，与所述锁相倍频器相连，用于对所述锁相倍频器输出的倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值；

所述信号转换器，与所述脉冲计数器相连，用于对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号；

所述电机控制器，与所述信号转换器相连，用于对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据所述电机实测转速对所述伺服电机进行补偿控制。

优选地，所述所述锁相倍频器，包括：

倍频系数获取单元，用于获取倍频系数，所述倍频系数小于所述脉冲计数器的最高工作频率与所述脉冲计数器的最高输入频率的商；

锁相倍频处理单元，用于基于倍频系数，对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号。

优选地，所述信号转换器，包括：

目标位数获取单元，用于获取所述信号转换器对应的目标位数；

信号转换处理单元，用于对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取与所述目标位数相对应的脉冲转换信号。

优选地，所述电机控制器，包括：

脉冲实测值获取单元，用于根据所述信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

电机实测转速获取单元，用于采用脉冲转速切换公式对当前时刻的脉冲实测值进行计算，获取当前时刻的电机实测转速；其中，所述脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，n为电机实测转速，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期；

电机转速补偿控制单元，用于根据所述当前时刻的电机实测转速和电机目标转速，获取当前时刻对应的电机补偿转速，根据所述电机补偿转速对所述伺服电机进行补偿控制。

优选地，所述脉冲实测值获取单元，包括：

当前计数值获取子单元，用于对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行识别，获取当前时刻对应的当前计数值；

第一实测值获取子单元，用于若所述脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

第二实测值获取子单元，用于若所述脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

本发明提供一种伺服电机转速反馈控制方法，包括：

采用光电耦合器对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，获取测速脉冲信号；

采用锁相倍频器对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号；

采用脉冲计数器对所述锁相倍频器输出的倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值；

采用信号转换器对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号；

采用电机控制器对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据所述电机实测转速对所述伺服电机进行补偿控制。

优选地，所述采用锁相倍频器对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号，包括：

获取倍频系数，所述倍频系数小于所述脉冲计数器的最高工作频率与所述脉冲计数器的最高输入频率的商；

基于倍频系数，对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号。

优选地，所述采用信号转换器对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号，包括：

获取所述信号转换器对应的目标位数；

对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取与所述目标位数相对应的脉冲转换信号。

优选地，所述对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据所述电机实测转速对所述伺服电机进行补偿控制，包括：

根据所述信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

采用脉冲转速切换公式对当前时刻的脉冲实测值进行计算，获取当前时刻的电机实测转速；其中，所述脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，n为电机实测转速，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期；

根据所述当前时刻的电机实测转速和电机目标转速，获取当前时刻对应的电机补偿转速，根据所述电机补偿转速对所述伺服电机进行补偿控制。

优选地，所述根据所述信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值，包括：

对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行识别，获取当前时刻对应的当前计数值；

若所述脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

若所述脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

上述伺服电机转速反馈控制系统及方法中，采用光电耦合器对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，使得实测脉冲信号到测速脉冲信号之间的传输具有单向传输性，良好电绝缘能力和抗干扰能力，可以有效避免直接对实测脉冲信号进行后续处理所存在的电磁干扰问题，有助于保障测速精度；采用锁相倍频器对所述测速脉冲信号进行锁相倍频，获取较高频率的倍频脉冲信号，为低速测速的测速精度提供技术保障；采用脉冲计数器对倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值，并采用信号转换器对脉冲计数值进行信号转换，有助于保障获取到的脉冲转换信号的信号传输效率，有助于提高测速精度；采用电机控制器对脉冲转换信号进行处理，以获取电机实测转速，从而利用电机实测转速对伺服电机进行补偿控制，从而保障伺服电机的控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中伺服电机转速反馈控制系统的一原理框图；

图2是本发明一实施例中伺服电机转速反馈控制方法的一流程图。

具体实施方式

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作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。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明实施例提供一种伺服电机转速反馈控制系统，如图1所示，该伺服电机转速反馈控制系统包括光电耦合器、锁相倍频器、脉冲计数器、信号转换器和电机控制器；光电耦合器，与伺服电机相连，用于对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，获取测速脉冲信号；锁相倍频器，与光电耦合器相连，用于对光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号；脉冲计数器，与锁相倍频器相连，用于对锁相倍频器输出的倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值；信号转换器，与脉冲计数器相连，用于对脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号；电机控制器，与信号转换器相连，用于对信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据电机实测转速对伺服电机进行补偿控制。

其中，光电耦合器(optoelectronic isolator，英文缩写为OC)，亦称光电隔离器或光耦合器，是以光为媒介传输电信号，对传输的电信号具有良好的隔离作用。一般来说，光电耦合器包括发光二极管和光探测器。作为一示例，光电耦合器可以采用TIL117光耦芯片。实测脉冲信号f1是指与伺服电机相连的电机编码器实时测量伺服电机运动所获取的脉冲信号，该实测脉冲信号f1作为输入光电耦合器的电信号。测速脉冲信号f2是指采用光电耦合器对实测脉冲信号f1进行光耦隔离所形成的脉冲信号。

本实施例中，光电耦合器接收电机编码器发送的伺服电机对应的实测脉冲信号f1，该实测脉冲信号f1驱动发光二极管，使得发光二极管发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出测速脉冲信号f2，从而完成电-光-电的转换，由于光电耦合器的输入输出之间相互隔离，使得实测脉冲信号f1到测速脉冲信号f2之间的传输具有单向传输性，良好电绝缘能力和抗干扰能力，可以有效避免直接对实测脉冲信号进行后续处理所存在的电磁干扰问题，有助于保障测速精度。

其中，锁相倍频器(phase locked frequency multiplier)是完成倍频功能的锁相环，即锁相倍频器可以实现对测速脉冲信号f2进行相位锁定和倍频效果的器件。倍频脉冲信号f3是指采用锁相倍频器对测速脉冲信号f2进行锁相倍频所形成的脉冲信号。本示例中，锁相倍频器对光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，以获取倍频脉冲信号f3，可以实现在相位同步的基础上实现对测速脉冲信号f2进行倍频，使得获取的倍频脉冲信号f3为高频率脉冲信号，为低速测速的测速精度提供技术保障。

其中，脉冲计数器是用于统计脉冲信号数量的计数器。作为一示例，脉冲计数器可以为单个CD4040芯片(12位二进制串行计数器的一种)，也可以采用两个CD4040芯片配合形成16位脉冲计数器。可以理解地，脉冲计数器的位数决定后续向信号转换器传输脉冲计数值的效率。本示例中，脉冲计数器统计测速周期内锁相倍频器输出的所有倍频脉冲信号的数量，获取脉冲计数值。其中，测速周期是预先设置的用于测量伺服电机的转速的周期，例如，可设置为10ms。

具体地，脉冲计数器获取每个测速周期对应的测速启动信号和测速停止信号，在接收到测速启动信号时开始统计接收到的倍频脉冲信号f3的数量，在接收到测速停止信号时停止统计接收到的倍频脉冲信号f3，从而获取每个测速周期对应的脉冲计数值。作为一示例，测速启动信号和测速停止信号可以是与脉冲计数器相连的电机控制器触发，以使脉冲计数器根据电机控制器的控制进行计数。

本示例中，脉冲计数器输出的脉冲计数值与脉冲计数器对应的计数器类型相关，该计数器类型包括连续计数型和非连续计数型。其中，连续计数型是指每次接收到测速启动信号时不复位脉冲计数器进行连续计数的计数器。相应地，非连续计数型是指每次接收到测速启动信号时需要复位脉冲计数器进行重新计数的计数器。可以理解地，若脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则其输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量和历史测速周期的脉冲数量之和；若脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则其输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量。

其中，信号转换器是用于实现信号转换的器件，具体是用于将脉冲计数值转换为串行数据以便传输的器件。本示例中，信号转换器可以为单个4014芯片，也可以为两个4014芯片配合形成的16位信号转换器，该16位信号转换器用于将脉冲计数值转换为16位移位脉冲输出到电机控制器，以提高数据传输的效率。可以理解地，信号转换器的位数决定后续向电机控制器输出脉冲转换信号的效率。

其中，电机控制器是用于控制伺服电机工作的控制器。电机实测转速是指根据信号转换器输出的脉冲转换信号所确定的测量转速。本示例中，电机控制器根据电机目标转速控制伺服电机工作，若电机实测转速跟随电机目标转速，即电机实测转速在电机目标转速的预设误差范围内，则说明电机控制器对伺服电机的控制精度达标。反之，若电机实测转速不在电机目标转速的预设误差范围内，则说明电机控制器对伺服电机的控制精度不达标，需要根据电机实测转速对伺服电机进行补偿控制，即电机实测转速过低，则后续需提高电机实测转速；若电机实测转速过高，则后续需降低电机实测转速，从而保障伺服电机的控制精度。其中，电机目标转速是指需要控制伺服电机达到的转速。预设误差范围是指预先设置的可以接受的误差范围。

本实施例所提供的伺服电机转速反馈控制系统中，采用光电耦合器对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，使得实测脉冲信号到测速脉冲信号之间的传输具有单向传输性，良好电绝缘能力和抗干扰能力，可以有效避免直接对实测脉冲信号进行后续处理所存在的电磁干扰问题，有助于保障测速精度；采用锁相倍频器对测速脉冲信号进行锁相倍频，获取较高频率的倍频脉冲信号，为低速测速的测速精度提供技术保障；采用脉冲计数器对倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值，并采用信号转换器对脉冲计数值进行信号转换，有助于保障获取到的脉冲转换信号的信号传输效率，有助于提高测速精度；采用电机控制器对脉冲转换信号进行处理，以获取电机实测转速，从而利用电机实测转速对伺服电机进行补偿控制，从而保障伺服电机的控制精度。

在一实施例中，锁相倍频器，包括：倍频系数获取单元，用于获取倍频系数，倍频系数小于脉冲计数器的最高工作频率与脉冲计数器的最高输入频率的商；锁相倍频处理单元，用于基于倍频系数，对光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号。

其中，倍频系数h是用于控制锁相倍频器对测速脉冲信号进行倍频的系数，可以理解为从测速脉冲信号f2到倍频脉冲信号f3的频率放大倍数。脉冲计数器的最高工作频率fmax_r是指脉冲计数器可以正常工作的最高频率。脉冲计数器的最高输入频率fmax_i是指脉冲计数器的输入信号的最高频率。由于脉冲计数器的输入信号为锁相倍频器的倍频脉冲信号，因此，脉冲计数器的最高输入频率fmax_i可以理解为锁相倍频器可以正常工作的最高频率。本示例中，倍频系数h小于脉冲计数器的最高工作频率fmax_r与脉冲计数器的最高输入频率fmax_i的商，即h<fmax_r/fmax_i。

本示例中，锁相倍频器采用小于脉冲计数器的最高工作频率与脉冲计数器的最高输入频率的商的倍频系数对测速脉冲信号进行锁相倍频，从而保证所获取的倍频脉冲信号f3的频率小于脉冲计数器的最高工作频率fmax_r，以保证脉冲计数器的正常工作。

在一实施例中，信号转换器，包括：目标位数获取单元，用于获取信号转换器对应的目标位数；信号转换处理单元，用于对脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取与目标位数相对应的脉冲转换信号。

其中，信号转换器对应的目标位数是指信号转换器用于传输串行数据的位数，主要由信号转换器自身决定。

例如，若信号转换器对应的目标位数为16位，而脉冲计数器输出的脉冲计数值为169，对脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，具体是指将脉冲计数器输出的脉冲计数值转换成16位二进制计数值0000000010101001，再将16位二进制计数值0000000010101001中的1转换成高电平，0转换成低电平，从而形成脉冲转换信号，以将脉冲转换信号输出给电机控制器，以便电机控制器根据接收到的脉冲转换信号进行后续的转速补偿控制，提高伺服电机控制的精确度。

在一实施例中，电机控制器，包括：脉冲实测值获取单元，用于根据信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值；电机实测转速获取单元，用于采用脉冲转速切换公式对当前时刻的脉冲实测值进行计算，获取当前时刻的电机实测转速；其中，脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，n为电机实测转速，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期；电机转速补偿控制单元，用于根据当前时刻的电机实测转速和电机目标转速，获取当前时刻对应的电机补偿转速，根据电机补偿转速对伺服电机进行补偿控制。

其中，当前时刻对应的脉冲实测值是指根据当前时刻对应的测速周期内，脉冲计数器实时统计到的脉冲数量。该当前时刻对应的测速周期是指当前时刻之前最接近的一个测速周期。电机补偿转速是指根据当前时刻的电机实测转速和电机目标转速确定的用于实现转速补偿的转速，具体为当前时刻的电机实测转速和电机目标转速的差值。

本示例中，由于脉冲转换信号是信号转换器输出的串行数据，该串行数据由高电平信号和低电平信号组成；脉冲实测值获取单元可先对当前时刻获取到的脉冲转换信号进行识别，转换成二进制计数值；再将二进制计数值转换成十进制计数值，从而获取脉冲实测值。

本示例中，电机实测转速获取单元可以根据该脉冲转换切换公式对脉冲实测值进行计算，从而快速获取当前时刻的电机实测转速。脉冲转换切换公式是指用于根据脉冲实测值确定电机实测转速的公式，该脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期。例如，若h*p*t为60，则在测速周期t内确定的脉冲实测值M即为电机实测转速n，其分辨率为±1r/min,测速精度为1/n。

本示例中，电机转速补偿控制单元根据当前时刻的电机实测转速和电机目标转速的差值，确定当前时刻对应的电机补偿转速，若电机实测转速低于电机目标转速，则下一时刻需根据电机补偿转速提高其电机实测转速；反之，若电机实测转速过低，则下一时刻需根据电机补偿转速降低其电机实测转速，以实现对伺服电机转速精确控制，提高控制精度。

本实施例所提供的伺服电机转速反馈控制系统中，采用光电耦合器对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，使得实测脉冲信号到测速脉冲信号之间的传输具有单向传输性，良好电绝缘能力和抗干扰能力，可以有效避免直接对实测脉冲信号进行后续处理所存在的电磁干扰问题，有助于保障测速精度；采用锁相倍频器对测速脉冲信号进行锁相倍频，获取较高频率的倍频脉冲信号，为低速测速的测速精度提供技术保障；采用脉冲计数器对倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值，并采用信号转换器对脉冲计数值进行信号转换，有助于保障获取到的脉冲转换信号的信号传输效率，有助于提高测速精度；采用电机控制器对脉冲转换信号进行处理，以获取电机实测转速，从而利用电机实测转速对伺服电机进行补偿控制，从而保障伺服电机的控制精度。

在一实施例中，脉冲实测值获取单元，包括：当前计数值获取子单元，用于对信号转换器输出的脉冲转换信号进行识别，获取当前时刻对应的当前计数值；第一实测值获取子单元，用于若脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值；第二实测值获取子单元，用于若脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

其中，当前时刻对应的当前计数值是指电机控制器根据当前时刻接收到的脉冲转换信号进行识别转换所获取的计数值。上一时刻对应的历史计数值是指对当前时刻之前的上一时刻接收到的脉冲转换信号进行识别转换所获取的计数值。

本示例中，当前计数值获取子单元对当前时刻接收到的脉冲转换信号进行识别，获取二进制计数值，再将该二进制计数值转换为二进制计数值，从而获取当前时刻对应的当前计数值。

本示例中，由于脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型时，脉冲计数器每次输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量和历史测速周期的脉冲数量之和，因此，第一实测值获取子单元基于脉冲计数值对应的脉冲转换信号所确定的当前时刻对应的当前计数值为本次测速周期统计的脉冲数量和历史测速周期的脉冲数量之和，而上一时刻的历史计数值为历史测速周期的脉冲数量，因此，可以将当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值的差值，确定为当前时刻对应的脉冲实测值，即当前时刻对应的当前测速周期的脉冲实测值。

本示例中，由于脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型时，脉冲计数器每次输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量，因此，第二实测值获取子单元可以直接将当前时刻对应的当前计数值，确定为当前时刻对应的脉冲实测值，即当前时刻对应的当前测速周期的脉冲实测值。

本发明实施例提供一种伺服电机转速反馈控制方法，如图2所示，该伺服电机转速反馈控制方法包括如下步骤：

S10：采用光电耦合器对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，获取测速脉冲信号。

其中，光电耦合器(optoelectronic isolator，英文缩写为OC)，亦称光电隔离器或光耦合器，是以光为媒介传输电信号，对传输的电信号具有良好的隔离作用。一般来说，光电耦合器包括发光二极管和光探测器。作为一示例，光电耦合器可以采用TIL117光耦芯片。实测脉冲信号f1是指与伺服电机相连的电机编码器实时测量伺服电机运动所获取的脉冲信号，该实测脉冲信号f1作为输入光电耦合器的电信号。测速脉冲信号f2是指采用光电耦合器对实测脉冲信号f1进行光耦隔离所形成的脉冲信号。

本实施例中，光电耦合器接收电机编码器发送的伺服电机对应的实测脉冲信号f1，该实测脉冲信号f1驱动发光二极管，使得发光二极管发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出测速脉冲信号f2，从而完成电-光-电的转换，由于光电耦合器的输入输出之间相互隔离，使得实测脉冲信号f1到测速脉冲信号f2之间的传输具有单向传输性，良好电绝缘能力和抗干扰能力，可以有效避免直接对实测脉冲信号进行后续处理所存在的电磁干扰问题，有助于保障测速精度。

S20：采用锁相倍频器对光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号。

其中，锁相倍频器(phase locked frequency multiplier)是完成倍频功能的锁相环，即锁相倍频器可以实现对测速脉冲信号f2进行相位锁定和倍频效果的器件。倍频脉冲信号f3是指采用锁相倍频器对测速脉冲信号f2进行锁相倍频所形成的脉冲信号。

本实施例中，锁相倍频器对光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，以获取倍频脉冲信号f3，可以实现在相位同步的基础上实现对测速脉冲信号f2进行倍频，使得获取的倍频脉冲信号f3为高频率脉冲信号，为低速测速的测速精度提供技术保障。

作为一示例，锁相倍频器可以为包含PLL内核的FPGA芯片，该FGPA芯片可以接收用户输入的倍频系数h，基于倍频系数h对光电耦合器输出的测速脉冲信号f2进行锁相倍频，使得获取的倍频脉冲信号f3为高频率脉冲信号，为低速测速的测速精度提供技术保障。

在一具体实施方式中，步骤S20，即采用锁相倍频器对光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号，具体包括如下步骤：

S21：获取倍频系数，倍频系数小于脉冲计数器的最高工作频率与脉冲计数器的最高输入频率的商。

S22：基于倍频系数，对光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号。

其中，倍频系数h是用于控制锁相倍频器对测速脉冲信号进行倍频的系数，可以理解为从测速脉冲信号f2到倍频脉冲信号f3的频率放大倍数。脉冲计数器的最高工作频率fmax_r是指脉冲计数器可以正常工作的最高频率。脉冲计数器的最高输入频率fmax_i是指脉冲计数器的输入信号的最高频率。由于脉冲计数器的输入信号为锁相倍频器的倍频脉冲信号，因此，脉冲计数器的最高输入频率fmax_i可以理解为锁相倍频器可以正常工作的最高频率。本示例中，倍频系数h小于脉冲计数器的最高工作频率fmax_r与脉冲计数器的最高输入频率fmax_i的商，即h<fmax_r/fmax_i。

本示例中，锁相倍频器采用小于脉冲计数器的最高工作频率与脉冲计数器的最高输入频率的商的倍频系数对测速脉冲信号进行锁相倍频，从而保证所获取的倍频脉冲信号f3的频率小于脉冲计数器的最高工作频率fmax_r，以保证脉冲计数器的正常工作。

S30：采用脉冲计数器对锁相倍频器输出的倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值。

其中，脉冲计数器是用于统计脉冲信号数量的计数器。作为一示例，脉冲计数器可以为单个CD4040芯片(12位二进制串行计数器的一种)，也可以采用两个CD4040芯片配合形成16位脉冲计数器。可以理解地，脉冲计数器的位数决定后续向信号转换器传输脉冲计数值的效率。

本实施例中，采用脉冲计数器统计测速周期内锁相倍频器输出的所有倍频脉冲信号的数量，获取脉冲计数值。其中，测速周期是预先设置的用于测量伺服电机的转速的周期，例如，可设置为10ms。

本示例中，脉冲计数器获取每个测速周期对应的测速启动信号和测速停止信号，在接收到测速启动信号时开始统计接收到的倍频脉冲信号f3的数量，在接收到测速停止信号时停止统计接收到的倍频脉冲信号f3，从而获取每个测速周期对应的脉冲计数值。作为一示例，测速启动信号和测速停止信号可以是与脉冲计数器相连的电机控制器触发，以使脉冲计数器根据电机控制器的控制进行计数。

本示例中，脉冲计数器输出的脉冲计数值与脉冲计数器对应的计数器类型相关，该计数器类型包括连续计数型和非连续计数型。其中，连续计数型是指每次接收到测速启动信号时不复位脉冲计数器进行连续计数的计数器。相应地，非连续计数型是指每次接收到测速启动信号时需要复位脉冲计数器进行重新计数的计数器。可以理解地，若脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则其输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量和历史测速周期的脉冲数量之和；若脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则其输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量。

S40：采用信号转换器对脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号。

其中，信号转换器是用于实现信号转换的器件，具体是用于将脉冲计数值转换为串行数据以便传输的器件。作为一示例，信号转换器可以为单个4014芯片，也可以为两个4014芯片配合形成的16位信号转换器，该16位信号转换器用于将脉冲计数值转换为16位移位脉冲输出到电机控制器，以提高数据传输的效率。可以理解地，信号转换器的位数决定后续向电机控制器输出脉冲转换信号的效率。

在一实施例中，步骤S40，即采用信号转换器对脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号，具体包括如下步骤：

S41：获取信号转换器对应的目标位数。

S42：对脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取与目标位数相对应的脉冲转换信号。

其中，信号转换器对应的目标位数是指信号转换器用于传输串行数据的位数，主要由信号转换器自身决定。

例如，若信号转换器对应的目标位数为16位，而脉冲计数器输出的脉冲计数值为169，对脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，具体是指将脉冲计数器输出的脉冲计数值转换成16位二进制计数值0000000010101001，再将16位二进制计数值0000000010101001中的1转换成高电平，0转换成低电平，从而形成脉冲转换信号，以将脉冲转换信号输出给电机控制器，以便电机控制器根据接收到的脉冲转换信号进行后续的转速补偿控制，提高伺服电机控制的精确度。

S50：采用电机控制器对信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据电机实测转速对伺服电机进行补偿控制。

其中，电机控制器是用于控制伺服电机工作的控制器。电机实测转速是指根据信号转换器输出的脉冲转换信号所确定的测量转速。

一般来说，电机控制器根据电机目标转速控制伺服电机工作，若电机实测转速跟随电机目标转速，即电机实测转速在电机目标转速的预设误差范围内，则说明电机控制器对伺服电机的控制精度达标。反之，若电机实测转速不在电机目标转速的预设误差范围内，则说明电机控制器对伺服电机的控制精度不达标，需要根据电机实测转速对伺服电机进行补偿控制，即电机实测转速过低，则后续需提高电机实测转速；若电机实测转速过高，则后续需降低电机实测转速，从而保障伺服电机的控制精度。其中，电机目标转速是指需要控制伺服电机达到的转速。预设误差范围是指预先设置的可以接受的误差范围，若电机目标转速为x，则预设误差范围为电机目标转速的±3％，即(97％-103％)x。

在一实施例中，步骤S50，即对信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据电机实测转速对伺服电机进行补偿控制，具体包括如下步骤：

S51：根据信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

其中，当前时刻对应的脉冲实测值是指根据当前时刻对应的测速周期内，脉冲计数器实时统计到的脉冲数量。该当前时刻对应的测速周期是指当前时刻之前最接近的一个测速周期。

本示例中，由于脉冲转换信号是信号转换器输出的串行数据，该串行数据由高电平信号和低电平信号组成；电机控制器先对当前时刻获取到的脉冲转换信号进行识别，转换成二进制计数值；再将二进制计数值转换成十进制计数值，从而获取脉冲实测值。

在一具体实施方式中，由于脉冲计数值对应的计数器类型包括连续计数型和非连续计数型，使得脉冲计数器每次输出的脉冲计数值可能是本次测速周期统计的脉冲数量和历史测速周期的脉冲数量之和，也可能是本次测速周期统计的脉冲数量；因此，步骤S51，即根据信号转换器输出的脉冲转换信号，获取脉冲实测值，具体包括如下步骤：

S511：对信号转换器输出的脉冲转换信号进行识别，获取当前时刻对应的当前计数值。

其中，当前时刻对应的当前计数值是指电机控制器根据当前时刻接收到的脉冲转换信号进行识别转换所获取的计数值。

本示例中，电机控制器对当前时刻接收到的脉冲转换信号进行识别，获取二进制计数值，再将该二进制计数值转换为二进制计数值，从而获取当前时刻对应的当前计数值。

S512：若脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

其中，上一时刻对应的历史计数值是指对当前时刻之前的上一时刻接收到的脉冲转换信号进行识别转换所获取的计数值。

本示例中，由于脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型时，脉冲计数器每次输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量和历史测速周期的脉冲数量之和，因此，基于脉冲计数值对应的脉冲转换信号所确定的当前时刻对应的当前计数值为本次测速周期统计的脉冲数量和历史测速周期的脉冲数量之和，而上一时刻的历史计数值为历史测速周期的脉冲数量，因此，可以将当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值的差值，确定为当前时刻对应的脉冲实测值，即当前时刻对应的当前测速周期的脉冲实测值。

S513：若脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

本示例中，由于脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，因此，脉冲计数器每次输出的脉冲计数值为本次测速周期统计的脉冲数量，可以直接将当前时刻对应的当前计数值，确定为当前时刻对应的脉冲实测值，即当前时刻对应的当前测速周期的脉冲实测值。

S52：采用脉冲转速切换公式对当前时刻的脉冲实测值进行计算，获取当前时刻的电机实测转速；其中，脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，n为电机实测转速，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期。

其中，脉冲转换切换公式是指用于根据脉冲实测值确定电机实测转速的公式，可以根据该脉冲转换切换公式对脉冲实测值进行计算，从而快速获取当前时刻的电机实测转速。该脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期。例如，若h*p*t为60，则在测速周期t内确定的脉冲实测值M即为电机实测转速n，其分辨率为±1r/min,测速精度为1/n。

S53：根据当前时刻的电机实测转速和电机目标转速，获取当前时刻对应的电机补偿转速，根据电机补偿转速对伺服电机进行补偿控制。

本示例中，电机补偿转速是指根据当前时刻的电机实测转速和电机目标转速确定的用于实现转速补偿的转速，具体为当前时刻的电机实测转速和电机目标转速的差值。

例如，根据当前时刻的电机实测转速和电机目标转速的差值，确定当前时刻对应的电机补偿转速，若电机实测转速低于电机目标转速，则下一时刻需根据电机补偿转速提高其电机实测转速；反之，若电机实测转速过低，则下一时刻需根据电机补偿转速降低其电机实测转速，以实现对伺服电机转速精确控制，提高控制精度。

本实施例所提供的伺服电机转速反馈控制方法中，采用光电耦合器对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，使得实测脉冲信号到测速脉冲信号之间的传输具有单向传输性，良好电绝缘能力和抗干扰能力，可以有效避免直接对实测脉冲信号进行后续处理所存在的电磁干扰问题，有助于保障测速精度；采用锁相倍频器对测速脉冲信号进行锁相倍频，获取较高频率的倍频脉冲信号，为低速测速的测速精度提供技术保障；采用脉冲计数器对倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值，并采用信号转换器对脉冲计数值进行信号转换，有助于保障获取到的脉冲转换信号的信号传输效率，有助于提高测速精度；采用电机控制器对脉冲转换信号进行处理，以获取电机实测转速，从而利用电机实测转速对伺服电机进行补偿控制，从而保障伺服电机的控制精度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种伺服电机转速反馈控制系统，其特征在于，包括光电耦合器、锁相倍频器、脉冲计数器、信号转换器和电机控制器；

所述光电耦合器，与伺服电机相连，用于对所述伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，获取测速脉冲信号；

所述锁相倍频器，与所述光电耦合器相连，用于对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号；

所述脉冲计数器，与所述锁相倍频器相连，用于对所述锁相倍频器输出的倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值；

所述信号转换器，与所述脉冲计数器相连，用于对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号；

所述电机控制器，与所述信号转换器相连，用于对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据所述电机实测转速对所述伺服电机进行补偿控制。

2.如权利要求1所述的伺服电机转速反馈控制系统，其特征在于，所述所述锁相倍频器，包括：

倍频系数获取单元，用于获取倍频系数，所述倍频系数小于所述脉冲计数器的最高工作频率与所述脉冲计数器的最高输入频率的商；

锁相倍频处理单元，用于基于倍频系数，对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号。

3.如权利要求1所述的伺服电机转速反馈控制系统，其特征在于，所述信号转换器，包括：

目标位数获取单元，用于获取所述信号转换器对应的目标位数；

信号转换处理单元，用于对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取与所述目标位数相对应的脉冲转换信号。

4.如权利要求1所述的伺服电机转速反馈控制系统，其特征在于，所述电机控制器，包括：

脉冲实测值获取单元，用于根据所述信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

电机实测转速获取单元，用于采用脉冲转速切换公式对当前时刻的脉冲实测值进行计算，获取当前时刻的电机实测转速；其中，所述脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，n为电机实测转速，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期；

电机转速补偿控制单元，用于根据所述当前时刻的电机实测转速和电机目标转速，获取当前时刻对应的电机补偿转速，根据所述电机补偿转速对所述伺服电机进行补偿控制。

5.如权利要求4所述的伺服电机转速反馈控制系统，其特征在于，所述脉冲实测值获取单元，包括：

当前计数值获取子单元，用于对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行识别，获取当前时刻对应的当前计数值；

第一实测值获取子单元，用于若所述脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

第二实测值获取子单元，用于若所述脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

6.一种伺服电机转速反馈控制方法，其特征在于，包括：

采用光电耦合器对伺服电机的实测脉冲信号进行光耦隔离，获取测速脉冲信号；

采用锁相倍频器对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号；

采用脉冲计数器对所述锁相倍频器输出的倍频脉冲信号进行脉冲计数，获取脉冲计数值；

采用信号转换器对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号；

采用电机控制器对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据所述电机实测转速对所述伺服电机进行补偿控制。

7.如权利要求6所述的伺服电机转速反馈控制方法，其特征在于，所述采用锁相倍频器对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号，包括：

获取倍频系数，所述倍频系数小于所述脉冲计数器的最高工作频率与所述脉冲计数器的最高输入频率的商；

基于倍频系数，对所述光电耦合器输出的测速脉冲信号进行锁相倍频，获取倍频脉冲信号。

8.如权利要求6所述的伺服电机转速反馈控制方法，其特征在于，所述采用信号转换器对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取脉冲转换信号，包括：

获取所述信号转换器对应的目标位数；

对所述脉冲计数器输出的脉冲计数值进行信号转换，获取与所述目标位数相对应的脉冲转换信号。

9.如权利要求6所述的伺服电机转速反馈控制方法，其特征在于，所述对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行处理，获取电机实测转速，根据所述电机实测转速对所述伺服电机进行补偿控制，包括：

根据所述信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

采用脉冲转速切换公式对当前时刻的脉冲实测值进行计算，获取当前时刻的电机实测转速；其中，所述脉冲转速切换公式为n＝(60M/h*p*t)，n为电机实测转速，M为脉冲实测值，h为倍频系数，p为盘脉冲数，t为测速周期；

根据所述当前时刻的电机实测转速和电机目标转速，获取当前时刻对应的电机补偿转速，根据所述电机补偿转速对所述伺服电机进行补偿控制。

10.如权利要求9所述的伺服电机转速反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述信号转换器输出的脉冲转换信号，获取当前时刻对应的脉冲实测值，包括：

对所述信号转换器输出的脉冲转换信号进行识别，获取当前时刻对应的当前计数值；

若所述脉冲计数器对应的计数器类型为连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值和上一时刻的历史计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值；

若所述脉冲计数器对应的计数器类型为非连续计数型，则基于当前时刻对应的当前计数值，获取当前时刻对应的脉冲实测值。

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