本發(fā)明屬于電機(jī)控制，尤其是一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法。

背景技術(shù)：

1、電機(jī)在自動(dòng)化控制、工業(yè)機(jī)械、航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。在工業(yè)電機(jī)控制中，電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量至關(guān)重要，其精確度決定了整個(gè)控制系統(tǒng)的性能。

2、交流電機(jī)調(diào)速矢量控制系統(tǒng)，一般采用裝于電動(dòng)機(jī)軸上的編碼器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)速度的反饋測(cè)量，其中編碼器也稱(chēng)“碼盤(pán)”。碼盤(pán)按輸出信號(hào)劃分為絕對(duì)值式、增量式和混合式等。增量式碼盤(pán)因其可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、分辨率高、成本低、易維護(hù)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中。增量式碼盤(pán)是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波a、b和z相，其測(cè)速原理基于脈沖的計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，主要測(cè)速方法有m法、t法和m/t法等。

3、交流電機(jī)一般采用dsp芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制。由于芯片型號(hào)、軟件版本、工程習(xí)慣等因素，控制系統(tǒng)會(huì)采用定點(diǎn)計(jì)算的方式。定點(diǎn)計(jì)算適合對(duì)響應(yīng)速度要求較高的控制系統(tǒng)，但會(huì)造成數(shù)據(jù)計(jì)算精度損失，相對(duì)誤差比浮點(diǎn)計(jì)算略大，尤其在低速區(qū)更加明顯。

4、目前，針對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)在低速區(qū)的轉(zhuǎn)速計(jì)算有一些改進(jìn)方法。采用高頻注入、插值估算等方法，能夠大幅提高電機(jī)在低速區(qū)測(cè)速的精度，卻難以同時(shí)滿(mǎn)足測(cè)速精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求。定點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算的響應(yīng)速度較高，采用定點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展的方法，需要兼顧高速、低速的計(jì)算情況，擴(kuò)展固定位數(shù)之后進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)算會(huì)占用相對(duì)多一些的計(jì)算資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，對(duì)碼盤(pán)測(cè)速計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，特別針對(duì)定點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算誤差略大的問(wèn)題，提出了減小相對(duì)誤差的方法，能夠降低定點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算誤差，尤其在低速區(qū)更加明顯，所計(jì)算而得的電機(jī)轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確高、誤差小，應(yīng)用效果良好。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，包括以下步驟：

4、步驟1、在dsp初始化階段計(jì)算，或上位機(jī)計(jì)算后發(fā)給dsp，或其他不影響dsp的cpu使用率的方式的過(guò)程中，計(jì)算測(cè)速所需量；

5、步驟2、采用一倍頻、二倍頻或四倍頻方式對(duì)碼盤(pán)a/b相信號(hào)進(jìn)行采樣，生成脈沖信號(hào)，計(jì)算每個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)、脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)；

6、步驟3、由dsp計(jì)算或上位機(jī)計(jì)算后發(fā)給dsp計(jì)算轉(zhuǎn)速補(bǔ)償系數(shù)；

7、步驟4、根據(jù)步驟1至步驟3得到的結(jié)果計(jì)算轉(zhuǎn)速。

8、而且，所述步驟1的具體實(shí)現(xiàn)方法為：

9、m2(0)＝tafc

10、

11、k2＝[log2([k1/2]×2)]

12、

13、其中，m2(0)為采樣周期的時(shí)鐘脈沖基準(zhǔn)數(shù)，ta為控制系統(tǒng)dsp采樣周期，fc為控制系統(tǒng)dsp時(shí)鐘頻率，k1、k2、k3和k4為系數(shù)，α為倍頻采樣系數(shù)，pa為碼盤(pán)線數(shù)，nb為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，c1為數(shù)據(jù)總位數(shù)，c2為小數(shù)位數(shù)。

14、而且，所述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)方法為：采用兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄ta周期內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)m1，在ta結(jié)束時(shí)刻輸出值后清零；另一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄每?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)鐘個(gè)數(shù)m2，在ta結(jié)束時(shí)刻輸出值，在脈沖上升沿時(shí)刻清零，在第k-1周期結(jié)束時(shí)刻，從計(jì)數(shù)器取m2(k-1)；在第k周期結(jié)束時(shí)刻，從計(jì)數(shù)器取m1(k)、m2(k)，并定義過(guò)程量p1、p2，其中p2為p1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)：

15、

16、而且，所述步驟3的具體實(shí)現(xiàn)方法為：

17、

18、而且，所述步驟4包括以下步驟：

19、步驟4.1、計(jì)算過(guò)程量p1'：將p1左移(k2+a2)位，得到p1'；

20、步驟4.2、計(jì)算過(guò)程量n'k：n'k＝p1'×k3/p2；

21、步驟4.3、計(jì)算轉(zhuǎn)速nk：將n'k右移a2位，得到碼盤(pán)轉(zhuǎn)速nk。

22、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

23、1、本發(fā)明通過(guò)在dsp初始化階段計(jì)算，或上位機(jī)計(jì)算后發(fā)給dsp，或其他不影響dsp的cpu使用率的方式的過(guò)程中，計(jì)算測(cè)速所需量；根據(jù)實(shí)際情況，采用一倍頻、二倍頻或四倍頻對(duì)碼盤(pán)a/b相信號(hào)進(jìn)行采樣，生成脈沖信號(hào)，計(jì)算每個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)、脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)；由dsp計(jì)算，或上位機(jī)計(jì)算后發(fā)給dsp，或其他實(shí)時(shí)計(jì)算方式，計(jì)算轉(zhuǎn)速補(bǔ)償系數(shù)；綜合得到的結(jié)果計(jì)算轉(zhuǎn)速。本發(fā)明對(duì)碼盤(pán)測(cè)速計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，特別針對(duì)定點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算誤差略大的問(wèn)題，提出了減小相對(duì)誤差的方法，能夠降低定點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算誤差，尤其在低速區(qū)更加明顯，所計(jì)算而得的電機(jī)轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確高、誤差小，同時(shí)本發(fā)明的實(shí)施方案簡(jiǎn)單，相對(duì)計(jì)算量少，改善效果明顯，并且應(yīng)用效果良好。

24、2、本發(fā)明在轉(zhuǎn)速計(jì)算的過(guò)程中采用“先左移再乘法”的計(jì)算方式，以降低dsp計(jì)算乘法時(shí)的負(fù)荷。提出一種補(bǔ)償系數(shù)方案，補(bǔ)償系數(shù)自適應(yīng)，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速增大而減小，且在實(shí)現(xiàn)上僅在增加左移量。在低速區(qū)補(bǔ)償系數(shù)能夠放大乘數(shù)，以減小計(jì)算誤差；在中高速區(qū)系數(shù)逐漸減小，直到放大倍數(shù)為1。

技術(shù)特征：

1.一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，其特征在于：所述步驟1的具體實(shí)現(xiàn)方法為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，其特征在于：所述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)方法為：采用兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄ta周期內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)m1，在ta結(jié)束時(shí)刻輸出值后清零；另一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄每?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)鐘個(gè)數(shù)m2，在ta結(jié)束時(shí)刻輸出值，在脈沖上升沿時(shí)刻清零，在第k-1周期結(jié)束時(shí)刻，從計(jì)數(shù)器取m2(k-1)；在第k周期結(jié)束時(shí)刻，從計(jì)數(shù)器取m1(k)、m2(k)，并定義過(guò)程量p1、p2，其中p2為p1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，其特征在于：所述步驟3的具體實(shí)現(xiàn)方法為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，其特征在于：所述步驟4包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種碼盤(pán)測(cè)速定點(diǎn)計(jì)算改進(jìn)方法，通過(guò)在DSP初始化階段計(jì)算，或上位機(jī)計(jì)算后發(fā)給DSP，或其他不影響DSP的CPU使用率的方式的過(guò)程中，計(jì)算測(cè)速所需量；根據(jù)實(shí)際情況，采用一倍頻、二倍頻或四倍頻對(duì)碼盤(pán)A/B相信號(hào)進(jìn)行采樣，生成脈沖信號(hào)，計(jì)算每個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)、脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)；由DSP計(jì)算或上位機(jī)計(jì)算后發(fā)給DSP，計(jì)算轉(zhuǎn)速補(bǔ)償系數(shù)；綜合得到的結(jié)果計(jì)算轉(zhuǎn)速。本發(fā)明對(duì)碼盤(pán)測(cè)速計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)，特別針對(duì)定點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算誤差略大的問(wèn)題，提出了減小相對(duì)誤差的方法，能夠降低定點(diǎn)系統(tǒng)計(jì)算誤差，尤其在低速區(qū)更加明顯，所計(jì)算而得的電機(jī)轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確高、誤差小，同時(shí)本發(fā)明的實(shí)施方案簡(jiǎn)單，相對(duì)計(jì)算量少，改善效果明顯，并且應(yīng)用效果良好。

技術(shù)研發(fā)人員：王明玥,伍豐林,袁媛,金書(shū)輝,張策,張中磊,紀(jì)世忠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津電氣科學(xué)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30