專(zhuān)利名稱：一種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，特別是關(guān)于ー種用于高精度數(shù)控機(jī)床、精密離心機(jī)等精密機(jī)電設(shè)備的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
高精度數(shù)控機(jī)床、精密離心機(jī)等精密機(jī)電設(shè)備，需要采用閉環(huán)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的控制要求，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精密測(cè)量結(jié)果作為閉環(huán)控制的反饋輸入。在這些精密機(jī)電設(shè)備中對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量具有很高的要求，測(cè)量裝置要求具有高分辨率、高精度、高穩(wěn)定性及檢測(cè)時(shí)間短，光柵編碼器能夠較好的滿足上述要求，利用光柵編碼器進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量，通過(guò)提高光柵編碼器的光柵刻線數(shù)，可以達(dá)到很高的測(cè)量精度。光柵編碼器能夠?qū)⒆兓慕嵌刃盘?hào)或者位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為周期變化的電信號(hào)，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大整形、計(jì)數(shù)或者頻率電壓轉(zhuǎn)換后可用于進(jìn)行轉(zhuǎn)速的計(jì)算。利用光柵編碼器進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量吋，首先對(duì)光柵編碼器輸出的正弦信號(hào)進(jìn)行放大后整形，將信號(hào)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，然后對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，常用的測(cè)量 方法有數(shù)字計(jì)數(shù)法、頻率電壓轉(zhuǎn)換法，或者直接對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換后進(jìn)行頻譜分析法。其中，頻率電壓轉(zhuǎn)換法需要通過(guò)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路及AD轉(zhuǎn)換器才能將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，變換需要的環(huán)節(jié)多，各個(gè)環(huán)節(jié)也都存在線性誤差。頻譜分析法則需要轉(zhuǎn)換速度比較快的AD轉(zhuǎn)換器對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行采樣，在一定時(shí)間間隔內(nèi)獲得較多的采樣數(shù)據(jù)，然后利用單片機(jī)或計(jì)算機(jī)對(duì)采樣序列進(jìn)行FFT計(jì)算獲得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，這種方法雖然具有較高的精度，但對(duì)AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和處理器的處理速度具有較高的要求，處理器需要消耗很多時(shí)間來(lái)進(jìn)行FFT計(jì)算，因此這種測(cè)量方法較少采用。實(shí)際轉(zhuǎn)速測(cè)量中使用比較多的是計(jì)數(shù)法，該方法又分為測(cè)頻法(M法)和測(cè)周法(T法)，以及將測(cè)頻法及測(cè)周法相結(jié)合的方法(M/T法)。測(cè)頻法是在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，測(cè)量編碼器輸出的脈沖數(shù)來(lái)獲得被測(cè)速度值，該方法在轉(zhuǎn)速較低時(shí)誤差較大。測(cè)周法是在編碼器輸出的一個(gè)脈沖周期內(nèi)對(duì)高頻的基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)獲得被測(cè)速度值，該方法在高轉(zhuǎn)速時(shí)具有較大誤差，在低轉(zhuǎn)速時(shí)又受轉(zhuǎn)速的影響，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)。測(cè)頻及測(cè)周結(jié)合法則是在一定的時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量轉(zhuǎn)速脈沖的個(gè)數(shù)的同吋，該方法同樣在轉(zhuǎn)速較低時(shí)存在較大的截?cái)嗾`差。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供ー種精密機(jī)電設(shè)備的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，該方法在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速時(shí)都具有較高的測(cè)量精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其采用光柵編碼器對(duì)所述精密機(jī)電設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，步驟如下(I)首先對(duì)光柵編碼器輸出的兩路相位差為90°的正弦信號(hào)進(jìn)行放大、整形，使其變?yōu)閮陕贩讲ㄐ盘?hào)輸出；(2)將兩路方波信號(hào)輸入FPGA模塊內(nèi)進(jìn)行異或運(yùn)算，得到兩倍頻信號(hào)；(3)在FPGA模塊內(nèi)采用恒溫晶振作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)兩倍頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值為NI，對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)為N2 ;其中，該恒溫晶振頻率為10MHz、穩(wěn)定度為±5X 10_1Q ； (4) FPGA模塊將得到的兩個(gè)計(jì)數(shù)值N1、N2傳輸至外部單片機(jī)或DSP芯片，根據(jù)所選恒溫晶振的頻率、兩個(gè)計(jì)數(shù)值NI和N2以及轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系式，可以得到所要測(cè)量的電機(jī)轉(zhuǎn)速。所述步驟(3)中，所述兩倍頻信號(hào)及基準(zhǔn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)方法如下①采用兩倍頻信號(hào)的上升沿為觸發(fā)信號(hào)，對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，產(chǎn)生I個(gè)上升沿，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到10000000次時(shí)產(chǎn)生I個(gè)下降沿，此時(shí)，輸出一個(gè)高電平寬度為IS的時(shí)鐘信號(hào)D ;②在所述步驟①計(jì)數(shù)開(kāi)始的同吋，采用產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)D上升沿為觸發(fā)信號(hào)，對(duì)兩倍頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)D的下降沿結(jié)束時(shí)，結(jié)束對(duì)兩倍頻信號(hào)的計(jì)數(shù)，此時(shí)計(jì)數(shù)值為NI 在結(jié)束對(duì)兩倍頻信號(hào)計(jì)數(shù)的同吋，即以時(shí)鐘信號(hào)D的下降沿結(jié)束時(shí)作為觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)始對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，以兩倍頻信號(hào)的上升沿作為計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)，停止對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，此時(shí)的計(jì)數(shù)值為N2。所述步驟(4)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速Zs求解方法如下由于NI個(gè)兩倍頻信號(hào)的周期與兩倍頻信號(hào)最后被截?cái)嘈盘?hào)的時(shí)間和等于I秒，則得到等式
權(quán)利要求
1.一種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其采用光柵編碼器對(duì)所述精密機(jī)電設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，步驟如下 (1)首先對(duì)光柵編碼器輸出的兩路相位差為90°的正弦信號(hào)進(jìn)行放大、整形，使其變?yōu)閮陕贩讲ㄐ盘?hào)輸出； (2)將兩路方波信號(hào)輸入FPGA模塊內(nèi)進(jìn)行異或運(yùn)算，得到兩倍頻信號(hào)； (3)在FPGA模塊內(nèi)采用恒溫晶振作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)兩倍頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值為NI，對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)為N2 ;其中，該恒溫晶振頻率為10MHz、穩(wěn)定度為±5X1(T10 ； (4)FPGA模塊將得到的兩個(gè)計(jì)數(shù)值NI、N2傳輸至外部單片機(jī)或DSP芯片，根據(jù)所選恒溫晶振的頻率、兩個(gè)計(jì)數(shù)值NI和N2以及轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系式，得到所要測(cè)量的電機(jī)轉(zhuǎn)速。
2.如權(quán)利要求I所述的一種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(3)中，所述兩倍頻信號(hào)及基準(zhǔn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)方法如下 ①采用兩倍頻信號(hào)的上升沿為觸發(fā)信號(hào)，對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，產(chǎn)生I個(gè)上升沿，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到10000000次時(shí)產(chǎn)生I個(gè)下降沿，此時(shí)，輸出一個(gè)高電平寬度為IS的時(shí)鐘信號(hào)D ； ②在所述步驟①計(jì)數(shù)開(kāi)始的同時(shí)，采用產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)D上升沿為觸發(fā)信號(hào)，對(duì)兩倍頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)D的下降沿結(jié)束時(shí)，結(jié)束對(duì)兩倍頻信號(hào)的計(jì)數(shù)，此時(shí)計(jì)數(shù)值為NI ； ③在結(jié)束對(duì)兩倍頻信號(hào)計(jì)數(shù)的同時(shí)，即以時(shí)鐘信號(hào)D的下降沿結(jié)束時(shí)作為觸發(fā)信號(hào)，開(kāi)始對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，以兩倍頻信號(hào)的上升沿作為計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)，停止對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)，此時(shí)的計(jì)數(shù)值為N2。
3.如權(quán)利要求I所述的一種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(4)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速Zs求解方法如下由于NI個(gè)兩倍頻信號(hào)的周期與兩倍頻信號(hào)最后被截?cái)嘈盘?hào)的時(shí)間和等于I秒，則得到等式
4.如權(quán)利要求2所述的一種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(4)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速Zs求解方法如下由于NI個(gè)兩倍頻信號(hào)的周期與兩倍頻信號(hào)最后被截?cái)嘈盘?hào)的時(shí)間和等于I秒，則得到等式
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的ー種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(4)中，所述FPGA模塊提供并行接ロ及SPI接ロ兩種接ロ將所述計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)NI及N2傳輸給單片機(jī)或DSP芯片。
6.如權(quán)利要求5所述的ー種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法,其特征在于所述并行接ロ包括8根數(shù)據(jù)線；3根地址線；1根讀信號(hào)線，低電平有效；1根忙信號(hào)線，忙信號(hào)為高則表示正在測(cè)量，忙信號(hào)為低電平時(shí)表示測(cè)量結(jié)束；1根片選信號(hào)，片選信號(hào)為低電平有效。
7.如權(quán)利要求5所述的ー種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于所述串行接ロ包括I根片選信號(hào)線，低電平有效；1根時(shí)鐘信號(hào)線；1根主入從出信號(hào)線；1跟主出從入信號(hào)線及I根忙信號(hào)線，忙信號(hào)為高則表示正在測(cè)量，忙信號(hào)為低電平時(shí)表示測(cè)量結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于精密機(jī)電設(shè)備中的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其采用光柵編碼器對(duì)所述精密機(jī)電設(shè)備的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，步驟為(1)對(duì)光柵編碼器輸出的兩路正弦信號(hào)進(jìn)行放大、整形，使其變?yōu)閮陕贩讲ㄐ盘?hào)輸出；(2)將兩路方波信號(hào)輸入FPGA模塊內(nèi)進(jìn)行異或運(yùn)算，得到兩倍頻信號(hào)；(3)在FPGA模塊內(nèi)采用恒溫晶振作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)兩倍頻信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)值為N1，對(duì)基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)為N2；(4)FPGA模塊將得到的兩個(gè)計(jì)數(shù)值N1、N2傳輸至外部單片機(jī)或DSP芯片，根據(jù)所選恒溫晶振的頻率、兩個(gè)計(jì)數(shù)值N1和N2以及轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系式，可以得到所要測(cè)量的電機(jī)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明在轉(zhuǎn)速處于較低或較高狀態(tài)時(shí)都具有較高的測(cè)量精度，可以廣泛在各種精密機(jī)電設(shè)備轉(zhuǎn)速測(cè)量應(yīng)用中。
文檔編號(hào)G01P3/481GK102680728SQ20121016465
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者徐小力, 王少紅, 谷玉海 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué)