图3-9 T法测量编码器脉冲
电动机的转速应为:
n?60T法测速各项指标:
(1)分辨率:根据分辨率的定义
fc (3-4) Nm2fcfcn2Nn?60?60? (3-5)
Nm2N(m2?1)60fc?nN从上式可见,T发测速在速度低时分辨率高,速度高时分辨率低。 (2)测量精度:由于计数器的开关是由传感器发出的相邻脉冲来决定,因此传感器的误差直接影响测量精度。同样由±1个脉冲的误差,相对误差应为1/m2。随着速度的提高,m2减少,因此这项误差变大。可见T法测速适合于低速。
图3-10 T法测速精度曲线
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T法测速的误差曲线图走势跟M法相似,但T法测速误差源于高频脉冲计数的不确定性,而M法测速误差源于编码器脉冲计数的不确定性;由于高频脉冲的频率远大于编码脉冲频率,所以在误差数值上T法的精度要高于M法。从某种意义上讲,相比M法测速,T法测速的误差曲线体现的误差曲线体现的是“微观精度”上的变化。
(3)检测时间:检测时间T等于测速脉冲周期:
60T? (3-6)
nN随着速度的升高,检测时间将减少。 (4)时钟脉冲
fcff:c应该有一个合适的数值,理论上讲c值高,分辨率高,
测速精度高,但过高会使m2在减速下过大,计数器字长加大,影响运算速度;另外,在实际应用中,编码器本身的制作工艺也会造成误差(机械误差),如果由时钟引起的误差远小于机械误差,一味的去提高时钟频率是没有意义的。
3.3.3 M/T法测速
该方法的原理是综合M法和T法,检测一定时间内编码器脉冲数和计数时钟的数目,如图3-11所示:
图3-11 M/T法测速
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计数器m1相当于M法测速,计数器m2相当于T法测速:相比M法测速,该方法不同的地方是测速时间通过高频时钟计数器来替代,但其误差主要来源是编码器脉冲的不确定性,所以相比M法,M/T法测速精度基本上没有提高;相比T法测速,该方法不同的地方是测量多个编码器脉冲周期内高频计数脉冲的数目,也就是说M/T法测速适用范围更广,但精度不如T法。
如果在M/T法测速的基础上改进,通过数字电路只测量整数个编码器脉冲时间段内高频计数脉冲的数目,那么既能提高测速精度,又能适用于高、低速(即更大的测速范围),其实质是相当于剔除测速周期内无用的高频计时脉冲数目。
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改进后的测速方法如图3-12所示:
图3-12 变M/T法测速
改进后的M/T测速法,由于测速周期实际上是随着编码器输出的脉冲情况进变化的(时间为整数个编码器脉冲宽度),称之为变M/T法。该测速法消除了由于计数m1的不确定性导致的误差,此时误差来源于高频技术脉冲,与T法测速原理上相同,但T法的测速时间随着电机转速的升降变化较大,该方法很好解决了这一问题;M/T法的测速时间T是已知的(即由高频计数脉冲精确确定的),改进后的变M/T法,测速周期Ta相当于“可以根据电机速度‘微调’(最
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大为一个编码器脉冲的时间宽度)”;若m1的值为1,该测速发就退化成了T法。
变M/T法的三项测速指标:
1.分辨率:根据分辨率的定义,分辨率Q应为:
Q?60m1fc60m1fc60m1fc?? (3-7) Nm2N(m2?1)Nm2(m2?1)2.测量精度:从分辨率的表达式中看出,分母中含有乘积项m2(m2+1),由于高频计数时钟频率较高,m2(m2+1)的值远大于编码器脉冲m1的值;由m2引起的误差为:
?fQ1?60mf?m2?1 (3-8) 1cNm2系统的时钟频率一般在几十M左右,于是,电机转速较慢时,由m2引起的误差值可以达到10-5以下;此种情况下则需要考虑到编码器自身的机械制造工艺和内部整流电路的精度问题,由这两项引起的误差 实际上是表现在m1的真实值上面,给定其比例系数为?m,误差可表示为相同的);则该测速方法的整体误差为
?m(计算方法跟M法误差本质上是m11?m??? (3-9)
m2?1m1比例系数?m根据电机的转速不同而变化;实际上,任何一种测速方法都存在由于编码器本身的物理属性导致的误差,只不过在精度较低的测速方法中,该误差值相对于其他因素产生的误差值可以忽略
3.检测时间:检测时间Ta是变化的:
Ta?
60?m1?fc (3-10)
N?m228
m2实际上由时间T决定,它表示的是T时间段内编码器输出最大整数个脉
冲所对应的时间,具有一定的随机性。
3.3.4 测速方法的比较和选择
M法在低速时分辨率不高;T法在高速时分辨率低;M/T法与速度几乎无关,而且误差小、精度高,但是在低速时为了保证结果的精确性,该方法需要较长的检测时间,这样就无法满足转速检测系统的快速动态响应的指标;而变M/T测速法是随着电机转速的升高,检测时间T相应的减小,转速测量的实时性也随之提高。所以采用变M/T测速法实现转速的测量,能很好的满足控制系统对转速测量的精度和实时性要求。
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