一种高精度宽范围的测速方法及电路技术

本发明专利技术涉及一种高精度、宽范围测速方法和电路，方法微当被测系统中的电机转速低于临界转速，测量Ｎ个完整电机脉冲所用时间，算出电机转速为ω↓［１］，当被测系统中的电机转速高于临界转速，测量采样时间内电机脉冲个数，算出电机转速ω↓［２］。采用计数器、触发器、反相器、模拟开关、微处理器组成的数字电路，解决易受外界干扰的问题，采用相对误差相等的临界转速，使得被测系统测量精度提高，解决了被测系统的不能从低速到高速连续测量问题。被测系统易出现中断阻塞，采用模拟开关，可以在两次中断中开启和关闭微处理器的定时器，实现多个电机脉冲周期的精确计时，克服被测系统中断阻塞的不足。本发明专利技术适用机电控制过程中需要在宽范围内精确测量电机转速的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机电控制领域，涉及一种高精度、宽范围测速电路。
技术介绍
在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中，常需要分时或连续测量、显示其转速或瞬时转速。为了能精确地测量转速，还要保证测量的实时性，要求能测得瞬时转速，随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能/价格比的微处理器的涌现，转速测量普遍采用了以微处理器为核心的数字法，智能化微电脑式代替了一般机械式或模拟量结构。目前，常用的数字式转速测量方法主要有三种，分别是M法(频率法)、T法(周期法)和M/T法(频率/周期法)。M法是在既定的检测时间内，测量所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速，适合于高速测量；T法是测量相邻两个转速脉冲信号的时间来测定转速，适合于低速测量；M/T法是同时测量检测时间和在此时间内的转速脉冲信号的个数来确定转速，该种方法既能适合高速测量，也能适合低速测量，但在速度精度要求特别高的场合，如高精度飞轮控制方面也无能为力。由于传统测量方法例如用触发器来实现计数器计数功能具有电路复杂、容易受外界干扰；而单纯采用82C53计数器，则由于82C53计数器打入计数初值需要外界被测脉冲的一个上升沿和紧随其后的一个下降沿才能实现，从而导致82C53计数器在计数时容易出现多记一个电机脉冲或者少记一个电机脉冲的情况，降低系统的测量精度；例如《电脑学习》(1999年4月第2期37页)所述的“采用8253定时器实现转速测量的方法”，只能实现对单个电机脉冲周期的计数，当电机转速相对提高时，则会降低测速精度；如果采用微处理器中断方式实现对N个完整电机脉冲的计数，则会出现中断阻塞，影响微处理器正常工作，所以上述技术不能实现对电机转速进行高精度、宽范围的测量。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
容易受外界干扰、测量精度低、记多个电机脉冲周期系统易出现中断阻塞、被测系统的不能从低速到高速连续测量的问题，本专利技术的目的是克服现有电机测速技术方面的不足，提供一种既能测量低速，又能测量高速的高精度、宽范围的测速电路。本专利技术的方法当被测系统中的电机转速低于临界转速，测量N个完整电机脉冲所用时间T1，算出电机转速为ω1为ω1=60·n2/(2n1·T1),]]>其中电机端部码盘为n1位，所记的完整电机脉冲个数为n2，所用时间为T1；当被测系统中的电机转速高于临界转速，测量采样时间ΔT1内电机脉冲个数，算出电机转速ω2为ω2=60·n3/(2n1·ΔT1),]]>其中电机端部码盘为n1位，采样时间为ΔT1，电机脉冲个数为n3。所述临界转速ω是根据被测系统低速阶段测量相对误差与高速阶段测量相对误差相等来求取的速度。在低速阶段，利用高频晶振对被测系统电机脉冲个数计时，低速时的相对误差ε1为ϵ1=ω1·2n1/60n2·n4×106]]>其中电机转速为ω1，电机端部码盘为n1位，所记的完整电机脉冲个数为n2，定时器的时钟频率为n4。在高速阶段的采样时间内，对被测系统测量电机脉冲个数计数，则高速时的相对误差ε2为ϵ2=60/2n1×ω2×ΔT1]]>其中电机转速为ω2，电机端部码盘为n1位，采样时间为ΔT1。根据电机端部码盘为n1位，低速测量时所记的完整电机脉冲个数为n2，定时器的时钟频率为n4，高速测量时的采样时间为ΔT1，则得到临界转速ω为 ω=60×1032n1·n2·n4ΔT1]]>本专利技术的测速电路包括计数器、触发器、反相器、模拟开关、微处理器，计数器的第一门控端分别与触发器第一输出端Q、第二清零端相连，计数器的第一输出端与反相器的第二输入端相连，微处理器的外中断端分别与反相器的第二输出端、第三输出端相连，用于实现微处理器对外部中断信号的响应；计数器的时钟端和电机脉冲信号端相连，用于实现对电机脉冲上升沿及紧随其后的下降沿的捕捉；计数器的第二输出端接地，计数器的第二门控端分别与触发器的第一清零端和微处理器的I/O口相连；反相器的第一输入端、第一输出端分别与电机脉冲信号端和触发器的第二时钟端相连，用于实现对电机脉冲下降沿的捕捉；触发器的第一输入端D和第一预置端与高电平相连，用于实现触发器的第一时钟端上升沿触发第一输出端Q翻转；触发器的第一时钟端与电机脉冲信号相连，用于实现对电机脉冲信号上升沿的捕捉；触发器的第二输入端D和第二预置端与高电平相连，用于实现触发器的第二时钟端上升沿触发第二输出端Q翻转；触发器的第二输出端Q与模拟开关的第一输入端相连，模拟开关的第二输入端接地，模拟开关的控制端与微处理器的I/O口相连，用于实现对模拟开关的接通与断开；反相器的第三输入端与模拟开关的输出端相连，用于将触发器捕捉到的电机脉冲的上升沿及紧随其后的下降沿所产生的中断信号传输给微处理器；微处理器的数据双向传输端与计数器的数据双向传输端相连，用于数据在两者之间的传输；微处理器的地址端与计数器的片选及地址端相连，用于实现微处理器对计数器内部定时/计数器的选择；微处理器的读写信号端与计数器的读写信号端相连，用于实现微处理器对计数器的读写操作。本专利技术的有益效果是由于本专利技术采用计数器、触发器、反相器、模拟开关、微处理器组成的数字电路，电路不容易受外界干扰。由于
技术介绍
低速测量时采用测量多个电机脉冲周期的方法，它只适合于低速测量；高速测量时，采用测量采样时间内电机脉冲个数方法，它只适合于高速测量；本专利技术采用临界转速将两者结合起来，不但适合于低速测量，而且适合于高速测量。
技术介绍
在临界转速状态下，使得被测系统测量精度最低，本专利技术采用相对误差相等的临界转速，使得被测系统测量精度提高，被测系统的测量范围可以从低速到高速连续测量。解决了
技术介绍
只能测低速或者只能测高速的不足。
技术介绍
低速时，只能计单个电机脉冲周期，当计多个电机脉冲周期时，被测系统易出现中断阻塞，而本专利技术采用模拟开关，可以在两次中断中开启和关闭微处理器的定时器，实现多个电机脉冲周期的精确计时，克服了被测系统中断阻塞的不足。由于本专利技术具有测量精度高、测量范围宽、测速方便灵活的特点，故能解决工程实践中经常遇到的需要测量电机转速的问题，尤其是高精度机电控制过程中需要在宽范围内精确测量电机转速的场合。附图说明图1是本专利技术测速原理框2是本专利技术测速程序流程3是本专利技术中断服务程序1流程4是本专利技术中断服务程序2流程5是本专利技术中断服务程序3流程6是本专利技术实施例具体实施方式本专利技术一种高精度宽范围的测速电路的实施例图1和图6包括计数器1、触发器2、反相器3、模拟开关4、微处理器5。计数器1采用含有三个定时/计数器的计数器82C53，选用其中两个，包括第一门控端，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度宽范围的测速方法，其特征在于：当被测系统中的电机转速低于临界转速，测量Ｎ个完整电机脉冲所用时间Ｔ↓［１］，算出电机转速为ω↓［１］为：ω↓［１］＝６０.ｎ↓［２］／（２↑［ｎ↓［１］］.Ｔ↓［１］），其中电机端部码 盘为ｎ↓［１］位，所记的完整电机脉冲个数为ｎ↓［２］，所用时间为Ｔ↓［１］；当被测系统中的电机转速高于临界转速，测量采样时间△Ｔ↓［１］内电机脉冲个数，算出电机转速ω↓［２］为：ω↓［２］＝６０.ｎ↓［３］／（２↑［ｎ↓［１］］.△ Ｔ↓［１］）其中电机端部码盘为ｎ↓［１］位，采样时间为△Ｔ↓［１］，电机脉冲个数为ｎ↓［３］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾宏光，刘治华，黎海文，白越，吴一辉，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]