一种编码器极低速测速性能改善方法技术

本发明专利技术涉及一种编码器极低速测速性能改善方法，所述方法包括：利用T测速法，测算出电机当前转速并输出转速信号，其特征在于，所述方法还包括：将所述转速信号经负反馈差分后得到加速度；将所述加速度进行积分得到观测转速；基于加速度大小补偿所述观测转速的延迟时间。本发明专利技术通过速度观测器环路和速度补偿环路，将不连续的滞后的采集转速，处理成了连续，实时性高的采集信号，解决了现有技术中为了补偿转速台阶，采用转速差分作计算参考的方法容易引入干扰以及采样滞后的问题。易引入干扰以及采样滞后的问题。易引入干扰以及采样滞后的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种编码器极低速测速性能改善方法


[0001]本专利技术涉及低速测试
，尤其涉及一种编码器极低速测速性能改善方法。

技术介绍

[0002]电机的转速作为当前各类电机的重要物理指标之一，常作为反馈量在控制系统中起重要作用。目前，在要求不同的各测速系统中，旋转变压器测速法、微电机测速法、光电码盘测速法、霍尔元件测速法等方法被广泛应用。旋转变压器或测速机都要与电机同轴连接，增加了电机机组安装难度，另一方面有些电机功率很小，旋转变压器或测速机消耗的功率占了电机大部分，所以对有些电机的测速，这两种方法不适用。霍尔元件和光电码盘的测速方法基本类似，都是在转轴上安装一个很轻巧的传感器，将电机的转动信号通过霍尔元件或光电码盘转换为电脉冲，从而通过计算电脉冲的个数来测速。
[0003]采用编码器测量电机转子转速是目前很常规的方法。针对低速测速，常用的是传统的T法测速法(或M/T法)。但是这一类基于反馈脉冲计算速度的方法，在极低速工况中不可避免会遇到同一个难题：极低的转速导致编码器脉冲回馈的时间也变长，编码器的脉冲间隔时间大于速度的采样周期，导致在接收到脉冲信号之前，转速无法计算/更新，只能沿用前一拍的历史转速，致使这一段转速为上一拍历史转速的恒定值。速度观测停滞在某一定值速度值上，无法反映真实转速，影响控制性能，导致速度失控、低速振荡、低速性能差等问题。为解决这个问题，目前存在的方法有一定效果，但是也有各自缺陷。
[0004]中国专利CN1300590C公开了一种电机低速运行时使用脉冲编码器的测速方法，按一、二个编码器脉冲间的时间间隔T，计算得这段时间的电机轴的平均速度C/T，C为常数。当电机的转速变慢，第三个脉冲在2T+Δt时刻未到达时，计算机估算当前速度可能的最高值为Vimax＝C/(T+Δti)，根据速度变化的经验选取值N，N≥1，以V＝Vimax/N作为测量结果估计值送出，用以对电机速度控制。N的选取，与电机旋转部件的转动惯量、转动系统的阻力状况以及驱动旋转的扭力有关。该专利解决了电机低速运行时，使用脉冲编码器速度测量误差的问题，根据该专利计算的最高可能速度外延曲线和经验的估计方法结合，得到较准确的速度估计值，可对电机进行较准确控制。实际上该专利的过程为：首先根据当前脉冲和上一个脉冲，计算得到上一拍的平均转速C/T，然后再经过时间T等待下一个脉冲回馈。若电机加速使脉冲提前回馈，则重复之前步骤；若电机减速，仍无法收到脉冲，即根据之前计算转速C/T作为计算因子，按照增加时间求得估测的转速C/(T+Δti)。该专利的缺陷在于：第一，估测转速始终是基于现有脉冲和前一个脉冲所计算出来的速度作为参考，一旦有噪音引入，则估测转速也会出错；第二，系统会保持历史转速持续一拍等待新的脉冲更新，此时的测量速度与实际速度存在滞后。
[0005]中国专利CN1026937C公开了一种具有转动脉冲编码器的极低速度范围内控制电机的系统和方法，每当电机旋转轴转过一预定角度时，该脉冲编码器输出一个脉冲，定义的极低速度范围，使得输出脉冲的脉冲间隔长于系统控制周期，提供有一个最低阶扰动、负载转矩估计值观测器，依下式计算各脉冲间隔的电机速度平均值。nM
′
(j)：nM
′
(j)＝[∑nM
′
(i)]j/n(j)，其中i表示速度控制周期，j表示脉冲编码器的脉冲间隔。该专利根据转矩指令和估计负载转矩，得到加速度补偿估计值。但是缺陷在于基于转矩指令与负载估测的观测器系统，计算较为复杂。
[0006]本专利技术在传统的T法(或M/T法)的基础上，提出一种测速改善方法，用于解决低速测速线性程度差，实时性差，抗干扰能力差等问题。
[0007]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0008]针对现有技术之不足，本专利技术的技术方案是提供一种编码器极低速测速性能改善方法，所述方法包括：利用T测速法，测算出电机当前转速并输出转速信号，其特征在于，所述方法还包括：将所述转速信号经负反馈差分后得到加速度；将所述加速度进行积分得到观测转速；基于加速度大小补偿所述观测转速的延迟时间。差分环节极易引入噪音，影响环路，所以通过调节比例和积分以及基于观测转速实现环路闭环调节来解决其问题。
[0009]根据一种优选的实施方式，所述加速度基于所述转速信号与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
[0010]根据一种优选的实施方式，基于所述加速度进行积分得到的所述观测转速用于所述转速信号经负反馈差分后得到加速度和所述加速度进行积分得到观测转速的两个步骤的环路闭环调节。
[0011]根据一种优选的实施方式，所述方法还包括：调节比例和积分参数；所述调节比例和积分参数用于将所述观测转速由阶梯状变为线性平滑曲线，并用于对非连续的转速信号作线性补偿。此时的观测转速平滑且线性度高，但仍具有较大延迟。延迟的原因一方面是因为观测器平滑信号造成，另一方面是因为在当前时刻更新的转速往往为经过滤波后的上一时刻转速。
[0012]根据一种优选的实施方式，对所述观测转速做出相位补偿，基于加速度大小以积分的方式补偿所述观测转速的延迟时间，使得测速结果具有实时性并得到最终转速结果。前述步骤等同于一个二阶闭环控制环路，会造成信号的滞后，通过对观测转速做出相位补偿，使得控制环路的延迟减少、环路带宽增加，将环路振荡甚至崩溃的可能性降为零。
[0013]另一方面，本专利技术的技术方案还提供一种编码器极低速测速性能改善系统，其特征在于，至少包括编码器、PI调节器、速度观测器环路和速度补偿环路。基于所述编码器利用T测速法，测算出电机当前转速并输出转速信号；将所述转速信号送入所述速度观测器环路中，负反馈差分后经过所述PI调节器得到加速度；将所述加速度于所述速度观测器环路中进行积分得到观测转速；基于加速度大小于所述速度补偿环路中补偿所述观测转速的延迟时间。
[0014]根据一种优选的实施方式，基于所述加速度进行积分得到的所述观测转速用于所述速度观测器环路的闭环调节。
[0015]根据一种优选的实施方式，所述速度观测器环路为二阶闭环控制环路，调节比例
和积分参数用于降低环路带宽并使得所述观测转速变为随阶梯状转速趋势变化的平滑曲线，转速信号线性地补偿阶梯之间的差值。
[0016]根据一种优选的实施方式，所述速度补偿环路用于补偿所述速度观测器环路引入的滞后，
[0017]将经过PI调节器的加速度对滞后时间的积分得出补偿量，并与所述速度观测器环路中叠加初始转速，使其得出最终转速结果。
[0018]最后一个方面，本专利技术的技术方案还提供一种计算终端，其特征在于，所述计算终端包括：一个或多个计算单元；以及与一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种编码器极低速测速性能改善方法，所述方法包括：利用T测速法，测算出电机当前转速并输出转速信号，其特征在于，所述方法还包括：将所述转速信号经负反馈差分后得到加速度；将所述加速度进行积分得到观测转速；基于加速度大小补偿所述观测转速的延迟时间。2.如权利要求1所述的编码器极低速测速性能改善方法，其特征在于，所述加速度基于所述转速信号与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。3.如权利要求2所述的编码器极低速测速性能改善方法，其特征在于，基于所述加速度进行积分得到的所述观测转速用于所述转速信号经负反馈差分后得到加速度和所述加速度进行积分得到观测转速的两个步骤的环路闭环调节。4.如权利要求3所述的编码器极低速测速性能改善方法，其特征在于，所述方法还包括：调节比例和积分参数；所述调节比例和积分参数用于将所述观测转速由阶梯状变为线性平滑曲线，并用于对非连续的转速信号作线性补偿。5.如权利要求4所述的编码器极低速测速性能改善方法，其特征在于，对所述观测转速做出相位补偿，基于加速度大小以积分的方式补偿所述观测转速的延迟时间，使得测速结果具有实时性并得到最终转速结果。6.一种编码器极低速测速性能改善系统，其特征在于，至少包括编码器、PI调节器、速度观测器环路和速度补偿环路，基于所述编码器利用T测速...

【专利技术属性】
技术研发人员：张筑亚，李飞，姚欣，
申请(专利权)人：河南嘉晨智能控制股份有限公司，
类型：发明
国别省市：