一种光电旋转编码器系统及其转速测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光电旋转编码器系统及其转速测量方法，特点为：前级光码盘固定于输入轴，后级光码盘固定于差速轴，永磁同步电机转轴与动力轴同轴固定；该三个轴的一端分别与差速模块的三轴相连；差速轴转速等于动力轴转速与输入轴转速之和；输入轴另一端与被测转轴固联；三相正弦驱动电路用于产生三相正弦电压，驱动永磁同步电机以恒定速度旋转；前、后级测量电路分别将前、后级光码盘的转动转化成脉冲信号，并由单片机分别进行采集与解算，前级测量电路信号通过记时间法或者记路程法直接进行解算得到被测转轴转速，后级测量电路信号进行解算后，由单片机系统减去动力轴带来的速度差得到被测转轴转速。本发明专利技术实现了转速测量精确性和快速性的兼顾。确性和快速性的兼顾。确性和快速性的兼顾。

【技术实现步骤摘要】
一种光电旋转编码器系统及其转速测量方法


[0001]本专利技术属于测控技术中的转速测量领域，具体涉及一种光电旋转编码器系统及其转速测量方法。

技术介绍

[0002]基于光电旋转编码器的转速测量技术在工业中具有广泛的应用，通过光电旋转编码器，可以将转轴的旋转角速度转换为脉冲电信号，进一步通过单片机的采集、解算可以实现转速的测量。
[0003]光电旋转编码器输出信号的数字测量，一般有两种方法，一、记路程法(M法)：即通过单片机对固定时间间隔内的编码器输出脉冲进行计数，从而计算得到转速；二、记时间法(T法)：即通过单片机测量编码器相邻两次脉冲输出的时间间隔，从而计算得到转速。
[0004]对于传统光电编码器，当转轴转速较低时，编码器输出脉冲信号频率较低，记路程法由于单位时间内脉冲数量过小，导致测速相对误差较大，记时间法由于相邻两次脉冲的时间间隔过长，导致测速频率较低。由此在低转速场合下，传统方案难以同时兼顾测量精度和测量频率两项重要指标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种光电旋转编码器系统及其转速测量方法。
[0006]本专利技术的上述目的之一通过如下技术方案来实现：
[0007]一种光电旋转编码器系统，其特征在于：包括前级光码盘、前级测量电路、后级光码盘、后级测量电路、差速模块、永磁同步电机、三相正弦驱动电路、输入轴、动力轴、差速轴；
[0008]所述前级光码盘同轴固定于输入轴，后级光码盘同轴固定于差速轴，永磁同步电机转轴与动力轴同轴且固定；
[0009]输入轴、动力轴、差速轴的一端分别与差速模块的三轴相连；差速轴转速等于动力轴转速与输入轴转速之和；
[0010]输入轴另一端与外界被测转轴固联，用于测量被测转轴的转速；
[0011]三相正弦驱动电路用于产生三相正弦电压，驱动永磁同步电机以恒定速度旋转；
[0012]前级测量电路、后级测量电路分别将前级光码盘、后级光码盘的转动转化成脉冲信号，并由单片机分别进行采集与解算，前级测量电路信号通过记时间法或记路程法直接进行解算得到被测转轴转速，后级测量电路信号进行解算后，由单片机系统减去动力轴带来的速度差得到被测转轴转速。
[0013]本专利技术的上述目的之二通过如下技术方案来实现：
[0014]一种基于上述光电旋转编码器系统的转速测量方法，其特征在于：在编码器工作时，单片机对前级脉冲信号按照记路程法、记时间法分别采集数据，对后级脉冲信号按照记
时间法采集数据，并根据所采集的数据结果选择最终输出的转速值的解算方法，选择最终输出转速值的判断方法为：
[0015]当转速值较高，前级测量电路记路程法误差低于记时间法误差时，以前级测量电路记路程法解算速度值作为输出值；当转速值中等，前级测量电路记时间法误差低于记路程法误差且测量频率满足要求时，以前级测量电路记时间法解算速度值作为输出值；当转速值较低，前级测量电路记时间法误差低于记路程法误差但测量频率不满足要求时，以后级测量电路记时间法解算速度值减去动力轴转速值作为输出值。
[0016]进一步的：定义两光码盘上的光栅数目(即光码盘旋转一周，测量电路输出的脉冲数目)为n
e
，单片机计时器时钟频率为f
c
(单位为Hz)，系统最低测速频率为f
s
(单位为Hz)，且有f
c
＞4f
s
，外部被测速度即输入轴转速为sp1(单位为转/s)，永磁同步电机转速即动力轴转速为sp
m
(单位为转/s)；定义记路程法测速频率为f
u1
＝f
s
(单位为Hz)，前级信号记路程法测速时在测量时间间隔内脉冲数为n1，定义记时间法测速频率为f
u2
(单位为Hz)，前级信号、后级信号记时间法测速时相邻两次脉冲信号之间单片机计时器计数值分别为n2、n3；则：
[0017]前级测量电路记路程法转速表达式为：
[0018][0019]前级测量电路记路程法测速相对误差表达式为：
[0020][0021]前级测量电路的记时间法转速测量表达式为：
[0022][0023]前级测量电路的记时间法转速测量误差为：
[0024][0025]前级测量电路记时间法测速频率表达式为：
[0026][0027]后级测量电路记时间法速度表达式为：
[0028][0029]在前级测量电路的记时间法与前级测量电路的记路程法误差相同时，解得
[0030][0031][0032]而当前级测量电路的记时间法测速频率等于系统要求最低频率f
s
时，解得
[0033][0034][0035][0036]电机转速设定为sp
m
＝f
s
/n
e
。则选择最终输出转速值的判断方法为：
[0037]系统运行时，当转速大于即单片机检测到满足条件或时，单片机采用前级测量电路记路程法转速表达式输出转速；当转速满足即单片机检测到满足条件或且n2≤f
c
/f
s
或n3≤f
c
/(f
s
+sp
m
*n
e
)时，单片机采用前级测量电路记时间法转速表达式输出转速；当转速小于f
s
/n
e
时，即单片机检测到满足条件n2＞f
c
/f
s
或n3＞f
c
/(f
s
+sp
m
*n
e
)时，单片机采用后级测量电路记时间法转速表达式输出转速。
[0038]本专利技术具有的优点和积极效果：
[0039]本专利技术通过设置两个光码盘的差速转动，确保了在极低转速下，至少存在1个光码盘保持较高的转速，在不同的速度区段下可以选择不同光码盘输出信号，通过不同的解算方法得到最终速度输出值，实现了前后级光码盘输出信号的互补，从而实现了转速测量精确性和快速性的兼顾，提升了转速测量效果。
附图说明
[0040]图1是本专利技术光电旋转编码器系统的结构示意图；
[0041]图2是本专利技术光电旋转编码器系统的差速模块组件示意图；
[0042]图3是本专利技术基于光电旋转编码器系统的转速测量方法的模式选择示意图。
具体实施方式
[0043]以下结合附图并通过实施例对本专利技术的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
[0044]一种光电旋转编码器系统，请参见图1
‑
2，包括输入轴1、差速轴2、动力轴3、差速模块4、前级光码盘5、后级光码盘6、前级测量电路7、后级测量电路8、永磁同步电机9、三相正弦驱动电路10，其中差速模块包含行星锥齿轮差速器与等速变换齿轮。
[0045]输入轴、差速轴、动力轴的一端分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电旋转编码器系统，其特征在于：包括前级光码盘、前级测量电路、后级光码盘、后级测量电路、差速模块、永磁同步电机、三相正弦驱动电路、输入轴、动力轴、差速轴；所述前级光码盘同轴固定于输入轴，后级光码盘同轴固定于差速轴，永磁同步电机转轴与动力轴同轴且固定；输入轴、动力轴、差速轴的一端分别与差速模块的三轴相连；差速轴转速等于动力轴转速与输入轴转速之和；输入轴另一端与外界被测转轴固联，用于测量被测转轴的转速；三相正弦驱动电路用于产生三相正弦电压，驱动永磁同步电机以恒定速度旋转；前级测量电路、后级测量电路分别将前级光码盘、后级光码盘的转动转化成脉冲信号，并由单片机分别进行采集与解算，前级测量电路信号通过记时间法或记路程法直接进行解算可得到被测转轴转速，后级测量电路信号进行解算后，由单片机系统减去动力轴带来的速度差可得到被测转轴转速。2.一种基于权利要求1所述的光电旋转编码器系统的转速测量方法，其特征在于：在编码器工作时，单片机对前级脉冲信号按照记路程法、记时间法分别采集数据，对后级脉冲信号按照记时间法采集数据，并根据所采集的数据结果选择最终输出的转速值的解算方法，选择最终输出转速值的判断方法为：当转速值较高，前级测量电路记路程法误差低于记时间法误差时，以前级测量电路记路程法解算速度值作为输出值；当转速值中等，前级测量电路记时间法误差低于记路程法误差且测量频率满足要求时，以前级测量电路记时间法解算速度值作为输出值；当转速值较低，前级测量电路记时间法误差低于记路程法误差但测量频率不满足要求时，以后级测量电路记时间法解算速度值减去动力轴转速值作为输出值。3.根据权利要求2所述的基于光电旋转编码器系统的转速测量方法，其特征在于：定义两光码盘上的光栅数目为n
e
，单片机计时器时钟频率为f
c
，系统最低测速频率为f
s
，且有f
c
＞4f
s
，外部被测速度即输入轴转速为sp1，永磁同步电机转速即动力轴转速为sp<...

【专利技术属性】
技术研发人员：何泽宇，金璐，龙春国，闫冬杰，高用昶，尉世超，刘炳春，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：