【电机测速】一文搞懂M法、T法测速原理

本文详细解析了电机控制中M法(定时测角法)和T法(定角测时法)的测速原理,讨论了各自的精度问题及适用范围,M法依赖编码器分辨率,不适低速;T法则因时钟误差累积对高速限速。

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事情是这样的,某所在面试的时候,问到了课题所做的电机控制的测速方法,M法和T法的区别,特重新整理出来。

M法测速原理

       M法又称定时测角法,顾名思义,即在规定的时间间隔T_{g}内,测量光电编码器所产生的脉冲数来计算转速。假设电机每转一圈脉冲发生器(通常是光电传感器或者编码器)发出的脉冲数为P(Pulse,我起名字可是很严谨的),而在规定的时间间隔T_{g}内,测得的总脉冲数为m_{1},则电机每分钟转速n_{M}=60\cdot \frac{m_{1}}{P\cdot T_{g}}(r/min),如图1所示。

                                                                       图1 M法测速原理

公式释意:电机每转一圈脉冲发生器发出脉冲数为P,\frac{m_{1}}{P}即在间间隔T_{g}内,电机一共转了多少圈,再除以T_{g}即电机1s转多少圈,再乘以60即电机一分钟转多少圈,即r/min。

测速精度存在的问题:通过上面的分析,可以发现M法测速的原理是利用规定时间内的m_{1}的计数值来测速的,m_{1}测得越准,则计数越准。现在取极限,假设电机转的非常慢,则在规定的时间T_{g}内就会有很少的脉冲个数,或者若P很小(即编码器的分辨率很低)时,甚至不到一个脉冲,则测速就不准确了,所以M法是不适合测低速的。

笔者认为这也是为什么M法叫M法的原因,M可能取mechine的意思,即M法主要依靠由编码器中的机械码盘分辨率来测速。(有更好的解释欢迎补充交流。)

T法测速原理

      T法又称定角测时法,即测量相邻两个脉冲的时间间隔来确定被测速度的方法,见图2所示。T法的实现需要用到一已知频率为f_{c}的高频脉冲(也称时钟脉冲)和在M法中的脉冲发生器发出的脉冲P来实现。我们知道,在电机旋转的过程中,脉冲发生器会不停的产生脉冲,现在取其中两个相邻脉冲之间的时间为一个周期T。开始测速时,f_{c}会向一计数器发送脉冲数,当脉冲发生器产生的相邻的两个脉冲中第一个脉冲出现时,计数器开始接收f_{c}发过来的脉冲,当脉冲发生器产生的相邻的两个脉冲中第二个脉冲出现,即一个周期到达时,计数器停止计数。计相邻两个脉冲之间计数器计得的读数为m_{2},则电机的转速n_{M}=60\cdot \frac{f_{c}}{P\cdot m_{2}}

                

                                                                              图2 T法测速原理

      公式释意:f_{c}为1s中时钟发出的脉冲个数,\frac{f_{c}}{m_{2}}即1s中脉冲发生器有多少个T周期,即1s中脉冲发生器产生了多少个脉冲个数,而电机转1转,脉冲发生器产生P个脉冲,所以除以P即r/s,再乘以60即r/min。

      测速精度存在的问题:通过上述原理分析,我们可以发现,在T法中,最重要的是两个相邻脉冲之间的时钟脉冲数,这个数记得越准确,则测速越准确。而电机转的越快,脉冲发生器相邻两个脉冲之间的时间间隔越短,即T越小,与之对应的,就是m_{2}越小,现不妨取一极限值,假设电机转速为无穷大,T近似无穷小,同样的,m_{2}也穷小,无法被测量,故T法不适合高速。而从原理上来看,m_{2}的计数总存在一个脉冲的误差(类比3个脉冲之间只有两个T,存在一个脉冲的误差),由此造成的相对误差为1/m_{2},电机转的越快,m_{2}越小,相对误差越大。从工艺的角度来看,关电脉冲发生器也存在制造工艺上的误差,这个误差会随着转速的升高而被积累,故,T法适用于低速,不适用于高速。

     笔者认为,T法之所以叫T,是因为取周期T的意思。

 

参考文献:

  • [1]赵岩. 编码器测速方法的研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2003.

 

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