一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机运动学参数检测技术领域，更具体地，涉及一种基于脉冲反馈检 测电机运动学参数的方法。
【背景技术】
[0002] 连续脉冲信号作为反馈信号测量电机运动学参数，例如直线电机运动或者旋转运 动时的位移、速度和加速度等，越来越多地运用在各种控制场合。随着精密制造技术、微电 子技术等先进制造技术的发展，运动控制系统对运动对象的测速精度要求以及实时性要求 越来越高，这就对速度计算算法提出了更高的要求。而一般的运动算法由于自身所存在的 一些缺点，很难达到这样的要求。
[0003] 常用的测速计算方法包括M值法、T值法、Μ/T值法等。M值法通过测量一段固定 的时间间隔内的编码器脉冲数来计算速度，适用于高速场合。T值法以固定的计数脉冲所包 含的系统时钟数测量时间来计算速度，适用于低速场合。Μ/T值法则结合了上述两种方法的 优点，在运动对象的速度跨度较大时，作为测量位移速度的主要算法。但是无论上述哪种算 法，由于用一段时间内的平均速度值取代瞬时速度值，均无法获取信号读取时刻的瞬时值， 而只能获得近似的位置值和速度值。而且，有时信号测量时刻与信号读取时刻不同步，会导 致位置检测不准确，进而导致计算出的速度也存在较大误差。此外，如果要测量电机运动时 刻的加速度，还需要加入其它硬件或者其它复杂的计算算法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于脉冲反馈检测电机 运动学参数的方法，能同时计算出信号读取时刻的电机位置、速度和加速度，扩展测速的速 度范围，提高电机位置、速度和加速度计算的准确性和实时性，从而解决运动平台在全速范 围运行时运动对象状态量的计算问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法， 其特征在于，包括如下步骤：
[0006] (1)连续采集信号读取时刻tN+1前的N个时刻t t N的电机位置反馈的脉冲数 Pi~Pn，其中，N为大于3的整数；
[0007] ⑵将采集的N个脉冲数？1~？1<及其对应的时刻ti~t N线性拟合成N-I次函数， 得到电机位置与时间的关系函数f(t);
[0008] (3)对电机位置与时间的关系函数f(t)求一阶导数，得到电机速度与时间的关系 函数v(t);
[0009] (4)对电机速度与时间的关系函数v(t)求一阶导数，得到电机加速度与时间的关 系函数a(t);
[0010] (5)判断信号读取时刻tN+1与脉冲计数时刻是否同步，是则顺序执行如下步骤 (Al)和（A2)，得到信号读取时刻t N+1的电机位置、电机速度和电机加速度；否则顺序执行如 下步骤（BI)和（B2)，得到信号读取时刻tN+1的电机位置、电机速度和电机加速度；
[0011] 步骤（Al)和（A2)分别为：
[0012] (Al)将、分别代入电机位置与时间的关系函数f(t)、电机速度与时间的关系函 数V⑴和电机加速度与时间的关系函数a⑴，得到信号读取时刻tN+1的电机位置f (t N)、电 机理论速度v(tN)和电机理论加速度a(tN);
[0013] (A2)分别判断电机理论速度v(tN)和电机理论加速度a(tN)是否满足如下条件：
[0014]
【主权项】
1. 一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 连续采集信号读取时刻tN+1前的N个时刻t t N的电机位置反馈的脉冲数P Pn，其中，N为大于3的整数； (2) 将采集的N个脉冲数Pl~p N及其对应的时刻t t N线性拟合成N-I次函数，得 到电机位置与时间的关系函数f(t); (3) 对电机位置与时间的关系函数f(t)求一阶导数，得到电机速度与时间的关系函数 v(t)； (4) 对电机速度与时间的关系函数v(t)求一阶导数，得到电机加速度与时间的关系函 数 a(t); (5) 判断信号读取时刻tN+1与脉冲计数时刻是否同步，是则顺序执行如下步骤（Al)和 (A2)，得到信号读取时刻t N+1的电机位置、电机速度和电机加速度；否则顺序执行如下步骤 (BI)和（B2)，得到信号读取时刻tN+1的电机位置、电机速度和电机加速度； 步骤（Al)和（A2)分别为： (Al)将、分别代入电机位置与时间的关系函数f(t)、电机速度与时间的关系函数 V⑴和电机加速度与时间的关系函数a⑴，得到信号读取时刻tN+1的电机位置f (t N)、电机 理论速度v(tN)和电机理论加速度a(tN); (A2)分别判断电机理论速度v(tN)和电机理论加速度a(tN)是否满足如下条件：
电机理论速度v(tN)满足条件，则将电机理论速度v(tN)作为电机速度，否则对电机理论速 度v(tN)进行修正，得到电机速度；若电机理论加速度a(tN)满足条件，则将电机理论加速度 a(tN)作为电机加速度，否则对电机理论加速度a(tN)进行修正，得到电机加速度； 步骤（BI)和（B2)分别为： (BI)将tN+1分别代入电机位置与时间的关系函数f(t)、电机速度与时间的关系函 数v(t)和电机加速度与时间的关系函数a(t)，得到信号读取时刻tN+1的电机理论位置 f (tN+1)、电机理论速度V (tN+1)和电机理论加速度a (tN+1); (B2)分别判断电机理论位置f(tN+1)、电机理论速度v(tN+1)和电机理论加速度a(t N+1) 是否满足如下条件：
若电机理论位置f(tN+1)满足条件，则将电机理论位置f(tN+1)作为电机位置，否则对电 机理论位置f(tN+1)进行修正，得到电机位置；若电机理论速度v(tN+1)满足条件，则将电机 理论速度v(t N+1)作为电机速度，否则对电机理论速度v(tN+1)进行修正，得到电机速度；若 电机理论加速度a(t N+1)满足条件，则将电机理论加速度a(tN+1)作为电机加速度，否则对电 机理论加速度a (tN+1)进行修正，得到电机加速度； 所述步骤（A2)和（B2)中，
-是V1时刻到t N时刻内的任一时刻
的速虔 ：是tN_2时刻到t η时刻内的任一时刻 的速度， % %-1
时刻到7时刻内任一时刻7的加速度，Vmax、a_^P ac max分 1N >\ 别是最大电机速度、最大电机加速度和最大电机加速度变化率。
2. 如权利要求1所述的基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法，其特征在于，所述 步骤（A2)中，分别通过如下步骤（Cl)和（C2)对电机理论速度v(t N)和电机理论加速度 a (tN)进行修正；
，则将'作为电机速度；
，则将％作为电机速度；
，则将A1作为电机加速 度；令_ ..........- _ :，则将A2作为电机加速度。
3. 如权利要求1或2所述的基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法，其特征在于，所 述步骤（B2)中，分别通过如下步骤（D1)、（D2)和（D3)对电机理论位置f(t N+1)、电机理论速 度v(tN+1)和电机理论加速度a(tN+1)进行修正； (Dl)·ν_，若 f(tN+1) SF1，则将 F#为电机位置；$F2 = f(tN) + (tN+1-tN) · V-，若 f(tN+1) > F2，贝丨J将啡为电机位置；
【专利摘要】本发明公开了一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法。通过连续采集信号读取时刻前的N个时刻的脉冲数，将采集的N个脉冲数及其对应的时刻线性拟合成N-1次函数，得到电机位置与时间的关系函数，对电机位置与时间的关系函数求一阶导数，得到电机速度与时间的关系函数，对电机速度与时间的关系函数求一阶导数，得到电机加速度与时间的关系函数；根据信号读取时刻是否与脉冲计数时刻同步，并代入相应的约束条件，得到电机位置、速度和加速度的检测结果。本发明能同时计算出信号读取时刻的电机位置、速度和加速度，扩展测速的速度范围，提高电机位置、速度和加速度计算的准确性和实时性。
【IPC分类】G01R31-34
【公开号】CN104678301
【申请号】CN201510078961
【发明人】艾武, 陈科, 陈冰, 刘毅, 韦雄波
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月14日