一种电机转速获取方法与流程

本发明涉及电机转速获取方法，尤其涉及使用数字锁相环方法利用编码器反馈的角度计算出电机转速的方法。

背景技术：

1、永磁同步电机具有体积小、重量轻、效率高、响应快等特点。它作为一种能量转换装置和动力装置，在家电、工控、机器人等生产生活领域中得到广泛的应用。为了获取更高性能的控制效果，需要采用编码器来获取电机的转子位置和转速信息。

2、用于检测永磁同步电机转速和位置的编码器有很多种，主要分为增量式编码器和绝对式编码器。

3、对于增量式编码器，目前应用较多的是增量式光电编码器。该类型编码器将转子角位移转化为脉冲信号输出。角位移越大，输出的脉冲越多，可以通过脉冲数计算出转子的角位移变化量，也就是增量，所以称增量式编码器。增量式编码器获取速度的方法有m法、t法和m/t法等。这些方法的都是获取单位时间t内脉冲的变化量m，来计算出电机的转速n：

4、

5、其中，z是电机转动一圈输出的脉冲数。n是电机的转速，单位r/min

6、这些方法容易受到编码器量化误差和测量噪声的限制，同时这种差分形式的计算方式又起到了放大误差的作用，导致速度估算不精确。

7、对于绝对式编码器，目前应用较多的磁编码器、旋转变压器、绝对式光电编码器都属于这一范畴。电机转子转动的每个位置都对应一个数字量来表示这个位置。位置不同数字量不同，所以称为绝对式编码器。其获取转速的方式也和增量式编码器一样。

8、同过单位时间t内角度的变化量δθ来计算出速度。

9、

10、其中，n是电机转速，单位r/min。

11、绝对式编码器输出的数字信号也包含了噪声和高次谐波。事实上，无论是何种编码器，现有技术都是通过对编码器反馈的角度信息进行差分运算来求取转速。由于编码器量化误差和测量噪声的存在，导致得到的角度有一些高频噪声，同时这种差分形式的计算方式又起到了放大误差的作用，使得计算出的速度不精确。虽然利用低通滤波也可以滤除一部分噪声，但同时会引入相位滞后，减弱电机的动态响应。

12、因此，亟需一种计算误差小、精确度高的电机转速获取方法。

技术实现思路

1、为了减小电机转速的计算误差、提高电机转速的计算精确度，本发明提供了一种电机转速获取方法。

2、所述电机转速获取方法包括但不限于以下步骤：

3、a.提供编码器，所述编码器的输出为第一电机角度θi；

4、b.提供数字锁相环，将所述第一电机角度θi发送至所述数字锁相环；

5、c.确定所述第一电机角度θi与所述数字锁相环的输出的差值δθ；

6、d.根据所述差值δθ计算所述电机转速n；

7、e.根据所述电机转速n计算第二电机角度θ，所述第二电机角度θ为所述数字锁相环的输出。

8、在一个实施例中，所述第一电机角度θi包括真实值θin和测量误差θic。

9、在一个实施例中，步骤d根据以下公式计算所述电机转速n：

10、

11、其中，kp为比例系数，ki为积分系数，t为所述数字锁相环执行计算的时间间隔。

12、在一个实施例中，所述公式(4)中的第一项kp(θin-θ)+ki*t*∑(θin-θ)为所述电机转速的真实值，第二项kpθic+ki*t*∑θic为所述电机转速的转速误差。

13、在一个实施例中，所述方法还包括循环执行步骤c～e，直至所述第二电机角度θ与所述第一电机角度θi相等。

14、在一个实施例中，所述电机转速n为所述数字锁相环输出所述第二电机角度θ过程中的必然产生的中间产物。

15、在一个实施例中，所述编码器为增量式编码器或绝对式编码器。

16、在一个实施例中，所述第二电机角度θ根据以下公式计算：

17、θ＝t*∑n

18、其中，t为所述数字锁相环执行计算的时间间隔。

19、在一个实施例中，步骤c由所述数字锁相环的鉴相模块执行。

20、在一个实施例中，步骤d由所述数字锁相环的比例积分控制器执行。

21、在一个实施例中，步骤e由所述数字锁相环的积分控制器执行。

22、本发明的电机转速获取方法采用数字锁相环方法构造了一个与编码器角度θi一样的量θ，在构造的过程中有一个中间变量n，这个量与电机转速相同，所以就用这个量作为电机转速。该电机转速通过数字锁相环的pi控制器得到，而pi控制器具有一定的滤波效果可以滤除高频噪声，提高速度的稳定性。同时整个数字锁相环为i型系统。该系统对阶跃信号和线性信号可实现无误差跟踪，数字锁相环得到电机的转速和角度相位延迟大大减小。相比现有技术，本发明可以在不提高编码器精度情况下，获取更稳定有效且精确的速度信息，实现电机的高效运行，具有一定的经济效果。

技术特征：

1.一种电机转速获取方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的电机转速获取方法，其特征在于，所述第一电机角度θi包括真实值θin和测量误差θic。

3.如权利要求2所述的电机转速获取方法，其特征在于，步骤d根据以下公式计算所述电机转速n：

4.如权利要求3所述的电机转速获取方法，其特征在于，所述公式(4)中的第一项kp(θin-θ)+ki*t*∑(θin-θ)为所述电机转速的真实值，第二项kpθic+ki*t*∑θic为所述电机转速的转速误差。

5.如权利要求1所述的电机转速获取方法，其特征在于，还包括：

6.如权利要求1所述的电机转速获取方法，其特征在于，所述电机转速n为所述数字锁相环输出所述第二电机角度θ过程中的必然产生的中间产物。

7.如权利要求1所述的电机转速获取方法，其特征在于，所述第二电机角度θ根据以下公式计算：

8.如权利要求1所述的电机转速获取方法，其特征在于，步骤c由所述数字锁相环的鉴相模块执行。

9.如权利要求1所述的电机转速获取方法，其特征在于，步骤d由所述数字锁相环的比例积分控制器执行。

10.如权利要求1所述的电机转速获取方法，其特征在于，步骤e由所述数字锁相环的积分控制器执行。

技术总结
本发明提供了一种电机转速获取方法，包括：a.提供编码器，所述编码器的输出为第一电机角度θ<subgt;i</subgt;；b.提供数字锁相环，将所述第一电机角度θ<subgt;i</subgt;发送至所述数字锁相环；c.确定所述第一电机角度θ<subgt;i</subgt;与所述数字锁相环的输出的差值Δθ；d.根据所述差值Δθ计算所述电机转速n；e.根据所述电机转速n计算第二电机角度θ，所述第二电机角度θ为所述数字锁相环的输出。

技术研发人员：李可喜,万翔
受保护的技术使用者：合肥中颖电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27