[發明專利]基于感應同步器多普勒效應的電機轉速測量方法

無效

• 申請號: 200910050317.5
• 申請日: 2009-04-30
• 公開（公告）號: CN101545915A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 靖俊;王躍明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01P3/48
• 分類號: G01P3/48
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭 英

技術領域：

本發明涉及電機轉速測量技術，具體指一種基于感應同步器多普勒效應的電機轉速測量方法，它應用于各個領域的電機轉速測量，特別是航空領域高精度電機轉速測量。

背景技術：

在工程實踐中，經常會有各種需要測量轉速的場合，例如在電機的運轉和控制中，需要實時測量并反饋轉速，以完成電機的閉環控制算法。因航空的特殊環境，轉速測量方法要求環境適應性好，工作穩定性高。

傳統的轉速測量方法主要有三種：分別是測速發電機測速，光電脈沖法測速，以及感應同步器差分測速。測速發電機是一種微特電機，其輸出電動勢和轉速成線性關系，檢測其輸出電動勢就能獲其轉速，其最大的缺點是低速測量時，要求測速發電機的體積和質量做的很大。光電脈沖測速采用反射原理，經由來自儀器的紅外線光束，再被對象上的反射貼反射到儀器，對反射波進行處理即可得到轉速，這種方法受到接收裝置和接收距離范圍的限制。感應同步器差分測速是利用感應同步器測得角位置量，將角位置量差分得到轉速，這種方法的缺點在于感應同步器在動態時測得的角位置存在動態誤差，且在高轉速情況下無法使用。

發明內容：

本發明的目的是提供一種基于多普勒效應的電機轉速測量方法，來解決現有測速技術存在的技術不足。

本發明實現框圖如圖1所示。整個測量系統由安裝在電機上的感應同步器，前置放大器，濾波模塊，整形模塊，FPGA硬件平臺構成。感應同步器采用360對極，定子分段繞組，轉子連續繞組的旋轉式感應同步器，精度為1個角秒。前置放大器采用儀表放大器，共模抑制比要求80dB以上；濾波電路采用有源帶通濾波器，Q值最小要求為15；整形模塊采用比較器，電壓擺率要求3V/us以上。

感應同步器選擇分段繞組激磁鑒相工作方式，對感應同步器輸入兩路幅度相等，相位嚴格正交的一定頻率的激磁信號。兩路激磁信號的幅度誤差和相位誤差直接影響最后的測速精度，必須控制在0.01％以內；激磁信號的頻率大小受感應同步器工作頻率限制，一般為1kHz-10kHz。

在激磁信號的作用下，感應同步器輸出信號中除了頻率與激磁信號頻率相關的基波，還有噪聲和諧波分量。為了達到高測速精度對信號質量的要求，必須對感應后的信號進行放大，濾波以及整形，將信號中的噪聲以及諧波濾掉，最后經比較器整形成方波后送入FPGA。在FPGA中選取合適的算法測得輸出信號基波信號頻率。

設感應同步器輸出信號頻率為f_output，由于感應同步器輸出信號頻率f_output不高，為10³Hz量級，因此采取測周期法。用高頻率時鐘脈沖f_T來填充信號，這種方法在周期測量誤差為：

1foutput(1-N±1N)]]>

其中：

N=fTfoutput]]>

當f_output為低頻，f_T很高時頻率測量精度高。

在動態的境況下，感應同步器輸入激磁信號與輸出信號之間會發生多普勒效應。如圖2所示，以參考波形上升沿為觀察點，設感應同步器輸入激磁信號頻率為f_input。在靜態情況下，輸入波形與輸出波形之間相對位置不變，感應同步器輸入激磁信號頻率f_input與感應同步器輸出信號基波信號頻率f_output相等；在感應同步器以一定轉速轉動時，輸出信號波形以一定的速度遠離或靠近輸入信號波形。

設輸入信號波形周期為T＝1/f_input，波長λ，則其傳輸速度為c＝λ/T＝f_inputλ/s。