[發明專利]基于FPGA的伺服電機實時轉速檢測模塊

無效

• 申請號: 201210232589.9
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102759633A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 熊振華;王恕;劉佳;吳建華;丁漢
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01P3/481
• 分類號: G01P3/481
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種轉速檢測模塊，尤其涉及一種用于伺服系統的伺服電機實時轉速檢測模塊。

背景技術

伺服系統(servomechanism)是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統。在現代高精度伺服控制系統如數控機床、引線鍵合機上，通常采用增量式光電編碼器作為位置傳感器。光電編碼器是一種集光學、機械、電子為一體的數字化角度傳感器，它一般安裝在機械設備的旋轉軸上或者通過聯軸器與旋轉軸連接，通過光電轉換，將旋轉軸的角度位移量實時轉換為數字化編碼脈沖，并傳輸給計算機或其它與編碼器相連接的數字控制設備，為機電系統的閉環控制提供位置反饋信息。不僅如此，在數字控制系統中，將旋轉軸位置信息與時間信息結合，還可以對伺服電機的轉速進行精確檢測，為速度閉環控制系統提供速度反饋。

在實際應用中，由于成本原因，往往只能采用低精度的編碼器作為反饋器件。同時，微分或差分運算將不可避免地將位置信息中包含的噪聲放大，導致計算出的速度、加速度嚴重偏離真實值。光電編碼器在制造過程中引起的各種誤差，如刻線不均、偏心等，會在實際應用時，導致控制系統讀取的位置信息以及相應記錄的時間信息產生偏差，進而嚴重影響速度、加速度測量的精度。另一方面，控制系統在進行閉環運算時，需要獲得的是電機或旋轉軸實時的位置、速度、加速度信息。然而在編碼器實際工作時，電機或旋轉軸轉速的變化會引起輸出的脈沖頻率的相應變化，而由數字系統的采樣周期通常是固定的，再加上編碼器輸出與數字系統的采樣不會同步，系統獲得的位置信息就可能會有一定滯后，而通過微分或差分運算，得到的也將是電機或旋轉軸過往某一時刻的轉速。這一測量上的滯后，也會對控制系統的性能產生不利的影響。

常用的轉速檢測方法，諸如M法、T法、M/T法直接采用了編碼器反饋的位置信息與控制系統獲得的時間信息進行差分運算。對于線數少、誤差大的低精度編碼器，這些方法有的精度差，有的在不同轉速條件下測量效果相差很大，有的測量延時現象嚴重，都難以滿足高精度伺服控制系統的要求，故而需要設計合適的轉速檢測手段，以減小測量誤差，提高伺服系統的轉速檢測的實時響應性能。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種伺服電機的實時轉速檢測模塊，在伺服系統中實時獲得伺服電機的當前轉速。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種伺服電機的實時轉速檢測模塊，通過對伺服電機的轉角和時間進行多項式擬合，實時計算獲得伺服電機的轉速。

為實現上述目的，本發明提供了一種伺服電機的實時轉速檢測模塊，其特征在于，包括：

信號預處理單元，其與光電編碼器相連以接收所述光電編碼器發出的信號，并輸出對應于所述光電編碼器發出的所述信號的伺服電機的轉角和時間；

數據擬合單元，其接收所述信號預處理單元輸出的所述轉角和所述時間，并對所述轉角關于所述時間進行多項式擬合以獲得所述伺服電機的轉速。

進一步地，所述信號預處理單元和所述數據擬合單元皆由FPGA芯片構造。

進一步地，所述多項式擬合采用n階多項式：

y＝f(t)＝p_ntⁿ+p_n-1t^n-1+L+p₁t+p₀；???(1)

其中，y是所述轉角，t是所述時間，p₀、p₁、…、p_n是所述n階多項式的參數。

這樣，對于所述光電編碼器發出的m個所述信號，通過式(1)可以得到m個方程：

p_nt₁ⁿ+p_n-1t₁^n-1+L+p₁t₁+p₀＝y₁

p_nt₂ⁿ+p_n-1t₂^n-1+L+p₁t₂+p₀＝y₂。?????(2)

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