电机测速M法、T法、M/T法

在使用增量编码器进行速度测量时,主要有三种常见的测速方法:M法(脉冲数测量法)T法(脉冲周期测量法) 和 M/T法(脉冲数-周期混合法以及切换法)。它们各有特点,适用于不同的速度范围和精度要求。

1. M法(频率测量法)

M法通过在固定的采样时间Tc内统计编码器脉冲数m来计算速度。其优点是实现简单、采样周期固定,适用于高速场合。然而,在低速时,由于脉冲数较少,一个脉冲的误差会导致较大的速度计算误差,因此不适用于低速高精度控制。

 

2. T法(周期测量法)

T法通过测量两个相邻编码器脉冲之间的时间间隔来计算速度。该方法在低速时精度较高,但在高速时要求参考时钟频率非常高,且计算时间不固定,不利于实时控制系统的设计。

 

3. M/T法(混合法)

M/T法结合了M法和T法的优点:在固定采样时间内统计脉冲数,同时测量到最后一个脉冲的额外时间ΔT,从而在宽速度范围内都能实现较高的精度。尽管实现较为复杂,且在极低速时可能因脉冲数过少而影响精度,M/T法仍是目前广泛应用的高精度测速方法。

 

4.M/T法(切换法)

这种方法低速用T法,中高速用T法。可以较好的利用M法和T法的优势。但是切换逻辑需要好好处理,避免速度突变。常见的切换逻辑有滞环法和加权法。

滞环法:

l设定两个速度阈值:一个较低的 N_low 和一个较高的 N_high (N_high > N_low)。

l从高速到低速:当计算出的速度 低于 N_low 时,才从M法切换到T法。

l从低速到高速:当计算出的速度 高于 N_high 时,才从T法切换回M法。

这样,在 [N_low, N_high] 这个区间内,系统会维持当前的状态,形成了一个滞环,有效防止了频繁切换。

 

加权法:

l设定一个重叠速度区间 [N_start, N_end]。

在此区间内,同时运行M法和T法,分别计算出速度值 N_M 和 N_T。

l最终的输出速度 N_out 是两者的加权平均值:

N_out = (1 – α) * N_T + α * N_M

l权重因子 α 在此区间内随速度变化。例如:

在 N_start(较低速),α = 0,完全采用 N_T。

在 N_end(较高速),α = 1,完全采用 N_M。

在中间,α 线性或非线性地从0过渡到1。

这种方法可以消除切换带来的冲击,但计算量稍大。经

小结:

通过这种 “滞环切换” 或更优的 “加权融合” 策略,可以有效地将T法在低速区的精度和M法在高速区的稳定性结合起来,构建一个在全速度范围内都具有良好性能的测速系统。

总结

这四种方法都无法直接获取瞬时速度,而是计算采样周期内的平均速度。在实际应用中,需根据速度范围、精度要求和系统成本选择合适的方法。对于高性能控制系统,还可位置观测器状态滤波器进一步提高速度估计的准确性与响应速度。

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