基于光电码盘的高精度电机转速测量

　　0 引言

　　诞生于 2 0 世纪 7 0 年代的半固态成形技术(Semi-Solid Metal forming，简称SSM)，由于具有环保、节能、高效等特点，被认为是21世纪最具发展潜力的金属成形技术之一。镁合金是目前比强度最高的金属材料，它具有密度小，流动性好，电磁屏蔽优等性能，被认为是最具发展潜力的高效节能的结构材料。连续铸轧机的特点是将半固态浆料的铸造和热轧两种工艺合为一体，铸轧辊把熔融的浆料的大量热能带走，使浆料在很短的时间内完成铸造结晶过程，同时，又对已形成的铸造组织镁板经过轧辊进行压力加工。铸轧的主要工艺参数有：铸轧区长度，铸轧速度，浇注温度，冷却强度和凝固瞬间的镁熔体供给所需的静压力等。一般说来，铸轧区域的长度对保证连续铸轧质量是至关重要的，而区域的建立与浇注温度、冷却强度以及铸轧速度等工艺因素有关。在具体操作中，当某一因素变化引起铸轧区内金属熔体凝固点的位置变化时，一般通过调整铸轧速度使铸轧保证连续。因此铸轧速度作为铸轧技术的主要工艺参数被加以控制[3]。根据铸轧工艺的要求，铸轧速度必须是无极调速，稳态精度≤0.3%。在当今电气传动领域，由于直流电动机具有良好的运行性能和控制特性，因此采用直流电动机作为执行电机的直流调速系统。

　　1 实现原理

　　直流脉宽调速(PWM)的基本原理是利用大功率晶体的高频开关作用,将直流电压通过脉宽调制变为某一固定频率的方波电压,并通过方波电压占空比的变化,改变加在电动机电枢两端的平均电压大小,从而对电机进行调速控制。由于 PWM 式晶体管放大器的输出是一串宽度可调的矩形脉冲，除包含有用的控制信号(直流分量)外，还包含一个频率同放大器切换频率相同的高频分量。在高频分量作用下，伺服电机时刻处于微振状态，有利于克服执行轴上的静摩擦，以及直流调速中低速运行时谐波大、功率因数低造成的输出力矩小的问题，从而获得高性能的调速指标[2]。

　　图1是传统的直流脉宽调速控制系统，其控制精度较低。这是因为作为转速检测的测速发电机本身产生的误差，反馈控制系统是无力调节的。当电机运转一段时间后，电机温度随着工作时间加长而不断上升，而测速发电机与伺服电机同轴连接，测速发电机的温度也随之升高，其电势常数εa通常变小，故测速发电机输出电势也变小。即

　　Ea=εa∝ N，N 为电机转速

　　而此时电机转速并未下降，反馈到速度比较器的电压 u随之上升，促使电机转速上升，迫使Ea上升，从而达到 u维持不变，而给定值并未改变，这就引起电机转速的误差增大。根据实际测量一般电机温度每上升 1 0 0 ℃，电机转速的误差会增大1%~3% 左右。电机转速越低，相对误差越大。