周期余数法与智能测速系统

　　0　引言

　　速度和转速的测量是许多控制系统和工业测控系统的重要检测参数,数字式测速方法已被广泛应用和发展。大多数数字式测速方法应用角位移传感器,具有精度高、动态范围大的特点,易于与角位移检测一起组成角位移—角速度综合检测系统。但由于是基于时间积分平均的原理,也有响应速度低的缺点。当前,数字式测速系统向更高精度、更大动态范围和更高响应速度的方向发展。

　　1　测速原理

　　基本的数字式测速方法是周期法(T法)和频率法(M法)。周期法中,测出相邻信号脉冲的时间间隔TS=KTC,然后按下式计算速度:

 （1）

　　其中,Δθ为信号脉冲角当量,TC为时钟周期。

　　频率法中,测出定时K0TC内信号脉冲数K,然后按下式计算速度:

 （2）

　　基本方法分别适用于低速和高速,在高精度和宽范围的测速,尤其是实时动态的测速中,单独采用基本方法或非有机的结合如切换、难以达到高的性能指标[1][2],近年来多采用复合方法如M/T法。本文介绍一种有机地融合两种基本方法的复合测速方法,简称周期余数法。其测速系统是周期性工作的,信号脉冲(串)PS已被整形为与时钟同步,每次测量时重触发计数器T2和辅助计数器T0的数据被读取后清除,处于待命状态,首次出现的PS同时触发3个计数器,其中定时计数器T₁达到预置时间后停止。

　　1.1　低速情况:T_S>

　　定时内未出现PS,控制单元在T₁停止工作的同时重触发T₂,以后每当T₂达到其预置值K₂时都重触发T₂,T₀记录T₂重触发的次数。直到出现P_S时,控制单元关闭T₂的时钟,停止T₀,发出中断请求信号,微处理器μ_P取出结果后复位各计数器。T₂记录了信号脉冲周期T_S中不足或K2TC的余数部分,μP按下式计算速度:

　　控制单元记录内是否出现PS的状态,可与下面情况区分。

　　1.2　高速情况:TS

　　定时内再出现P_S,T₂被每个P_S重触发,控制单元在T₁停止工作的同时关闭T₂的时钟,停止T₀,发出中断请求。T₂记录了定时中不足整信号周期T_S的余数部分K₂T_C,T_O记录了整信号周期T_S的数K_O,μ_Ρ按下式计算速度:

　　1.3　零速

　　若v=0　或者是很低的速度,则T0最终会溢出或达到预置值,从而通知μP,停止该次测量,并认为所测速度为零速。

　　数字式测速系统中,应当定义一个零速,否则在所测速度极低时,使测量时间过长或者实际计数器长度过长。一般,所测速度低于最小测速vmin就认为是零速。该测速方法的主要性能指标如下: