精密离心机转速测量系统设计

　　0 引言

　　惯性仪表是惯性技术的基础，是飞机、航天飞行器、导弹、舰船惯性控制系统的核心部分。惯性仪表的精度决定着惯性导航和制导系统的导航及制导精度。精密离心机是用于标定和测试高精度惯性仪表的主要设备。精密离心机控制的关键是实现他励直流电机的高精度控制，而转速测量精度直接关系到其控制精度。

　　1 精密离心机转速测量方法和原理

　　直流电动机转速测量方法主要有[1]: 用反电势系数测速、换向脉冲测速和瞬时转速测量。这些测速方法多依赖于电动机自身的电气特性和电气参数，影响测速准确度的因素很多，是一些在没有专门测速装置的条件下所使用的一些低精度的测速方法。测速发电机、转矩测速传感仪等专门的测速装置，其测量精度仍不能满足高精度测速的要求。采用光栅为核心的测速方法被广泛应用于高精度转速测量领域。对于精密离心机的测量精度要求来说，光靠光栅传感器还是不够的，往往需要采用频率细分法进一步提高其测量精度要求。系统设计的离心机转速测控系统精度约为 10^{- 6}，光栅编码器的刻线数为32 400，即电机旋转一周出现32 400个脉冲信号，而进行4 倍频频率细分后达到129 600，结合 FPGA 对电机转速的测量，则电机转速控制精度可达到10^{- 7}数量级，从而明显提高了对转速的控制精度。

　　常用的数字测量方法有: “M”法( 测频法) ; “T”法( 测周法) ; “M/T”法( 频率/周期法) 。

　　1. 1 “M”法

　　“M”法是用单位时间内测得物体的旋转角度来计算速度。“M”法中定时时间和脉冲不能保证严格同步，其误差随转速的增大而减小，但在转速较快的情况下，所计的脉冲数增大，这样会限制转速测量的量程。

　　1. 2 “T”法

　　“T”法是在给定的角位移距离内，通过测量这一角位移的时间来进行测速。“T”法中要求脉冲的上升沿( 或下降沿) 与计数和定时同步，否则会因为两脉冲的上升沿触发时间不一致或计数和定时起始、关闭不一致而造成测量误差，且随转速的减小而减小。因此“T”法在低转速时精度较高，但随着转速的增加，精度会变差，存在小于1 个脉冲的误差。

　　1. 3 “M /T”法

　　“M/T”法综合了“T”法和“M”法的优点，它是同时测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只要“同时性”处理得当，M/T 法在高速和低速时都具有较高的测速精度。但测量方法较繁琐。

　　2 转速测量系统总体框图