高精度转速测量新方法的研究

　　转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往决定着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。

　　转速是旋转机械极为重要的一个状态参数,在很多运动系统的监测控制中,都需要对转速参数进行实时测量,其检测精度将直接影响系统的运行性能。因此,转速的精确测量对保障高速旋转机械的正常运行具有重要意义。

　　目前转速的测量方法有很多,主要有硬件计数法、软件计数法和频谱分析法3种方法。硬件计数法中最常用的有频率法、周期法和频率周期法。这种方法的测量精度与记录的脉冲个数有关,随着被测电机的转速变化,在极端的情况下会产生±1个字的误差[1],而且随着频率大小的不同,测量方法也会受到限制。软件计数法将原始的模拟信号转换为数字信号,需要找出过零点,最常用的是零点法和插值法[2],但用的方法不同,其误差也不一样。频谱分析法则是替代以往的对脉冲进行计数的方法,直接对振动信号进行频谱分析[3]求出频率周期,此种方法实时性好,但容易受外界振动、噪声等因素的影响。作者对以上各种方法进行了对比,在相关方法误差分析的基础上,提出了一种实现平均转速和瞬时转速同步测量的新方法,该方法具有双精度保障,误差小,抗干扰能力强。

　　1　常用测量方法

　　旋转机械转速的测量主要是借助光电或磁电传感器实现[4]。最常用的就是利用霍尔传感器的输出脉冲频率与转速成正比的原理,根据脉冲输出序列,测量转速和判别其转动方向。

　　1·1　硬件计数法

　　根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有:频率法、周期法和频率周期法。频率法是在规定的检测时间内,由检测脉冲信号的个数来确定转速。在规定的检测时间t内,根据转速传感器所产生的脉冲个数m与被测转速n(单位:r/min)成正比的关系,计算出转速值,采用的是直接算法。

　　周期法是测量相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速。通过对标准时间信号进行计数,来测量脉冲信号的周期,对周期取倒数可得频率,因而是一种间接算法。频率周期法是同时测量检测时间和在此检测时间内所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速,它同时对两种脉冲信号进行计数。

　　1·2　软件计数法

　　软件计数法是通过AD转换将原始的模拟信号转换为数字信号,再经过软件处理得到瞬时转速。但离散后的采样序列仍有许多处理方法,其误差的大小也不一样,其中最常用的就是零点法。零点法是用某种方法找到原始波形与零线的交点序列{P1,P2,P3,P4,…,Pm},如图1所示,第i个分度时的瞬时转速为(fs为采样频率):