[发明专利]一种基于双码盘的低速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机的位置和速度测量方法，属于运动伺服技术领域。

背景技术

速度和位置控制系统的性能在很大程度上取决于反馈信号的精度，位置反馈由位置传感器实现，高精度的定位要求高分辨率的位置传感器。同时系统通过对位置信息的微分处理也可以得到速度等其它信息。目前常用的位置传感器有旋转变压器、光电编码器、磁编码器(如磁尺)、感应同步器、光栅等，其中增量式光电编码器由于精度好、成本低廉、使用方便等优点在调速、伺服等控制领域应用最为广泛。这种增量式码盘对位置和速度的测量精度主要取决于每圈的线数即刻度数N，码盘的角测量精度即为因此，码盘线数越高，其精度也越好。由于加工技术的限制，常用码盘每圈的刻度线一般在几百线到几千线之间，超过4000线的码盘信号的可靠性开始下降，同时其制作成本也开始急剧上升，限制了码盘测速精度的进一步提高。如何在常规码盘上实现更高精度的速度、位置反馈一直是高精度伺服、调速系统研究中的一个热点问题。人们先后提出的各种改进算法都不能从根本上真正突破码盘1个脉冲的精度，即电机速度的动态突变过程并不能以更高的精度被瞬时检测到。以此为基础实现的伺服系统低速区只能在稳态下保持平稳运行，在负载突变等动态过程中由于速度反馈动态响应慢而造成转速不稳和刚性不够，无法实用。

目前已有专利200610200317.5中提出用简单编码器提高普通直流电机驱动精度和可靠性的方法。用直流电机带减速箱，减速箱上再接码盘，取码盘信号给控制器来判断电机转停。这种方法是将码盘移到工作轴上来代替伺服电机或步进电机的连续速度控制，以牺牲精度来获得对工作轴的直接控制，并不能提高码盘的角分辩精度。

目前已有专利200410022609.5中提出一种电机低速运行时使用脉冲编码器的测速方法，用的是一种估计的算法，根据外延计算方法计算的最高可能速度外延曲线和经验的估计方法结合，得到较准确的速度估计值。在一、二个编码器脉冲间的时间间隔T，计算这段时间的平均速度C/T，在第三个脉冲未到时，估算当前速度C/(T+Δt)/N(N取经验值)，得到当前电机转速。这种方法不能从根本上真正突破码盘1个脉冲的精度，即电机速度的动态突变过程并不能以更高的精度被瞬时检测到，只能用于平稳转速的估算。

目前已有专利200310115538.9中发明一种高精度低速双轴伺服测试用的测试转台，采用间接驱动、多传感器检测系统来解决大惯性、超低速度和高精度的矛盾，实现系统的高精度低速控制。但上述方法需要多个功率传动轴和多个码盘，系统复杂，成本高昂，只适用于导航等专用领域。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于双码盘的低速测量方法，以提高低分辨率的位置传感器的位置反馈精度，实现电机在低速下的高精度控制。从根本上真正突破码盘1个脉冲的精度，即电机速度的动态突变过程能以更高的精度被瞬时检测到。以此为基础实现的伺服系统低速区能在稳态下保持平稳运行，在负载突变等动态过程中由于速度反馈精度的提高，使其不会出现由于响应慢而造成转速不稳和刚性不够的现象，增强实用性。

本发明的技术方案如下：

一种基于双码盘的低速测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)在需要进行转速和位置测量的轴上安装固定第一个码盘作为主码盘，提供高速测量区的转速和位置信号；第二个码盘通过一个增速轴与需测量的轴相连接，作为辅码盘，提供低速区的转速和位置信息；

2)主码盘发出的脉冲信号通过增速轴传入辅码盘；使辅码盘的码盘线数为主码盘码盘线数的k倍，其中k为增速轴的增速比；

3)将两路码盘输入信号输入含有软件控制程序的控制器中，对主、辅两组码盘输入的脉冲信号进行综合容错处理：

a.将主码盘的输出脉冲作为辅码盘输出脉冲的校准信号，然后进行判断：如果码盘信号无干扰，那么判断主码盘每输出一个脉冲信号是否对应于辅码盘的k个输出脉冲信号，如果满足此条件，那么用辅码盘输出的脉冲信号进行速度和位置计算；

b.如果不满足此条件，则改用主码盘输出的脉冲信号进行位置和速度测量，累计不满足条件的次数，当这一累计次数超过给出的范围时给出码盘故障报警，从而实现电机的低速测量。

在上述方案中，所述的主码盘和辅码盘采用增量式码盘。增量轴选择常用的1-2级减速器实现，所述的k为1～100。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：