[发明专利]一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法

说明书

技术领域

本发明属于电机运动学参数检测技术领域，更具体地，涉及一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法。

背景技术

连续脉冲信号作为反馈信号测量电机运动学参数，例如直线电机运动或者旋转运动时的位移、速度和加速度等，越来越多地运用在各种控制场合。随着精密制造技术、微电子技术等先进制造技术的发展，运动控制系统对运动对象的测速精度要求以及实时性要求越来越高，这就对速度计算算法提出了更高的要求。而一般的运动算法由于自身所存在的一些缺点，很难达到这样的要求。

常用的测速计算方法包括M值法、T值法、M/T值法等。M值法通过测量一段固定的时间间隔内的编码器脉冲数来计算速度，适用于高速场合。T值法以固定的计数脉冲所包含的系统时钟数测量时间来计算速度，适用于低速场合。M/T值法则结合了上述两种方法的优点，在运动对象的速度跨度较大时，作为测量位移速度的主要算法。但是无论上述哪种算法，由于用一段时间内的平均速度值取代瞬时速度值，均无法获取信号读取时刻的瞬时值，而只能获得近似的位置值和速度值。而且，有时信号测量时刻与信号读取时刻不同步，会导致位置检测不准确，进而导致计算出的速度也存在较大误差。此外，如果要测量电机运动时刻的加速度，还需要加入其它硬件或者其它复杂的计算算法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法，能同时计算出信号读取时刻的电机位置、速度和加速度，扩展测速的速度范围，提高电机位置、速度和加速度计算的准确性和实时性，从而解决运动平台在全速范围运行时运动对象状态量的计算问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于脉冲反馈检测电机运动学参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)连续采集信号读取时刻t_N+1前的N个时刻t₁～t_N的电机位置反馈的脉冲数p₁～p_N，其中，N为大于3的整数；

(2)将采集的N个脉冲数p₁～p_N及其对应的时刻t₁～t_N线性拟合成N-1次函数，得到电机位置与时间的关系函数f(t)；

(3)对电机位置与时间的关系函数f(t)求一阶导数，得到电机速度与时间的关系函数v(t)；

(4)对电机速度与时间的关系函数v(t)求一阶导数，得到电机加速度与时间的关系函数a(t)；

(5)判断信号读取时刻t_N+1与脉冲计数时刻是否同步，是则顺序执行如下步骤(A1)和(A2)，得到信号读取时刻t_N+1的电机位置、电机速度和电机加速度；否则顺序执行如下步骤(B1)和(B2)，得到信号读取时刻t_N+1的电机位置、电机速度和电机加速度；

步骤(A1)和(A2)分别为：

(A1)将t_N分别代入电机位置与时间的关系函数f(t)、电机速度与时间的关系函数v(t)和电机加速度与时间的关系函数a(t)，得到信号读取时刻t_N+1的电机位置f(t_N)、电机理论速度v(t_N)和电机理论加速度a(t_N)；

(A2)分别判断电机理论速度v(t_N)和电机理论加速度a(t_N)是否满足如下条件：

和若电机理论速度v(t_N)满足条件，则将电机理论速度v(t_N)作为电机速度，否则对电机理论速度v(t_N)进行修正，得到电机速度；若电机理论加速度a(t_N)满足条件，则将电机理论加速度a(t_N)作为电机加速度，否则对电机理论加速度a(t_N)进行修正，得到电机加速度；

步骤(B1)和(B2)分别为：

(B1)将t_N+1分别代入电机位置与时间的关系函数f(t)、电机速度与时间的关系函数v(t)和电机加速度与时间的关系函数a(t)，得到信号读取时刻t_N+1的电机理论位置f(t_N+1)、电机理论速度v(t_N+1)和电机理论加速度a(t_N+1)；