一種基于脈沖反饋檢測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于脈沖反饋檢 測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 連續(xù)脈沖信號(hào)作為反饋信號(hào)測(cè)量電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，例如直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)時(shí)的位移、速度和加速度等，越來(lái)越多地運(yùn)用在各種控制場(chǎng)合。隨著精密制造技術(shù)、微電 子技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的測(cè)速精度要求以及實(shí)時(shí)性要求 越來(lái)越高，這就對(duì)速度計(jì)算算法提出了更高的要求。而一般的運(yùn)動(dòng)算法由于自身所存在的 一些缺點(diǎn)，很難達(dá)到這樣的要求。
[0003] 常用的測(cè)速計(jì)算方法包括M值法、T值法、Μ/T值法等。M值法通過(guò)測(cè)量一段固定 的時(shí)間間隔內(nèi)的編碼器脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算速度，適用于高速場(chǎng)合。T值法以固定的計(jì)數(shù)脈沖所包 含的系統(tǒng)時(shí)鐘數(shù)測(cè)量時(shí)間來(lái)計(jì)算速度，適用于低速場(chǎng)合。Μ/T值法則結(jié)合了上述兩種方法的 優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)對(duì)象的速度跨度較大時(shí)，作為測(cè)量位移速度的主要算法。但是無(wú)論上述哪種算 法，由于用一段時(shí)間內(nèi)的平均速度值取代瞬時(shí)速度值，均無(wú)法獲取信號(hào)讀取時(shí)刻的瞬時(shí)值， 而只能獲得近似的位置值和速度值。而且，有時(shí)信號(hào)測(cè)量時(shí)刻與信號(hào)讀取時(shí)刻不同步，會(huì)導(dǎo) 致位置檢測(cè)不準(zhǔn)確，進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)算出的速度也存在較大誤差。此外，如果要測(cè)量電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí) 刻的加速度，還需要加入其它硬件或者其它復(fù)雜的計(jì)算算法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于脈沖反饋檢測(cè)電機(jī) 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法，能同時(shí)計(jì)算出信號(hào)讀取時(shí)刻的電機(jī)位置、速度和加速度，擴(kuò)展測(cè)速的速 度范圍，提高電機(jī)位置、速度和加速度計(jì)算的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，從而解決運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在全速范 圍運(yùn)行時(shí)運(yùn)動(dòng)對(duì)象狀態(tài)量的計(jì)算問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于脈沖反饋檢測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法， 其特征在于，包括如下步驟：
[0006] (1)連續(xù)采集信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1前的N個(gè)時(shí)刻t t N的電機(jī)位置反饋的脈沖數(shù) Pi~Pn，其中，N為大于3的整數(shù)；
[0007] ⑵將采集的N個(gè)脈沖數(shù)？1~？1<及其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻ti~t N線性擬合成N-I次函數(shù)， 得到電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)f(t);
[0008] (3)對(duì)電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)f(t)求一階導(dǎo)數(shù)，得到電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系 函數(shù)v(t);
[0009] (4)對(duì)電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)v(t)求一階導(dǎo)數(shù)，得到電機(jī)加速度與時(shí)間的關(guān) 系函數(shù)a(t);
[0010] (5)判斷信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1與脈沖計(jì)數(shù)時(shí)刻是否同步，是則順序執(zhí)行如下步驟 (Al)和（A2)，得到信號(hào)讀取時(shí)刻t N+1的電機(jī)位置、電機(jī)速度和電機(jī)加速度；否則順序執(zhí)行如 下步驟（BI)和（B2)，得到信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1的電機(jī)位置、電機(jī)速度和電機(jī)加速度；
[0011] 步驟（Al)和（A2)分別為：
[0012] (Al)將、分別代入電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)f(t)、電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函 數(shù)V⑴和電機(jī)加速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)a⑴，得到信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1的電機(jī)位置f (t N)、電 機(jī)理論速度v(tN)和電機(jī)理論加速度a(tN);
[0013] (A2)分別判斷電機(jī)理論速度v(tN)和電機(jī)理論加速度a(tN)是否滿足如下條件：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于脈沖反饋檢測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 連續(xù)采集信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1前的N個(gè)時(shí)刻t t N的電機(jī)位置反饋的脈沖數(shù)P Pn，其中，N為大于3的整數(shù)； (2) 將采集的N個(gè)脈沖數(shù)Pl~p N及其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t t N線性擬合成N-I次函數(shù)，得 到電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)f(t); (3) 對(duì)電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)f(t)求一階導(dǎo)數(shù)，得到電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù) v(t)； (4) 對(duì)電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)v(t)求一階導(dǎo)數(shù)，得到電機(jī)加速度與時(shí)間的關(guān)系函 數(shù) a(t); (5) 判斷信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1與脈沖計(jì)數(shù)時(shí)刻是否同步，是則順序執(zhí)行如下步驟（Al)和 (A2)，得到信號(hào)讀取時(shí)刻t N+1的電機(jī)位置、電機(jī)速度和電機(jī)加速度；否則順序執(zhí)行如下步驟 (BI)和（B2)，得到信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1的電機(jī)位置、電機(jī)速度和電機(jī)加速度； 步驟（Al)和（A2)分別為： (Al)將、分別代入電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)f(t)、電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù) V⑴和電機(jī)加速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)a⑴，得到信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1的電機(jī)位置f (t N)、電機(jī) 理論速度v(tN)和電機(jī)理論加速度a(tN); (A2)分別判斷電機(jī)理論速度v(tN)和電機(jī)理論加速度a(tN)是否滿足如下條件：
電機(jī)理論速度v(tN)滿足條件，則將電機(jī)理論速度v(tN)作為電機(jī)速度，否則對(duì)電機(jī)理論速 度v(tN)進(jìn)行修正，得到電機(jī)速度；若電機(jī)理論加速度a(tN)滿足條件，則將電機(jī)理論加速度 a(tN)作為電機(jī)加速度，否則對(duì)電機(jī)理論加速度a(tN)進(jìn)行修正，得到電機(jī)加速度； 步驟（BI)和（B2)分別為： (BI)將tN+1分別代入電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)f(t)、電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函 數(shù)v(t)和電機(jī)加速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)a(t)，得到信號(hào)讀取時(shí)刻tN+1的電機(jī)理論位置 f (tN+1)、電機(jī)理論速度V (tN+1)和電機(jī)理論加速度a (tN+1); (B2)分別判斷電機(jī)理論位置f(tN+1)、電機(jī)理論速度v(tN+1)和電機(jī)理論加速度a(t N+1) 是否滿足如下條件：
若電機(jī)理論位置f(tN+1)滿足條件，則將電機(jī)理論位置f(tN+1)作為電機(jī)位置，否則對(duì)電 機(jī)理論位置f(tN+1)進(jìn)行修正，得到電機(jī)位置；若電機(jī)理論速度v(tN+1)滿足條件，則將電機(jī) 理論速度v(t N+1)作為電機(jī)速度，否則對(duì)電機(jī)理論速度v(tN+1)進(jìn)行修正，得到電機(jī)速度；若 電機(jī)理論加速度a(t N+1)滿足條件，則將電機(jī)理論加速度a(tN+1)作為電機(jī)加速度，否則對(duì)電 機(jī)理論加速度a (tN+1)進(jìn)行修正，得到電機(jī)加速度； 所述步驟（A2)和（B2)中，
-是V1時(shí)刻到t N時(shí)刻內(nèi)的任一時(shí)刻
的速虔 ：是tN_2時(shí)刻到t η時(shí)刻內(nèi)的任一時(shí)刻 的速度， % %-1
時(shí)刻到7時(shí)刻內(nèi)任一時(shí)刻7的加速度，Vmax、a_^P ac max分 1N >\ 別是最大電機(jī)速度、最大電機(jī)加速度和最大電機(jī)加速度變化率。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于脈沖反饋檢測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所述 步驟（A2)中，分別通過(guò)如下步驟（Cl)和（C2)對(duì)電機(jī)理論速度v(t N)和電機(jī)理論加速度 a (tN)進(jìn)行修正；
，則將'作為電機(jī)速度；
，則將％作為電機(jī)速度；
，則將A1作為電機(jī)加速 度；令_ ..........- _ :，則將A2作為電機(jī)加速度。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的基于脈沖反饋檢測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法，其特征在于，所 述步驟（B2)中，分別通過(guò)如下步驟（D1)、（D2)和（D3)對(duì)電機(jī)理論位置f(t N+1)、電機(jī)理論速 度v(tN+1)和電機(jī)理論加速度a(tN+1)進(jìn)行修正； (Dl)·ν_，若 f(tN+1) SF1，則將 F#為電機(jī)位置；$F2 = f(tN) + (tN+1-tN) · V-，若 f(tN+1) > F2，貝丨J將啡為電機(jī)位置；
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于脈沖反饋檢測(cè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的方法。通過(guò)連續(xù)采集信號(hào)讀取時(shí)刻前的N個(gè)時(shí)刻的脈沖數(shù)，將采集的N個(gè)脈沖數(shù)及其對(duì)應(yīng)的時(shí)刻線性擬合成N-1次函數(shù)，得到電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，對(duì)電機(jī)位置與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)求一階導(dǎo)數(shù)，得到電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)，對(duì)電機(jī)速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)求一階導(dǎo)數(shù)，得到電機(jī)加速度與時(shí)間的關(guān)系函數(shù)；根據(jù)信號(hào)讀取時(shí)刻是否與脈沖計(jì)數(shù)時(shí)刻同步，并代入相應(yīng)的約束條件，得到電機(jī)位置、速度和加速度的檢測(cè)結(jié)果。本發(fā)明能同時(shí)計(jì)算出信號(hào)讀取時(shí)刻的電機(jī)位置、速度和加速度，擴(kuò)展測(cè)速的速度范圍，提高電機(jī)位置、速度和加速度計(jì)算的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。
【IPC分類(lèi)】G01R31-34
【公開(kāi)號(hào)】CN104678301
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510078961
【發(fā)明人】艾武, 陳科, 陳冰, 劉毅, 韋雄波
【申請(qǐng)人】華中科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月14日