M法与T法在编码器测速方面的区别和频率问题
编码器测速方法的研究
摘
要
光电精密跟踪技术是航空航天测控领域中的一项核心技术.跟踪伺服系统作 为光电精密跟踪系统的硬件设备,在光电精密跟踪系统的研制中起着极其重要的 作用.跟踪伺服系统的位置精度,速度精度和速度平稳性是光电跟踪系统设计的 重要指标.因此,伺服系统的测速问题一直是人们不断探索的课题. 随着数字化进程的不断推进,伺服系统的全数字化是今后发展的必然趋势, 然而如何解决实时性则是数字控制的关键问题.目前,DSP(特别是TMS320系列) 发展起来,为伺服系统的全数字化奠定了物质基础,使得现代控制理论工程实用 化.本文正是从这一角度出发,在测速系统中,重点以718转台为实验对象,在 控制系统速度环开环的情况下,用光电编码器,借助于最新的控制系统数字信号
模拟控制系统与数字控制系统优劣性比较.......+......
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中国科学院研究生院硕士学位论文
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discussed in detail,the methods of measuring speed based
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测速原理
通常的测速方法包括M 法，T 法以及M/T 三种方法。
M 法的原则是记下固定时间T 内的脉冲数，所以这种方法比较适宜于高速区；T 法的原则是记下每个编码器脉冲之间的周期T ，所以这种方法比较适宜于低速区；而M/T 法结合了这两种方法的优点，因此测速范围和精度都得到了很好的保证。
Fig.1 M/T 测速上图阐述了M/T 测速的基本方法。
T0由一个定时器决定，而速度采样周期T 由T0之后的第一个脉冲决定，也就是说，T=T0+ΔT 。
m1代表时间T 内记下的编码器脉冲数，m2代表与时间T 对应的计数器脉冲数。
可以得到以下关系：60n f mech = (1) 这里，n: rpm, f mech : Hz.如果时间T （单位：秒）内电机转了x 圈，则T f x mech ⋅= (2)如果时间T 内记下的编码器脉冲数为m1，则Np m x 41= (3)如果与时间T 对应的计数器脉冲数为m2，则C L K f m T 2= (4)这里Np 为编码器线数, f CLK 为检测时间T 的计数器时钟频率，因此214m m Np f T x f CLK mech ⋅== (5) 如果定义Np f K CLK MT 4= (6) 则21m m K f MT mech ⋅= (7)Fig.2 编码器信号和计数操作Fig.3 测速的硬件结构图通过MTU 实现M/T 测速的过程中需要用到通道0和1，其硬件结构图如图3 所示。
通道1中的TCNT_1是一个上/下计数器，它的时钟源是从编码器过来的PGA 和PGB 信号，其相位相差90度，通过脉冲沿检测电路TCNT_1可以记下PGA 和PGB 信号的脉冲沿数，图2给出了TCNT_1和编码器信号之间的关系，因为同时检测PGA 和PGB 信号的上升沿和下降沿，所以TCNT_1频率是PGA 和PGB 信号频率的4倍。
通道0中的TCNT_0是一个向上计数器，TGRB_0是TCNT_0的捕获计数器，它被用来记录速度采样周期T 。
MT法速度测量方法误差评估
2，理论计数，特指绝对误差最大时的值。 3，未经过验证，有错误，谢谢指出。
ü T 法：
Ø 设定时器单位为 T，采用到编码器 X 脉冲时,定时器计数个数为:
B=X*(1/((N/60) *P))/T=60*X/(N*P*T) Ø 误差评估：E = 1/(B-1) = (N*P*T)/(60*X-(N*P*T)) <= Ec,推出：
N <= (60*X/(P*T))*(Ec/(Ec+1)) < (60*X/(P*T))
M/T 法速度测量方法误差评估
21674460@ 2011-12-22
1、 目前常用的速度测量方法有如下：
ü M 法：
v(k) = (x(k) – x(k-1))/T = △X/T ----- 固定 T △X 存在计数绝对误差±1。 设固定测量时间内脉冲数为 A,则理论计数（实际计数）有可能为 A±1： 测量速度：
Ø 误差评估：E = ±1/A = 60/(N*P*T) <= Ec, 推出：
N >= 60/(P*T*Ec)
Ø QEI 寄存器溢出评估：令 QEI 计数位数 S,余量为 M 个数。 A = N*P*T/60 <= 2^(S-1)-M，推出： N <= (2^(S-1)-M)*60/(P*T)
综上：转速 N(rpm) ∈ [60/(P*T*Ec), (2^(S-1)-M)*60/(P*T)]
设定时器单位为 T，采用到编码器 X 脉冲时，定时器计数个数为 B。则理论计数 个数有可能为 B±1。 测量速度：
Vt = X/(B*T)
实际速度：
Vo = X/((B±1)*T),
电力拖动自动控制系统（名词解释）
电力拖动自动控制系统（名词解释）一、名词解释：1.G-M系统（旋转变流机组）：由交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁If即改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n，这样的调速系统简称G-M系统，国际上统称Ward-Leonard系统。
2.V-M 系统（晶闸管-电动机调速系统）：通过调解器触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，即可改变平均整流电压Ud，从而实现评平滑调速，这样的系统叫V-M系统。
3. （SPWM）：按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波雨期望波的争先等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（SPWM）。
4.（旋转编码器的测速方法）M法测速——在一定时间Tc内测取旋转编码器输出的脉冲个数M1,用以计算这段时间内的平均转速，称作M法测速。
T法测速——在编码器两个相邻输出脉冲间隔时间内，，用一个计数器对已知频率为f0的高频时钟脉冲进行计数，并由此来计算转速，称作T法测速。
M/T法测速——既检测Tc时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测用一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。
5.无刷电动机：磁极仍为永磁材料，但输出方波电流，气隙磁场呈梯形波分布，这样就更接近于直流电动机，但没有电刷，故称无刷电动机（梯形波永磁同步电动机）。
6.DTC（直接转矩控制系统）：它是利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，是既矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
7.恒Eg/f1=C控制：对于三相异步电动机，要保持气隙磁通不变，当频率从额定值向下调节时，必须同时降低气隙磁通在在定子每相中感应电动势的有效值Eg，使Eg/f1=恒定值，像这样的控制方法叫恒Eg/f1=C控制。
（譬如，对于异步电动机，如果在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服钉子阻抗压降以后，能维持Eg/f1为恒值，这种控制方法叫Eg/f1=C控制。
转速测量
电机转速测试原理及方法1.转速测量原理数字测速法按照其原理可分为三大类：一类是用单位时间内测得的物体旋转角度来计算速度，例如在单位时间内，累计转速传感器发出的个脉冲，即为该单位时间内的速度。
这种以测量频率来实现测速的方法，称为测频法，即M 法；另一类是在给定的角位移距离内，通过测量转过这一角位移的时间来实现测速，称为测周法，即T 法。
例如转过给定的角位移△θ，传感器便发出一个电脉冲周期，以晶振产生的标准脉冲来度量这一周期时间，经换算便可得转速。
以上两种方法的优缺点是M 法一般用于高速测量，转速过低时，测量误差较大，同时检测装置对转速的分辨能力也较差；而T 法则一般用于低速测量，速度越低，测量精度越高，在高速时误差较大。
结合以上二种方法的优点，可得到第三种测速方法——M/T 测速法。
“M/T 法”综合了“M 法”和“T 法”的优点。
如图所示：在上图中列出了3种常用的基于光电编码器测速法原理图，假定时钟频率为s f ,光电编码器在前轮每转一周产生脉冲数为P 。
1M 和2M 从分别是对在相同时间内编码器脉冲和时钟脉冲进行计数的计数值。
5647666666666555555d fddd2.下面介绍几种编码器测速方法（1）“M 法”测速通过测量一段固定时间间隔内的编码器脉冲数来计算转速。
如图所示；设在固定时间T 内测得的编码器脉冲数为1M ，则用1M 除以T(即T M 1)得到单位时间内编码器产生的脉冲数，用它再除以P ，则得到的1M /(T ×P)表示单位时间内前轮转动的周数，最后再乘以60(s)就得到前轮每分钟转动的周数，从而实现计算转速的目的。
用公式表示为PT M 160n =根据以上分析，可知这种测速方法的准确性主要由1M 决定，并且在转速较高时也1M 较大，其相对误差较小，故适合于高速场合测试。
(2)“T 法”测速通过测量编码器两个相邻脉冲的时间间隔来计算转速，则用2M 除以f 得到1个编码脉冲所占用的时间，其倒数(即:2f M )为单位时间内编码器产生的脉冲数，与“M 法”测速类似，即得转速计算公式2f 60n PM =这种测速方法的准确性主要由2M 决定，并且在转速较低时，1个编码器脉冲持续时间较长，2M 从也相对较大，其相对误差较小，故适合于低速场合。
m法测速和t法测速的原理
m法测速和t法测速的原理引言：测速是指通过各种手段和设备来测量物体的速度。
在科学研究、工程技术和日常生活中，测速是一项非常重要的任务。
本文将介绍两种常见的测速方法：m法测速和t法测速。
一、m法测速的原理m法测速是一种基于位移和时间差的测速方法。
它的原理是通过测量物体的位移和运动时间来计算物体的平均速度。
具体步骤如下：1. 首先需要选择一个参考点，作为测速的起点。
2. 当物体经过参考点时，开始计时。
3. 当物体到达终点时，停止计时。
4. 根据物体的位移和运动时间，计算出物体的平均速度。
m法测速的关键在于准确测量物体的位移和运动时间。
为了提高测量的准确性，可以使用一些辅助设备，如光电门、雷达测速仪等。
这些设备可以自动记录物体经过的时间和位置，从而避免人为误差。
二、t法测速的原理t法测速是一种基于时间和加速度的测速方法。
它的原理是通过测量物体的加速度和运动时间来计算物体的速度。
具体步骤如下：1. 首先需要测量物体的加速度。
可以通过实验或使用传感器等设备来获取物体的加速度数据。
2. 在物体运动过程中，记录物体的加速度和时间。
3. 根据物体的加速度和运动时间，计算出物体的速度。
t法测速的关键在于准确测量物体的加速度和运动时间。
为了提高测量的准确性，可以使用高精度的传感器和计时设备。
同时，还需要注意物体的运动过程中是否存在加速度变化的情况，以及是否需要考虑其他因素对测量结果的影响。
比较与结论：m法测速和t法测速都是常见的测速方法，各有优劣。
m法测速适用于物体运动速度较低且稳定的情况，如测量行人的速度。
它的优点是简单易操作，不需要复杂的设备和技术。
然而，m法测速的准确性受限于位移和时间测量的误差，对于高速运动的物体可能不够精确。
t法测速适用于物体运动速度较高或加速度变化较大的情况，如测量车辆的速度。
它的优点是可以考虑加速度对速度的影响，更加准确。
然而，t法测速需要测量物体的加速度，这可能需要使用更复杂的设备和技术，并且对测量时间的要求较高。
无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析
在无刷直流电机双闭环调速系统中，双闭环分别是指速度闭环和电流闭环。对于 PWM 的无刷直流电机控制来说，无论是转速的变化还是由于负载的弯化引起的电枢电流的变化， 可控量输出最终只有一个，那就是都必须通过改变 PWM 的占空比才能实现，因此其速度环和 电流环必然为一个串级的系统，其中将速度环做为外环，电流环做为内环。调节过程如下所 述：由给定速度减去反馈速度得到一个转速误差，此转速误差经过 PID 调节器，输出一个值 给电流环做给定电流，再由给定电流减去反馈电流得到一个电流误差，此电流误差经过 PID 调节器，输出一个值就是占空比。
在绝大部分的控制系统中，采样周期等同于控制周期，一般不做区分，即在同一个周期 内采样一次反馈值进行一次 PID 运算之后调整一次被控量。从理论上来讲采样周期和控制周 期尽量的缩短一些，这样可以及时的调整输出。实际上要看被控对象的反应速度，和滞后时 间，因为不同的被控对象千差万别。
采样周期（即反馈值多长时间进行一次采样或捕捉）： 选取采样周期时，有下面几个因素可供参考： 1、采样周期应远小于对象的扰动周期。 2、采样周期应比对象的时间常数小得多，否则所采样得到的值无法反映瞬间变化的过程值。 3、考虑执行机构的响应速度。如果采用的执行器的响应速度较慢，那么盲目的要求过短的 采样周期将失去意义。 4、对象所要求的调节品质。在计算机速度允许的情况下，采样周期短，调节品质好。 5、性能价格比。从控制性能来考虑，希望采样周期短。但计算机运算速度，以及 A/D 和 D/A 的转换速度要相应地提高，会导致计算机的费用增加。 6、计算机所承担的工作量。如果控制的回路较多，计算量又特别大，则采样要加长；反之， 可以将采样周期缩短。
在双闭环调速系统中，输入参数有三个，分别为给定速度和反馈速度以及反馈电流，其 中给定速度由用户指定，一般指定为旋转速度(RPM 转/分钟)或直线速度(m/s 米/秒)。而反 馈速度和反馈电流则需要由传感器来获取，下面来讲一下在无刷直流电机控制系统中，反馈 速度和反馈电流的获取。
自动控制系统复习题(填空判断)
一、名词解释1.V—M 系统晶闸管-电动机调速系统2.调速范围电动机提供的最高转速与最低转速之比3.静差率负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速的比4.ASR转速调节器5.ACR电流调节器6.测速方法的分辨率衡量一种测速方法对被测转速变化的分辨能力7.PWM脉冲宽度调制8.SPWM正弦波脉宽调制9.SVPWM电压空间矢量PWM10.矢量控制通过矢量变换得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机控制交流电机。
11.直接转矩控制利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩12.双馈调速系统功率既可以从转子馈入又可以馈出的系统称作双馈调速系统。
13.伺服系统精确地跟踪或复现某个给定过程的控制系统，也可称作随动系统。
二、判断题1.弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。
（×）2.采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M 法适用于测高速，T 法适用于测低速。
（√）3.只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。
（√）4.直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。
（√）5.静差率和机械特性硬度是一回事。
（×）6.带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。
（×）7.电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压Uc的大小并非仅取决于速度给定Un* 的大小（√）8.双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
（×）9.逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（×）10.可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（√）11.双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。
（×）12.与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
（×）13.α =β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√）14.电压闭环相当于电流变化率闭环。
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编码器的测速原理：M/T法
大家都比较清楚在闭环伺服系统中，编码器的反馈脉冲个数和系统所走位置的多少成正比，但对于怎样通过编码器所反馈的脉冲个数来求得电机的旋转速度了解的人就不是很多了。
根据脉冲计数来测量转速的方法有以下三种：（1）在规定时间内测量所产生的脉冲个数来获得被测速度，称为M法测速；（2）测量相邻两个脉冲的时间来测量速度，称为T法测速；（3）同时测量检测时间和在此时间内脉冲发生器发出的脉冲个数来测量速度，称为M/T 法测速。
以上三中测速方法中，M法适合于测量较高的速度，能获得较高分辨率；T法适合于测量较低的速度，这时能获得较高的分辨率；而M/T法则无论高速低速都适合测量。
以下只对T法测速进行详细介绍。
T法测速的原理是用一已知频率fc（此频率一般都比较高）的时钟脉冲向一计数器发送脉冲，计数器的起停由码盘反馈的相邻两个脉冲来控制，原理图见图1。
若计数器读数为m1，则电机每分钟转速为nM=60fc/Pm1(r/min)
图1 T法测速原理
其中P为码盘一圈发出的脉冲个数即码盘线数，m1为
相邻两个脉冲间高频脉冲个数。
测速分辨率：当对应转速由n1变为n2时则分辨率Q的定义为Q=n2-n1，Q值越小说明测量装置对转速变化越敏感即分辨率越高。
因此可以得到T法测速的分辨率为
Q=60fc/Pm1-60fc/P（m1+1）= n2M P/（60fc+ nMP）
由上式可见随着转速nM的降低，Q值越小，即T法测速在低速时有较高的分辨率。
MT法测速之定量分析
速度测量是工控系统中最基本的需求之一，最常用的是用数字脉冲测量某根轴的转速，再根据机械比、直径换算成线速度。
脉冲测速最典型的方法有测频率(M法)和测周期(T法)。
定性分析：
M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。
速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。
如要降低测量的速度下限，可以提高编码器线数或加大测量的单位时间，使用一次采集的脉冲数尽可能多。
T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期，从而得到频率。
因存在半个时间单位的问题，可能会有1个时间单位的误差。
速度较高时，测得的周期较小，误差所占的比例变大，所以T法宜测量低速。
如要增加速度测量的上限，可以减小编码器的脉冲数，或使用更小更精确的计时单位，使一次测量的时间值尽可能大。
M法、T法各且优劣和适应范围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小，所以往往候M法、T法都无法胜任全速度范围内的测量。
因此产生了M法、T法结合的M/T 测速法：低速时测周期、高速时测频率。
定量分析：
M/T 法中的“低速”、“高速”如何确定呢？
假定能接受的误差范围为1%、M法测得脉冲数为f, T 法测得时间为t 。
M法：2/f <= 1% ==> f >= 200
即一次测量的最小脉冲数为200，设此频率对应的速度为V1
T法：( 1/(t-1) - 1/t ) / (1/t) <= 1% ==> t >= 101
即一次测量的时间为101 个单位，设此周期对应的速度为V2
若计时单位为mS，则t>= 101mS
这只是理论精度，实际应用还要考虑脉冲信号采集的延迟，软件处理所需花费的时间。
若V1 < V2，则M/T 法能满足全范围内的速度测量。
一个系统设计之前，就需要详细的计算，使V1<V2或尽可能接近。
不能光凭经验估算确定高低速、传动比、编码线数。
然后很不幸，很多现有系统中会出现V1 > V2，就会出现(V2, V1) 这一段速度无论M 法还是T 法都无法覆盖的情况，一个缓解的办法就是在(V2，V1)段同时使用M法和T法测量，然后取平均值，但要解决好M/T测量的同步问题。