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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整量化单位与不带符号位的字长的关系…............
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中国科学院研究生院硕士学位论文
are
discussed in detail,the methods of measuring speed based
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on
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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。
电力拖动自动控制系统—运动控制系统(一)期末试卷A卷答案
第 1 页 ( 共 5 页 )—|!注：教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等；学生应使用水笔或圆珠笔答题。
第 2 页 ( 共 5 页 )。
》\ ）二．分析及问答（51%）1．（共11分）桥式可逆PWM变换器-电动机系统具有电流容易连续、谐波少等优点。
（1）在如图坐标系中画出桥式可逆PWM变换器供电的开环直流调速系统工作在一般电动状态下的瞬时电压、平均电压、瞬态电流、反电动势波形，其中变换器采用双极式控制，占空比ρ=；（6分）（2）)（3）导出电机电枢电压平均值Ud与Us之间的关系，如何实现电机的正反转说明如何实现电机的正反转；（2分）（4）写出直流桥式可逆PWM变换器的近似传递函数，说明它与相控整流器数学模型的本质区别。
（3分）2．（共15分）在V-M开环直流调速系统、转速单闭环有静差直流调速系统和转速单闭环无静差直流调速系统中，突减负载后又进入稳定运行时，三种系统的转速、电枢电流、整流装置输出的电压将如何变化，并简单说明原因。
答：在V-M开环系统中，突减负载后又进入稳定运行时，电机转速上升，电枢电流降低，整流装置输出电压不变（3分）。
因为是开环系统，整流装置输出电压受控制电压决定，控制电压不变，输出电压也不变，但减载后转速上升，电枢电流减小，以便与负载平衡。
（2分）@电机电枢电压平均值Ud=（2ρ-1）U S（1分）当ρ大于1/2时，Ud〉0，电机两端平均电压为正，电机正转，当ρ小于1/2时，Ud〈0，电机两端平均电压为负，电机反转。
（1分）()1sssKW sT s≈+（2分），与相控整流器的本质区别是时间常数更小。
（1分）—第 3 页 ( 共 5 页 )）…; ) ，（3分）ⅡⅢntI dI dLIVt3t2t1t4tt4．（共10分）转速反馈采用增量式旋转编码器，已知其每转脉冲数Z＝1024，采样周期TC = 秒，计算机高频时钟脉冲频率f0 = 1[MHz]，转速单位采用[转/分]，如采用M/T法测速：1.请画出M/T法测速原理示意图(应包含编码器输出脉冲、时钟脉冲与采样脉冲波形关系) ，并说明其测速原理。
MT法数字测速
TF2 = 0;//软件清除中断标志
M1 = 0;//如果经历了60多ms才中断，也就是说没有收到脉冲
//我将定时器设置为60多ms溢出
//表明电机已经停止转动，M1.x直接清零
Count = -1;//清计数标志
}
}
M/T法数字测速
旋转设备测量转速，一般需要首先产生频率与转速成正比的脉冲信号，然后测量脉冲信号的频率，进而计算出实际转速。这样，测量转速就有三种方式：
1、M法：在单位时间内对脉冲个数进行计数，然后换算成转速值的方式
2、T法：对单个脉冲的周期进行测量，然后换算成转速值的方式
3、M/T：结合上述两种方式，测量若干个脉冲的周期的和，然后换算成转速值的方式
{
static xdata int8 Count=-1;
if(EXF2)
{
EXF2=0;//软件清除中断标志
Count++;//旋转编码器脉冲计数
if( Count == 0 )
T2 = T2 - RCAP2;
//下面这一段是MT法的关键。其出口条件就是MT法的条件
else if( Count >= MAX_PULSE_COUNT || RCAP2H > MAX_TIME_COUNT )
//使用T法测速，M1为捕捉到的脉冲数，M2为两个脉冲之间的高频脉冲数
//在本程序中，该脉冲是计数器T3的计数脉冲，即系统时钟11.0592MHz
static xdata uint8 M1; //旋转编码器脉冲计数
static xdata uint16 M2, Speed; //高频脉冲计数，速度
void Timer2_Interrupt(void)
当然，上述方式各有优缺点，适合在不同的场合使用。我个人比较喜欢第三种。
编码器常用测速方法
编码器常用测速方法对于电机的转速测量，可以将增量式编码器安装在电机上，用编码器的轴连接电机的轴，然后用控制器对编码器进行计数，最后通过特定的方法计算出电机的转速。
常用的编码器测速方法有三种：M法、T法和MT法。
•M法：又叫做频率测量法。
这种方法是在一个固定的计时周期内，统计这段时间的编码器脉冲数，从而计算速度值。
设编码器单圈总脉冲数为C，在时间T0内，统计到的编码器脉冲数为M0，则转速n的计算公式为：n = M0/(C*T0)。
M法是通过测量固定时间内的脉冲数来求出速度的。
假设编码器转过一圈需要100个脉冲（C=100），在100毫秒内测得产生了20个脉冲，则说明在1秒内将产生200个脉冲，对应的圈数就是200/100=2圈，也就是说转速为2圈/秒。
通过公式计算n = 20/(100*0.1)=2。
与前边分析的结果一致。
也可以这样理解，转过了M0/C=20/100=0.2圈，用时0.1秒，那么1秒将转0.2*10=2圈。
M法在高速测量时可以获得较好的测量精度和平稳性。
但是如果转速很低，低到每个T0内只有少数几个脉冲，则此时计算出的速度误差就比较大，且很不稳定（因为开始测量和结束测量的时刻最多会引入2个脉冲的误差）。
使用编码器倍频技术，可以改善M法在低速测量时的准确性。
增大计数周期，即增大T0，也可以改善M法在低速测量时的准确性。
以上两种方法本质都是增大一个计数周期内的脉冲数，从而减小2个脉冲误差的占比。
•T法：又叫做周期测量法。
这种方法是建立一个已知频率的高频脉冲并对其计数，计数时间由捕获到的编码器相邻两个脉冲的时间间隔Te决定，计数值为M1。
设编码器单圈总脉冲数为C，高频脉冲的频率为F0，则转速n的计算公式为：n = 1/(C*Te) = F0/(C*M1)。
Te= M1/F0。
T法是利用一个已知脉冲来测量编码器两个脉冲之间的时间来计算出速度的。
假设编码器转过一圈需要100个脉冲（C=100），则1个脉冲间隔为1/100圈，用时为Te（假设为20毫秒），那么1圈用时就是100*20/1000=2秒，也就是说转速为0.5圈/秒。
光电编码器测量电机转速的方法
光电编码器测量电机转速的方法光电编码器测量电机转速的方法可以利用定时器/计数器配合光电编码器的输出脉冲信号来测量电机的转速。
具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。
一、M法又称之为测频法，其测速原理是在规定的检测时间Tc内，对光电编码器输出的脉冲信号计数的测速方法，例如光电编码器是N线的，则每旋转一周可以有4N个脉冲，因为两路脉冲的上升沿与下降沿正好使编码器信号4倍频。
现在假设检测时间是Tc，计数器的记录的脉冲数是M1，在实际的测量中，时间Tc内的脉冲个数不一定正好是整数，而且存在最大半个脉冲的误差。
如果要求测量的误差小于规定的范围，比如说是小于百分之一，那么M1就应该大于50。
在一定的转速下要增大检测脉冲数M1以减小误差，可以增大检测时间Tc单考虑到实际的应用检测时间很短，例如伺服系统中的测量速度用于反馈控制，一般应在0.01秒以下。
由此可见，减小测量误差的方法是采用高线数的光电编码器。
M法测速适用于测量高转速，因为对于给定的光电编码器线数N机测量时间Tc条件下，转速越高，计数脉冲M1越大，误差也就越小。
二、T法也称之为测周法，该测速方法是在一个脉冲周期内对时钟信号脉冲进行计数的方法。
为了减小误差，希望尽可能记录较多的脉冲数，因此T法测速适用于低速运行的场合。
但转速太低，一个编码器输出脉冲的时间太长，时钟脉冲数会超过计数器最大计数值而产生溢出;另外，时间太长也会影响控制的快速性。
与M法测速一样，选用线数较多的光电编码器可以提高对电机转速测量的快速性与精度。
三、M/T法M/T法测速是将M法和T法两种方法结合在一起使用，在一定的时间范围内，同时对光电编码器输出的脉冲个数M1和M2进行计数。
实际工作时，在固定的Tc时间内对光电编码器的脉冲计数，在第一个光电编码器上升沿定时器开始定时，同时开始记录光电编码器和时钟脉冲数，定时器定时Tc时间到，对光电编码器的脉冲停止计数，而在下一个光电编码器的上升沿到来时刻，时钟脉冲才停止记录。
运控问题答案
1、 直流电动机有哪几种调速方法，各有何特点？P7调节电枢供电电压；无级平滑调速、调速范围大减弱励磁磁通；无级平滑调速、调速范围小改变电枢回路电阻：有级调速2、 试写出调速范围和静差率的定义式，并推出两者之间的关系。
P21调速范围⏹ 生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比称为调速范围，用字母D 表示，即 ⏹ n max 和n min 是电动机在额定负载时的最高和最低转速， ⏹ 对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的最高和最低转速。
静差率s⏹ 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比： ⏹ 用百分数表示⏹ 对于同一个调速系统，Δn N 值是定值。
⏹ 要求s 值越小时，系统能够允许的调速范围D 也越小。
⏹ 一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。
3、 试给出开环和转速闭环的转速降表达式，并说明为何闭环的调速范围大于开环？P30在同样的负载扰动下， 开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落⏹ 如果电动机的最高转速都是n N ，最低速静差率都是s ，可得 开环时，闭环时， ⏹ 得到K 为闭环的开环放大系数，K>0，故闭环的调速范围大于开环。
4、 转速闭环无静差调速系统中，哪些干扰可以有效抑制，哪些不能有效抑制？为什么？P31Φ-=e C IR U n min maxn n D =0n n s N ∆=%1000⨯∆=n n s N )1(s n s n D N N -∆=e d op C RI n =∆)1(K C RI n e d cl +=∆)1(s n s n D op N op -∆=)1(s n s n D cl N cl -∆=op cl D K D )1(+=被反馈环所包围的前向通道的扰动可以有效抑制，而反馈通道上的干扰不能有效抑制。
负载变化、交流电源电压的波动（使Ks 变化）、电动机励磁的变化（使Ce 变化）、放大器输出电压的漂移（使Kp 变化）、由温升引起主电路电阻R 的增大等，这些干扰都会影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。
M法与T法在编码器测速方面的区别和频率问题
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。
MT法测速解读
摘要在控制领域中,经常需要进行各种角度、位移量的测量。
当前，世界上正面临着一场新的技术革命，这场革命的重要基础之一就是测量技术。
测量技术的发展给人类社会和国民经济的各个部门及各个领域带来了巨大的、广泛的、深刻的变化，带动着传统工业和其他新兴产业的更新和变革，是当今人类社会发展的强大动力。
本设计为码盘转速测量系统，用来测量来自外部的不同的转速值。
实现转速的实时测量，显示。
具体应用AT89C51单片机为核心，旋转编码器实时轴转速测量，同时用LCD显示模块显示。
本文从转速测量原理入手，详细阐述了转速测量系统的工作过程，以及硬件电路的设计、显示效果。
本文吸收了硬件软件化的思想，实现了题目要求的功能。
关键词：转速测量，旋转编码器，单片机，LCD显示模块AbstractIn the control field, a variety of angles and displacement measurements often need to be carried out. At present, the world is facing a new technological revolution; one of the most important bases of the revolution is measurement. The development of measurement technology brings extensive，tremendous and profound changes to human society and all sectors of the national economy, changes the traditional industries and other emerging industries, becomes today's strongest driving force for development of human society .The encoder speed measurement system is designed to measure a different speed from the outside values，to achieve real-time speed measurement and display. Specific application use AT80C51 microcontroller as its core, rotary encoder measures real-time shaft speed, in both 8 serial Segment type LCD display module display. In this paper, detailed working process of speed measurement system is started with principle of speed measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality.Key words:rotational speed measurement, rotary encoder, microcontroller, LCD display module目录前言 (1)第1章总体设计 (2)1.1转速测量系统的方法 (2)1.1.1 测频法“M法” (2)1.1.2 测周期法“T法” (3)1.1.3 测频测周法“M/T法” (4)1.1.4 转速测量系统中应用的方法 (5)1.2转速测量系统的总体框图 (5)第2章硬件设计 (6)2.1 旋转编码器 (6)2.1.1 增量式编码器 (6)2.1.2 绝对值编码器 (6)2.2 最小系统的设计 (7)2.2.1复位电路 (7)2.2.2 晶振电路 (7)2.3 1602简介 (8)2.3.1 1602的控制原理 (8)2.3.2 1602的基本的读写时序图 (9)第3章软件设计 (11)3.1 主程序初始化 (11)3.2序流程 (11)3.3中断程序流程图 (13)第4章结果仿真 (14)结论 (15)辞谢 (16)主要参考文献 (17)附录 (18)前言在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。
运动控制-M法T法测速单片机程序设计.
M法、T法测速单片机程序设计摘要本设计为M法、T法测速的单片机程序设计。
使用STC89C52单片机作为控制器，使用该单片机的外部中断和定时器对编码器的输出的脉冲进行采样来计算出电机的转速。
可以使用按键输入来调整M法、T法测速法中Z、Tc和Tt等参数以及测速方法的选择，以此来增强本设计的适应性。
参数选择结果和电机转速计算结果均显示在LCD1602上。
关键字：STC89C52，M法、T法测速，LCD1602，电机转速0 / 30ⅠAbstractThis design as m, t-law velocity measurement of single-chip computer programming. Using STC89C52 single-chip computer as the controller, using the microcontroller's external interrupts and timers for encoder output pulse is sampled to calculate the speed of the motor. Can be adjusted using touchtone m, t law Velocimetry parameters such as z, Tt and Tc, as well as in speed measurement method of choice, as a way to enhance the adaptability of this design. Parameter selection and calculation of motor speed results are available on LCD1602.Keywords：STC89C52,M、T method, the LCD1602, Motor speedⅡ目录第1章绪论 01.1 旋转编码器 01.2 数字测速的精度指标 (1)1.2.1 分辨率 (1)1.2.2 测速误差率 (2)1.3 M法测速 (2)1.4 T法测速 (3)第2章硬件系统设计 (4)2.1 STC89C52介绍 (5)2.2硬件电路 (6)2.3.1时钟电路 (7)2.3.2 显示电路 (7)2.3.3 速度检测电路 (8)2.3.4 按键输入电路 (9)第3章系统软件设计 (9)3.1 主程序设计 (9)3.1 M法测速程序设计 (10)3.2 T法测速程序设计 (11)总结 (13)参考文献 (14)Ⅲ附录A 系统原理图 (15)附录B 主要C语言源程序 (16)Ⅲ第1章绪论1.1旋转编码器旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。
等精度法测频测量原理M法
等精度法测频一、 测量原理M 法、T 法的测量精度不仅取决于基准时间和计数器的计数误差，还取决于频率的高低，频率不同则精度不一样，M 法在高频段的准确度相对较高，T 法在低频段的准确度较高．M／T 法(等精度测量法)则在整个测试频段的精度一样，闸门信号是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，因此大大减少了误差，但由于只与被测信号同步，而不与标准时钟同步，因此还是存在着±1计数误差．其测频原理图如图1所示，误差计算为'00000||||11100%x x x f f M f M M t f σ-∆=⨯=≤= 式中：x f 是被测信号频率真实值，'x f 是被测信号频率测量值，0t 为闸门时间，0f 为标准时钟频率。
由上式可知，误差与闸门时间和标准时钟频率有关，闸门时间越长，标准时钟频率越高，误差越小。
由于用等精度测频法时所采取的标准时钟频率比较高(10MHz 以上)，因此±1计数误差相对很小。
二、 基于FPGA 的实现采用FPGA 设计，主要产生如下时序： StartClrTclkLockFclk其中，Start 作为闸门信号，Clr 是清零信号，Tclk 是被测信号，Lock 是锁存信号，Fclk 是标准频率信号。
当检测到Start 为高时，测量开始。
开始后Tclk 的第一个周期将Clr 和Lock 置高，将两个计数器全部清零。
当下一个Tclk 上升沿来临时将Clr 置低，同时开启两个计数器，开始计数。
待检测到Start 为低时，在Tclk 的下一个上升沿停止计数，将结果锁存，得到N t 和N 0，则可换算出被测信号的频率为:00t t N f f N = 测量电路如下：仿真时，clk1周期为20ns，频率为50M；clk2周期为203ns，频率为4.92611M。
当gate取值为50us时仿真结果波形如下，计算得测量的频率为4.92620M，误差为0.00009MHz.当gate取值为100us时仿真结果波形如下,计算得测量频率为4.92606M，误差为0.00005MHz。
《运动控制系统》吴贵文(习题参考答案)
《运动控制系统》习题参考答案1-1 简述运动控制系统的类型及其优缺点。
答：运动控制系统主要有三种类型：液压传动系统、气压传动系统和电气传动系统，它们各自优缺点如下：液压传动具有如下优点：1）能方便地实现无级调速，调速范围大。
2）运动传递平稳、均匀。
3）易于获得很大的力和力矩。
4）单位功率的体积小，重量轻，结构紧凑，反映灵敏。
5）易于实现自动化。
6）易于实现过载保护，工作可靠。
7）自动润滑，元件寿命长。
8）液压元件易于实现通用化、标准化、系列化、便于设计制造和推广使用。
但也有一系列缺点：1）由于液压传动的工作介质是液压油，所以无法避免会有泄漏，效率降低，污染环境。
2）温度对液压系统的工作性能影响较大。
3）传动效率低。
4）空气的混入会引起工作不良。
5）为了防止泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件的制造精度要求高，使成本增加。
6）液压设备故障原因不易查找。
气压传动的优点是：1）气动装置结构简单、轻便，安装维护简单；压力等级低，故使用安全。
2）工作介质是空气，取之不尽、用之不竭，又不花钱。
排气处理简单，不污染环境，成本低。
3）输出力及工作速度的调节非常容易，气缸工作速度快。
4）可靠性高，使用寿命长。
5）利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气；可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应；可实现缓冲，对冲击负载和过负载有较强的适应能力。
在一定条件下，可使气动装置有自保护能力。
6）全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。
与液压方式比较，气动方式可在高温场合使用。
7）由于空气流动压力损失小，压缩空气可集中供气，较远距离输送。
气压传动的缺点是：1）由于空气具有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化影响。
2）气缸在低速运动时，由于摩擦力占推力的比例比较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。
3）虽然在许多应用场合气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。
电气传动系统具有控制方便、体积紧凑、噪声小、节能、容易实现自动化、智能化、网络化等优点，不过其控制线路复杂，对软硬件要求较高，维修较困难。
运控简答
1. 直流电动机有哪几种调速方法，各有何特点？（1）调节电枢供电电压U ，在一定范围内无级平滑调速的系统，以调节电枢供电电压的方式最好。
（2）减弱励磁磁通∮，减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案在额定转速以上作小范围的弱磁升速。
（3）改变电枢回路电阻R ，改变电阻只能有级调速。
2. 试写出调速范围和静差率的定义式，并推出两者之间的关系。
调速范围minmax n n D =，式中min max n n 一般都指电动机在额定负载时的最高和最低转速； 静差率0n n s N ∆=，式中N n ∆是指当系统在某一转速运行时负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，0n 是指理想空载转速； 由N N N n n n n n s ∆+∆=∆=min min 0和min min max n n n n D N ==可知)1(s n s n D N N -∆=，对于同一个调速系统，N n ∆值一定，如果要求静差率s 值越小，系统能够允许的调速范围也越小。
3. 试给出开环和转速闭环的转速降的表达式，并证明为何闭环的调速范围大于开环？在同样负载扰动下，开环系统转速降落ed op C RI n =∆，闭环系统转速降落)1(K C RI ne d cl +=∆，它们的关系是Kn n op cl +∆=∆1，即存在cl n ∆<op n ∆，当最高转速N n 相同，静差率s 一定时，有开环)1(s n s n D op N op -∆=，闭环)1(s n s n D cl N cl -∆=，因此cl D >op D ，即闭环调速范围大于开环。
4. 转速闭环无静差调速系统中，哪些干扰可以有效抑制，哪些不可有效抑制？为什么？ 可以有效抑制：交流电源电压的波动（），电动机励磁的变化（），放大器输出电压的漂移（），由温升引起主电路电阻R 的增大。
因为影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。
转速以及误差
基于PLC的异步电机变频控制系统的分析一组组长：张慧一、异步电机控制的原理框图如下所示：通过传感器测量所得的信号送入PLC，与设定值进行比较，经PID 控制算法得到控制规律，将其送入变频器，通过变频器来完成电机的控制。
二、转速测量转速的测量通过旋转编码器完成。
每个电机尾端安装一个编码器，将从电机上采到的信号反馈回PLC，组成一个速度闭环。
PLC 需要将传感器来的信号转换成转速，测转速主要有以下几种方法：1、M法测量转速M法测转速指旋转编码器每转可以产生N个脉冲信号，在给定的时间△T内，读取的脉冲个数m，可以直接得出电机转速，当时间固定时，通过统计盘脉冲个数，可以得出转子旋转过的角度，再除以时间即可得转子转速。
2、T法测量转速计时法是以一个高频信号f作为基准，传感器每周产生N个脉冲信号，测量两个相邻码盘脉冲个数。
当盘脉冲间隔固定时，通过统计时钟脉冲个数，可以得出转子旋转过一个盘脉冲间隔所花的时间，由盘脉冲间隔除以时间即可得转子转速。
3、M/T法测量转速M／T法测量转速的方法是综合了上面两种方法而成的。
3种方法中，M法在低速时分辨率不高，T法在高速时分辨率低，M／T法与速度几乎无关。
从精度角度而言，也是M／T法误差小，精度高。
但在低速时为保证结果的准确性，该方法需要较长的检测时间，这样就无法满足转速检测系统的快速动念响应指标。
利用上述的方法，编写相应的PLC程序，即可实现对转速的测量。
测量的转速与设定转速比较可以得到测量误差。
三、PID控制1、比例积分微分调节(PID 调节)PID （比例 - 积分 - 微分）控制器作为最早实用化的控制器已有 50 多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID 控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
比例调节作用是指按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的振荡。
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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。