电力传动系统状态量的检测

2.1 转速检测 2.1.2模拟式传感器检测转速
测速发电机的原理电路及特性
a)直流
b)交流
2.1 转速检测 2.1.2模拟式传感器检测转速
为实现微机对转速的检测，需对测速机输出的模拟电压 Ua进行变换，下图为采用直流测速机的变换电路。图中， 电位器RP1用来改变前置放大器A1的输出电压，经A2与二极 管组成的绝对值放大器获得标准模拟电压Ud，电压比较器C 作为电压Ua的极性鉴别器，其输出UD的高低电平用作被测转 轴旋转方向的判向信号。
2.1 转速检测 2.1.2模拟式传感器检测转速
测速机输出电压变换电路
2.1 转速检测
2.1.2模拟式传感器检测转速
上图中模拟电压的Ud 要能被微机检测可采用两
种转换器，其一是电压频率变换器（VFC),其二是 模拟/数字(A/D)转换器。分述如下：
2.1.2 模拟式传感器检测转速
2.1.2.1测速发电机－电压频率变换器（VFC)测速 电压频率变换器(VFC)是一种把模拟输入电压变
1 mP
100 %
由于M法在低速时的相对分辨率和检测精度都 较差，适合较高转速的测量。
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.2脉冲周期（T）法测速
T法测速检测原理图 T法测速电路原理图
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.2脉冲周期（T）法测速
脉冲周期法测速一般称为 T 法测速。它是通过测量一个P 脉冲的周期 TP 的大小，并根据一个 P 脉冲对应的转角 P 来计 算转速的一种测速方法。上图示出了 T 法的测速原理。利用频 率已知的高频计数脉冲fc ，交替检测fc 在Q Q、 高电平持 续期即P 脉冲周期TP 内的脉冲数来获得TP 的测量值。当P 值选定后，对应的 P 便为定值，测得的 P 脉冲的周期值不同，
一个P脉冲上升沿到来时止所经历的时间，即T Tg T
。T值不再只是一个P脉冲的周期Tp。转速检测
量为
n 60 fcmP (r / min)
Pmc
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.3脉冲数/脉冲周期(M/T）法测速
M/T法测速检测原理图 M/ T法测速电路原理图
2.1.1脉冲式传感器检测转速
1)
n mc 1
2.测速精度
rn %
%
Rn n
P
%
1 100 % mc 1 1 100
mc 1
%（
P
%制造误差）
3.检测时间 T 60 (s)
nP
T法在高速时的相对分辨率和检测精度都较差，适合较 低转速的测量。
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.3脉冲数/脉冲周期(M/T）法测速
从上述M法和T法测速的特点可看出，这两种测速法的测 速范围都受限。M法测速是在一定时间内通过测量P脉冲数来 检测转速，因此，低速段因计数值 mP 减小，相对分辨率 rn % 增大，测速误差也增大。转速下降到 mP 1 时，误差达100 ％，转速低到 mP 1 时，测速装置便不能正常工作；T法测速 则是通过测量一个P脉冲的周期来检测转速，因此，高速段因 计数值 mc 减小，分辨率 Rn 增大。转速过高时，检测时间很 短，不利于计算机对数据的处理。此外，由于是测量单个P脉 冲的周期，其测速误差主要由脉冲发生器制造误差决定，使 测速精度低．综合这两种测速法的长处，可采用M／T法测速。 M／T测速法能在宽的被测转速范围内得到高的分辨能力和满 意的测速精度且检测时间变化不大，这是目前普遍应用的一 种测速方法。
2.1.2.2测速发电机－A/D转换器测速
大规模集成A／D转换器易于与微机相接， 是微机检测模拟量时普遍使用的接口芯片。随 着大规模集成电路的发展，目前已生产出各式 各样的A／D转换器。下面简要介绍A／D转换器 的主要技术指标及用于转速检测的有关问题。
2.1.2 模拟式传感器检测转速
2.1.2.2测速发电机－A/D转换器测速 由微机利用测速机、模拟电压变换电路及 A/D转换接口芯片组成的测速装置进行转速检 测时，原理如图。
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.1脉冲数（M）法测速
M法测速检测原理图 M法测速电路原理图
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.1脉冲数（M）法测速
在一确定的时间间隔 T 内，由微机对脉冲 发生器发出的 P 脉冲进行计数，利用 P 脉冲的 计数值 mP ，根据式(2—1)和式(2—2)即可得 到转速测量值的计算式。在相同的检测时间内，mP 值不同，转速测量值也就不同。因此，一般称这 种方法为M法。M法测速的转速测量值：
2.1 转速检测
2.1.1脉冲式传感器检测转速
脉冲式传感器测速装置的基本组成部分，包括一个脉冲发生器和一个由微
机接口芯片等元件构成的检测变换与控制电路。脉冲发生器与被测转轴硬性联接， 转轴每旋转一周脉冲发生器输出一固定的脉冲数，因而其输出脉冲的频率与转速成
正比。设脉冲发生器每转的脉冲数为 P ，则一个 P 脉冲对应的转角
2.1.1.4 转向判别电路
在可逆传动系统中测量转速时，还需要判别转 动的方向。为获得转向判别信号送微机识别，可选 用具有两相正交输出信号的脉冲式传感器。如国产 LEC型增量式光电脉冲发生器，有A、B、Z三相输 出信号。A和B两相信号每转的输出脉冲数相同， 即P值相等，但两者在相位上错开了四分之一周期。 利用A、B信号不仅可获转向信号还可获倍频的P脉 冲。Z相信号又称为零位信号，每转仅输出一个窄 脉冲，在要求定位的场合可使用这一信号。
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.3脉冲数/脉冲周期(M/T）法测 速
M/T法测速是通过测量检测时间T和在此
时间内脉冲发生器发出的P脉冲个数mP，来确 定被测转速，其测速原理如下图所示。与M法
不同，M／T法测量的是完整的P脉冲数，与T
法的区别是，M／T法的检测时间T是从P脉冲
上升沿开始到规定时间间隔 Tg 结束以后的第
换成脉冲信号输出的变换器，其输出脉冲的频率f 正比于输入电压Ud。VFC的传输特性如下：
其输出脉冲的频率f正比于输入电压Ud，正比 于测速发电机的转速n
2.1.2 模拟式传感器检测转速
2.1.2.1测速发电机－电压频率变换器（VFC)测速
经光电耦合器送微机接口的 VFC的输出脉冲电路
2.1.2 模拟式传感器检测转速
第二章 电气传动系统状态量的检测
2.1 转速检测
由微机和转速传感器组成的测速装置，应考虑以下三个主 要性能指标：
1.分辨率 微机进行转速检测时，其测量计数值改变一个 字所对应的被测转速变化量，称为测速装置的分辨率。因而， 分辨率的大小可表征测速装置对被测转速变化的分辨能力的 强 变弱一。个设 字被，测则转测速速由装置n2的变分为辨n率1 时为，刚好引起测量计数值改
n
显然 % 小，测速精度高，系统的控制精度才可能高。 % 的大小不仅决定于包括传感器在内的测速元件的精度，还 与测速方法和测速分辨率有关。
第二章 电气传动系统状态量的检测
2.1 转速检测
3．检测时间 测速装置的检测时间是指两次转速采样之间 的时间间隔。检测时间的长短直接影响传动系统速度环的调 控周期，因而对系统的控制性能影响很大。检测时间愈短， 对系统控制性能的改善越有利。所以，检测时间也是检测装 置的一个重要指标。
《电气传动计算机控制》
第二章 电气传动系统状态量的检测
2.1 转速检测 2.1.1 脉冲式传感器检测转速 2.1.2 模拟式传感器检测转速
2.2 位置检测 2.2.1 角位移检测 2.2.2 直线位移检测
2.3 电流和电压检测
第二章 电气传动系统状态量的检测
前言
在电气传动系统中都或多或少地需要检测一些状态 量，以获得反馈信息或工况监测信息。这些状态量有电 量也有非电量，需经相应的传感器及其变换电路，以获 取并变成典型的模拟式或脉冲式电量信号，由微机检测 和处理。它们或者作为控制系统的反馈信号，或者作为 工况和故障监测信号。状态量的检测是微机控制电气传 动装置的基本组成环节，直接关系到系统的控制性。常 用的状态量包括转速、角位移、直线位移以及电流、电 压等，以下分别讨论它们的微机检测方法。
2.1.1.3脉冲数/脉冲周期(M/T）法测速
1.分辨率
Rn
60 fc mP Pmc (mc 1)
rn %
Rn n
1 100 % mc 1
2.测速精度
% P % 1 100 %
mP mc 1
（ P %制造误差）
3.检测时间
Tm a x
60 P Rn
60 Pnm in
(s)
Hale Waihona Puke 2.1.1脉冲式传感器检测转速
为了衡量测速装置对不同转速的分辨能力，可用相对分 辨率描述。设 n 代表转速的实际测量值， rn % 代表测速 装置的相对分辨率，则
rn %
Rn n
100%
2.测量精度 测量精度是指测速装置对实际转速测量的精确
程度。它可用测速装置的测量误差值 n 与实际测量值 n 之
比表示，即测速精度
% n 100%
对应的转速也就不同。 设脉冲发生器每转脉冲数为P，对 的计fc 数值为 ，mC则可得 T法测速的转速测量值：
n 60 fc (r / min) Pmc
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.2脉冲数（T）法测速
1.分辨率
Rn
60 fc P(mc 1)
60 fc P mc
60 fc Pmc (mc
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.4 转向判别电路
2.1.1脉冲式传感器检测转速
正转运行各点波形
反转运行各点波形
2.1 转速检测
2.1.2模拟式传感器检测转速
用测速发电机测量转速是长期以来一直使用的简便方法。 在原理上，交流测速发电机感应电势的频率和电压与转速 成正比，使用时需要整流、滤波，因而不能反映旋转方向； 直流测速发电机的输出电压和转速成正比，电压的极性能 反映旋转方向。它们的输出信号都是模拟电压，属模拟式 传感器，其原理电路及特性见下图。图中，K为测速发电机 的电压常数。测速发电机运行可靠、价格便宜、采用永磁 励磁结构不需附加电源，但其输出电压存在脉动、死区、 对称性和线性度误差以及受温度影响等问题，测量精度不 高，因而多用在对控制精度要求不高的传动系统中。
2.1.2 模拟式传感器检测转速
2.1.2.2测速发电机－A/D转换器测速
1.分辨率
Rn
nm a x 2N 1
(r
/
min)
nmax 是最高转速，N 是A/D转换器位数。
2.测速精度 测速发电机—A／D转换器测速的精度，除决定于 这两个元件本身的精度外，还与测速机输出电压变换电路的误差 有关。由于引起这些误差的因素较多，与脉冲式测速法相比，其 测速精度不高。这也是测速机常用在对控制性能要求不高的传动 系统中的原因。 3.检测时间 测速发电机—A／D转换器测速的检测时间，包括A ／D转换器的转换时间、微机执行A／D转换程序及转向判别、转 速测量值运算程序等所经历的时间。与脉冲式传感器测速相比， 所需检测时间不长，对系统转速环调控周期影响不大。所测转速 为A／D转换时刻对应的转速瞬时值。
第二章 电气传动系统状态量的检测
2.1 转速检测
在电气传动速度控制的调速系统中，必须进行转速 检测以实现转速反馈控制。用于检测转速的传感器可 分为两类：一类是输出为脉冲量的传感器，一般称为 增量式脉冲发生器，包括光电式脉冲发生器、磁电式 脉冲发生器、圆光栅传感器、旋转式感应同步器等； 另一类是输出为模拟电压量的模拟式传感器，即传统 的测速发电机。
P
2
P
(2-1)
若在时间 T (s)内测得转轴的旋转角度为 ，则转速测量值 n 的一般计算式为
n / 2 60(r / min)
T
(2-2)
由此可见，原则上有测量一定时间内的脉冲数和测量脉冲周期两种测速方法。
由这两种基本方法还可派生出多种测速方法，它们所测得的转速均是检测时间内的 平均转速。下面介绍三种测速方法。
Rn n2 n1 Rn 值愈小，说明测速装置反映转速的变化愈敏感，即测 速 度装控置制的 精分度辨关能系力甚愈大强。。分显辨然能，力R强n ，的即R大n 小与 值传小动，系系统统的的速控 制精度才有可能高。因此，分辨率是测速装置的一个重要指 标。
第二章 电气传动系统状态量的检测
2.1 转速检测
n 2mP / P 60 60mP (r / min)
2T
PT
2.1.1脉冲式传感器检测转速
2.1.1.1脉冲数（M）法测速
1.分辨率
Rn
60(mP 1) 60mP
PT
PT
60 PT
2.测速精度 3.检测时间
% Rn 1 100 %
n mP
T 60 (s) PRn
rn %
Rn n