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。

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2.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 1

60n =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:2

f 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。

（3）“M/T ”测速

“M/T 法”是前两种方法的结合，同时测量一定个数编码器脉冲和产生这些脉冲所花时间，由“T 法”说明知

f M 2为产生这几个编码器脉冲所共花的时间，用1M 除以它得到2

1f M M 表示单位时间内编码器产生的脉冲数，由上分析即得转速为2

1f 60PM M 。这个方法将1M 和2M 结合使用，在整个速度范围内有较好的准确性，但对于低速，该方法需要较长检测时间才能保证结果的准确性，无法满足转速检测系统的快速动态响应指标。

（4）一种基于光电编码器的新的测速方法

根据以上分析可知，“M/T 法”综合了“M 法”和“T 法”优点，但低速段动态响应太慢。因此如果能够根据速度情况实时改变“M/T 法”中的1M 的值，随着速度降低减少1M 的值，就可以改善“M/T 法”在低速段测速动态响应慢的问题。由于“M/T 法”的采样周期总是产生1M 个编码器脉冲时间，随着转速增高，编码器脉冲频率变大，采样周期逐渐变小，其相对误差增大了。本文提出的测速方法由于1M 的值可以随速度改变，在高速段增加1M 的值使得采样周期基本不变，因而其相对误差也基本不变在低速段的值可降到，满足系统动态响应要求，但相对误差比“M/T 法”相差很小。

测量过程中计数板卡要分别对编码器脉冲和时钟脉冲进行计数，由测速原理知道两个通道并不是彼此独立的，从其相对误差计算式可以看出对编码器脉冲的计数必须是完全没有误差的，这要求计数周期要与编码器脉冲的上升严格同步，并且要实现“M/T 法”中1M 的值随速度变化而改变，系统的电路采用了两个D 触发器和一些附属电路实现了上述功能。硬件电路如图所示：

2.转速测量分类

转速测量比较简单，根据其工作原理可分为计数式、模拟式和同步式。计数式是用某种方法读出一定时间内的总转数；模拟式是测出瞬时转速引起某种物理量如离心力、电机输出电压变化；同步式是利用己知频率的闪光与旋转体的旋转同步来测试转速。根据转速转换方法不同，测量方法如表所示：

转速测量方法