基于FPGA的电机转速高精度测量技术研究.pdfVIP

学兔兔 酱 恼 基于FPGA的电机转速高精度测量技术研究 Designofmotorspeedm easurementsystem based on FPGA 梁学修’，陈 志 ，赵 博’ LIANG Xue．xiu 。CHENZhi。ZHAOBo。 (1_中国农业机械化科学研究院土壤-植物-机器系统技术国家重点实验室，北京 100083： 2．中国机械工业集团有限公司，北京 100080) 一一 摘 要：通过研究高精度频率测量的方法和原理，对使用增量式光电编码器的电机转速进Cr~,Jl速计算， 设计了基于FPGA为核心的测速系统，通过简单的计算完成了对电机转速高精度的测量。此方 法消除了被测信号土1的计数误差。试验研究表明：此方法简单有效，实现了电饥转速的准确 测量。 关键词；等精度测频；FPGA；转速检测 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009—0184(2015)12(上)一0050—03 Ooi：10．3969／j．issn．1009-0134．2015．23．13 0 引言 速，其测频方法采用等精度测频方法，此方法是在直接 近年来，随着现代工业技术的快速发展，在航空、 测频方法的基础上发展起来的。它的闸门时间T不是固 工业、机械制造领域等的高精度运动控制系统越来越 定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同 多，对控制精度要求越来越高，而转速测量的方法对整 步 ，因此，消除了对被测信号计数所产生 ±1的误差 ， 个控制系统的稳态误差和动态响应性能有至关重要的作 并且达到了在整个测试频段的等精度测量 5【】。其测频原 用，其速度分辨能力的高低是实现高精度、大范围速度 理时序 图如图l所示。 测量的重要因素n】。故实现对电机转速的高精度测量技 术是十分重要的。 光电脉冲编码器凭借其在价格和性能方面的优势一 直是转速检测的主要器件，本文通过比较分析几种常用 编码器脉冲检测的方法[2~4】，在原有方法的基础上采用 了一种高精度转速检测的方法，即等精度测频法，该方 法利用二个计数器分别计算标准信号的脉冲个数与实测 信号的脉冲个数，最后 由公式进行换算。此方法的优势 是，不用再进行多个频段的转换，如果标准频率高，测 量的精度也是会相应提高。将此方法用硬件描述语言在 FPGA上实现，由于FPGA器件具有 门时延小、电路稳定 a：预置门限：b：同步后门限；c：被测频率信号：d：标准时钟 及 良好的时序特性，可方便的对编码器脉冲进行精确计 数，为后续的转速计算提供保障，可以提高整个测速范 图1测频原理时序图 围内的检测精度和动态响应性能。 通过测频时序图可看到，在检测过程中，计数器同 1 测速原理及误差分析 时对被测信号和标准时钟进行计数。在预置门限信号到 来时，此时计数器不开始计数，只有等到被测信号上升 1．1测速原理 沿到来，计数器开始计数。之后预置门限关闭，如被测