转速与位置测量方法研究

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1、转速与位置测量方法研究张剑平李培蓉李善奎重庆大学电气工程学院(400044)摘要本文介绍了一种测量转速和旋转位置的新方法。该方法通过侧量一个零位信号和位置信号可同时得到电机的转速及位置信息，克服了传统的测量方法在测低速时的缺陷。关键词转速测量方法一、问愚的提出测速方法很多，比较常见的有用转矩转速传感仪、光电编码器、旋转变压器等进行测速[II。这些方法都是将获得的电信号转换为脉冲信号，通过计算在一定时间内的脉冲数或者获得一定的脉冲数所需的时间米计算转速。该方法在高速时效果是很好的，但在低速时由于获得的脉冲数太少，误差就显著增大，在速度特别低时，甚至测速变得不可能，特别是要检测转动部件的位置就更难

2、了。随着变频技术的发展，大量的交流电动机的调速范围越来越宽，这就迫切要求有一种在高低速下都能有较高精度的测速方法.本文提了解决的方法。二、新型转速、位置传感装置的介绍如图1所示，该传感装置主要由两部分组成:齿轮盘和磁敏电阻传感器r)及‘组成[21-齿轮盘由强导磁材料制成六十齿的齿轮盘(注:图I上作为示意图只画了三个齿〕，各齿形状为余弦形，其中在一个齿的一侧还安装了一个尖铁块。齿轮盘安装在转轴上。磁敏电阻rl及r2安装在定子外壳上，其中r1正对着齿轮盘的齿，而r2正对着尖铁块。调整r!及r2的位置，使r(正对着齿轮盘的一个齿的最顶端时，r2也刚好正对着尖铁块的最尖处。三、侧速原理当齿轮盘旋转时，

3、磁敏电阻传感器r(及r2分别都会感应出各自的信号对于产生的信号处理，可用模拟幅值法或脉宽计数法，现分别叙述如下1)模拟幅值法当齿轮转动时，齿与磁敏电阻传感器间的磁阻值呈余弦变化，磁敏电阻传感器将相应得到余弦变化的电压信号。因此电机旋转时，在rl和r2图1传感装置示意图上将分别感应出周期变化的余弦波和一转出现一次的尖脉冲。由传感器的安装位置确定，当尖脉冲的峰值到来时，rl产生的余弦波信号刚好出现峰值。我们将尖脉冲产生的时刻作为计时的零时刻，此时尖铁块的最尖部正对着r2.令这时尖铁块的最尖处所对位置为转子转动的零角度位置.(见图2)此时rl产生的余弦波可108以用公式f=Acos。(I)央表示。假

4、设经过d时刻，电机转动了n个全齿和一个不完整的齿，那么将得到n个完整的余弦波和一个不完整的余弦波。对这个不完整的波形而言，我们只要测得它的瞬时值fl,即可根据公式I得出角度。1=cos"卫或D1=180。-cos卫(2)RA具体取何值，应将fl值与前一时刻采样值比较，如fl小，则为前值，否则为后值。由于电机转一转为360’，故每转过一个齿，电机空间位置转动6。，而剩下的那个未转完的齿则转动了6X(61=-3600)空间角度，因此，在ti时刻，电机转过距零位置空间角度为dl=60Xn+60X(at令3600)(3)公式3即为电机的位置公式，通过公式3，即可知道电机在任意时刻距离零点转动的角度，为

5、实现电机的位置控制提供了方便。那么在t2时刻电机转过空间角度角度为d2.即可得出电机的角速度-(d2-dl)=(t2-tl)(4)丙经过转换即可求出电机转速fllr1彼形2YF形七图2模拟福值法传感器波形图2)脉宽计数法调整r2的位置使尖脉冲在rl的信号过零点出现，将;1的波形变换为方波，如图3所示。引进一固定频率的脉冲信号图3脉宽计数法波形图假设频率为2kHz.当零位脉冲(r2信号)出现时.开始对rl的方波进行计数，并同时在rl方波内注入外加脉冲并计数.假设在日时刻，电机转动了n个全齿和‘个不完整的齿.那么，将得到n个rl的完整脉冲波和一个不完整的脉冲波。同时，我们还得到rl的这个不完整的脉

6、冲时间内的外加脉冲的数值，假定为m。我们知遁每转动一个齿，电机在空问角109度上转动6’，而在这个未完全的脉冲内，由于知道了外加脉冲的数值，我们只要将这个数值除以在一个完整的rl脉冲周期的计数值(假定为k).那么，就可得到在11时刻电机转动的空间角度为:dl=60X(n+m众)(5)在这里，由于采样频率很高，在相邻的两个rl方波的脉冲周期内对外加脉冲的计数值可以认定是相同的，因此k值可采用上一rl方波周期的计数值。同样我们只要在得到。时刻电机转动的空间角度值d2,就可代入(4)式求得电机的角速度.五、小结摸拟幅值法是较早采用的方法，该方法对齿轮盘的齿形加工精度要求较高，由于是测波形的幅值，对抗

7、干扰措施要求也较高，随着数字技术的发展，现己改用脉宽计数法。该方法对齿轮盘的齿形加工要求不高，只要齿宽一致即可;由于是采取的脉冲计数方式，抗干扰性好.该方法除测速精度高外还能准确测定转动部件的空间位置.参考文献1《电机实验》郑治同机械工业出版社1981版2f妞速发展的磁传感器技术》涂有瑞《传感器技术》1999年第18卷第4期1M转速与位置测量方法研究作者：张剑平，李培蓉，李善奎作者单位：重庆大学电