光电测速设置设计(一)
绪论 概述 从电机学的知识，我们知道：电动机的作用是将输入的电能转换为相应的机械能输出。在实际的工业生产中，由于大多数生产机械都是靠电动机的转动来带动的，同时由于电动机输出机械能的大小与转速的大小密切相关，因此，对电机转速的测定在自动控制系统中是非常重要的。 在实际的工业生产中，随着生产机械负载的开展，对电动机的控制将提出日益复杂的要求。如要求平稳起动、恒速或变速运动、瞬时制动、自动反向等，要使电机能适应上述各种各样的要求，就必须要有一套相应的自动控制系统来对它加以控制。而在这样的自动控制系统中，对电机转速加以测试的设备是必备的，而且对电机转速的测试精度直接影响到控制的效果是否能到达要求的精度。这就要求我们能设计出一套精确的测试装置来对转速加以测定。 由于旋转物体的转速是难以直接检测的，因此一般不采用直接的方法加以测定，而是通过各种各样的变换器，将转速变换成其它物理量，如机械量、电量等，然后再用模拟和数字的方法将其显示出来，按其显示方法的不同，转速变换器大致分为模拟式和数字式两种。完整的转速检测器通常由转速变换器，辅助线路和输出装置组成：其中变换器的作 用是把敏感固定元件和转动元件之间的能量变化，变换成与转速成正比的电信号;辅助线路包括鼓励电源、放大器、检测器等等。模拟式的变换器中，输出信号的大小是转速的函数，要求在整个有效速度范围内是线性的；而数字式的变换器中，输出信号频率同转速成正比。 电机转速测试技术的国内、外开展现状 在目前，国内外广泛使用的交直流电气传动速度控制的调速系统中，用于检测转速的传感器装置可分为两类：一类是输出为数字量(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、感应式传感器、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、容式和祸流式转速检测器等。所以转速的测量方法也就分为数字测速和模拟测速两种，现针对上述各种测速装置及方法简单分述如下。 常用的数字测速方法 在闭环伺服控制系统中，根据脉冲计数来测量转速的方法有：M法、T法，以及后来开展的M/T法、变MT/法等。而高速、高精度、连续测量方法是近期在开展变M/T法根底上逐渐开展起来的。各种方法有其各自的优点及其具体的适用范围，现简述如下。 常用的测速方法有三种：M法、T法和M/T法[3，9]。 M法测速(又叫定时测角法)：即在规定的时间间隔内，测量所产生的脉冲数来获得被测速度值，这种方法称为M法测速。设脉冲发生器每转一圈发出的脉冲数为P，且在规定的时间（s）内，测得得脉冲数为，如图1-1所示，那么电机每分钟转数由式（1-1）给出 （1-1） 光电感应器
图1-1 M法测速原理 M法测速的技术指标有： 分辨率：M法的测速分辨率如式（1-2）所示 （1-2） 由上式可见，Q值与转速无关，即计数值变化1，在何转速下所对应的转速值增量均等。当电动机转速很小时，在规定时间内只有少数几个脉冲，甚至只有一个或者不到一个脉冲，那么测出的速度就不准确了。欲提高分辨率，可改用较大P值的.脉冲发生器(即增加光电转盘的透光孔或刻线密度)，或增加检测时间。 测量精度：此方法虽然检测时间一定，但检测的起始时间具有随机性，因此测量过程在极端情况下会产生士1个转速脉冲的检测误差，那么相对误差为。当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时，才有较高的测量精度。即随着转速增加，即增大，相对误差会减小，说明M法适用于高速测量场合。 检测时间：由式(1-2)可得式（1-3） （1-3）式中——规定的测量时间。 在保持一定分辨率的情况下，缩短检测时间的唯一方法是改用P值大(转盘刻线密度大或透光孔多)的光电脉冲发生器。 T法测速(又叫定角测时法)：即测量相邻两个脉冲的时间间隔来确定被测速度的方法。用一频率为的高频时钟脉冲向一计数器发送脉冲数，此计数器由测速脉冲的两个相邻脉冲控制其起始和终止。假设计数器的读数为（如图1-2所示），那么电机每分钟的转数由式（1-4）表示 （1-4） 式中——时钟脉冲频率； ——计数器对时钟脉
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