编码器计数原理与电机测速原理——多图解析

只看该作者 · 2023-8-26 17:02

如下图，方波为编码器某一通道输出的脉冲。

当转速较高时，每个统计时间 T0内的计数值较大，可以得到较准确的转速测量值。

当转速较低时，每个统计时间 T0内的计数值较小，由于统计时间的起始位置与编码器脉冲的上升沿不一定对应，当统计时间的起始位置不同时，会有一个脉冲的误差（只统计上升沿时，最多会有1个脉冲误差，统计上升沿和下降沿时，最多会有2个脉冲的误差）。

只看该作者 · 2023-8-26 17:02

通过倍频提高单位时间测得的脉冲数可以改善M 法在低速测量的准确性（比如原本捕获到的脉冲 M0只有4 个，经过4 倍频后，相同电机状态 M0变成了16 个），但也不能从根本上改变低速时的测量问题。

只看该作者 · 2023-8-26 17:02

T法测速
又叫做周期测量法。这种方法是建立一个已知频率的高频脉冲并对其计数。T法适合测量低速。

假设：

编码器单圈总脉冲数为C（常数）

高频脉冲的频率为 F0（固定值，单位Hz）

捕获到编码器相邻两个脉冲的间隔时间为 TE，其间的计数值为 M1（测量值）

只看该作者 · 2023-8-26 17:02

则：转速n 的计算公式为：

如何理解这个公式：

1/ TE，即1s内有多少个编码器脉冲，再除以一圈的脉冲数C，即1s内转了多少圈

F0即1s内的高频脉冲数除以两编码器脉冲间的高频脉冲数，也即1s内有多少个编码器脉冲，再除以一圈的脉冲数C，即1s内转了多少圈

只看该作者 · 2023-8-26 17:03

例如：高频脉冲的周期是1ms，即频率 F0为1000Hz，在编码器的两个脉冲之间，产生的高频脉冲数 M1为50个（即两个编码器脉冲的间隔 TE为0.05s），编码器一圈的脉冲数C为20，则转速 n = 1000 / ( 50 ∗ 20 ) = 1 n=1000/(50*20)=1 n=1000/(50∗20)=1圈每秒。

只看该作者 · 2023-8-26 17:03

由于C 和 F0是常数，所以转速n 跟 M1成反比。这就使得：

1、在高速时，编码器脉冲间隔时间 TE很小，使得测量周期内的高频脉冲计数值 M1也变得很少，导致测量误差变大

2、在低转速时， TE足够大，测量周期内的 M1也足够多，所以T法和M法刚好相反，更适合测量低速。

3、如下图，黑色方波为编码器某一通道输出的脉冲，黄色方波为高频测量脉冲。

4、当转速较低时，高频测量脉冲数 M1较大，可以得到较准确的转速测量值。

只看该作者 · 2023-8-26 17:04

当转速较高时，编码器两脉冲间的时间间隔变短，导致高频测量脉冲数 M1较小，由于高频脉冲的上升沿位置与编码器脉冲的上升沿不一定对应，当两波的上升沿位置不同时，会有一个脉冲的误差。

只看该作者 · 2023-8-26 17:04

只看该作者 · 2023-8-26 17:04

M/T法测速
这种方法综合了M 法和T 法各自的优势，既测量编码器脉冲数又测量一定时间内的高频脉冲数。

在一个相对固定的时间内，假设：

编码器脉冲数产生 M0个（测量值）

计数一个已知频率为 F0（固定值，单位Hz）的高频脉冲，计数值为 M1（测量值），计算速度值

码器单圈总脉冲数为C（常数）

只看该作者 · 2023-8-26 17:04

则转速n 的计算公式为：在这里插入图片描述例如：在一个相对固定的时间内，编码器脉冲数 M0为3个；高频脉冲的周期是1ms，即频率 F0为1000Hz，产生的高频脉冲数 M1为150个；编码器一圈的脉冲数C为20，则转速 n = 1000 ∗ 3 / ( 150 ∗ 20 ) = 1 n=10003/(15020)=1 n=1000∗3/(150∗20)=1圈每秒。

只看该作者 · 2023-8-26 17:04

由于M/T 法公式中的 F0 和C 是常数，所以转速n 就只受 M0和 M1的影响。

1、高速时， M0增大， M1减小，相当于M 法

2、低速时， M1增大， M0减小，相当于T 法。

只看该作者 · 2023-8-26 17:04

冲数 M=0为3个；高频脉冲的周期是1ms，即频率 F0 为1000Hz，产生的高频脉冲数 M1为150个；编码器一圈的脉冲数C为20，则转速 n = 1000 ∗ 3 / ( 150 ∗ 20 ) = 1 n=10003/(15020)=1 n=1000∗3/(150∗20)=1圈每秒。

由于M/T 法公式中的 F0和C 是常数，所以转速n 就只受 M0和 M1的影响。

1、高速时， M0增大， M1减小，相当于M 法

2、低速时， M1增大， M0减小，相当于T 法。