当被测对象的速度稳定,且Cm个反馈脉冲所经历的时间恰好等于采样周期时,CtO=f0T,此时高精度数字测速算法的相对误差为恒定值,与被测速度和反馈脉冲分辨率无关,即
然而多数情况下被测对象的速度都不能满足上述关系,Ct会在一个有限的范围内发生变化。Ct变大时,相对误差εv减小;Ct变小时,相对误差εv扩大;但是无论如何Ct都不会小于Ct0的50%,因此高精度数字测速算法在整个测速范围内的相对误差不会大于2εv0
分析式(1)可知,计数值Cm正比于被测速度,当反馈脉冲建个大于一个采样周期时,会造成Cm= 0及测速值为。因此,Cm的最小有效值等于1,也就是说Cm =1对应着高精度数字测速算法的测速下限Vmin;另一方面,Cm的最大有效值对应着被测速度的最大值。于是高精度测速算法的测速范围D恰好等于Cm的最大有效值和最小有效值之比;另外考虑到大多数情况下Ct≈f0T ,因而可以推到出以下式:
分析式(3)(4)(5)可以得到有关参数对高精度数字测速算法性能的影响,见表1
可见,反馈脉冲分辨率和采样周期的改变都可以影响高精度数字测速算法的测速范围和测速下限,但是提高反馈分辨率就意味着增加的成本,而延长采样周期就等于降低速度反馈环节的响应特性。
为解决上述矛盾,一方面,可以保持高速段和长速段的采样频率不变,以保证较高的速度环频特性;另一方面,根据低速段速度的具体情况,有限地自动倍增低速段的有效采样周期,一伙的更宽的测速范围和更平稳的低速性能。这一措施的采用有效地提高了高精度数字测速算法的性能,同时又兼顾了反馈环节的成本。因此,高精度数字测速算法可以依靠有限的反馈分辨率来保证和提高速度反馈环节的 、频响测速范围以及低速平稳性。
由增量式光栅编码器测量被测对象位置信息的传统方法是将反馈脉冲的个数累加起来作为位置信息。但是用这种方法获取的位置信息的分辨率取决与反馈信号的脉冲当量,就是说,测得的位置信息只能是反馈脉冲当量的整数倍,因而限制了这种方法的精度。
分析增量式光栅编码器反馈脉冲信号在时间和空间两个方面的意义和联系可知,在空间上,反馈脉冲信号是对被测对象所处量化位置区间的反应;在时间上,则是对被测对象到达人意量化位置区间的发生时刻的反应。也就是说,利用增量式光栅编码器的反馈脉冲信号既可以测量被测对象在确定的时间到达了什么位置,也可以测量被测对象到达确定位置时的准确时间。因而增量式光栅编码器的反馈脉冲信号具有对被测对象的运动状态进行动态连续测本文来自辣^文~论-文.网定采样点Tn之间必然存在一个不确定的时间差△Tn。正式这个是检查中包含着比一个脉冲当量的量化位置分辨率更为精确的位置信息,因此高精度动态位置检测算法的关键就是获取和处理这一时间差△Tn,并从中获得高精度的动态位置信息。
与高精度数字测速算法类似的是,高精度动态位置检测算法不仅关注已经发生的反馈脉冲的数量,也关注反馈脉冲的发生时刻,因此其软硬件原理也基本类似,部分软硬件功能可以共用。再图1所示的高精度数字测速算法中改进的M/T法测速逻辑电路的基础上,再增加一个由定周期采样信号T触发的高频时标计数值锁存器CT(图中阴影所示部分),就构成了高精度动态位置检测算法的硬件基础。高精度动态位置检测算法的时序同样可以参考图2,图中的阴影部分表示由定周期采样信号T触发的高频时标计数值的锁存值 。
高精度动态位置检测算法以定周期T采样技术序列Ct(n)和 ,然后将通过相应的处理获得当前有效采样周期采样点Tn和实际采样点之间的计数差 与时间差△Tn毕业论文http://www.751com.cn
另外,从高精度数字测速算法中可以得到当前实际采样间隔内的反馈脉冲数增量值Cm以及被测对象的平均速度Vn;由Vn和△Tn相乘就可以计算出时间差△Tn中所包含的高精度动态位置信息,因此当前有效采样周期内的增量式高精度动态位置信息可以由式(7)所示的高精度动态位置检测算法得出:
其中vn-1和△Tn-1为上一有效采样周期的测量结果,且v0=0和△T0= 0。高精度动态位置检测算法得到的位置信息Pn由整数和分数vn△Tn-vn-1Tn-1 两部分组成,其中分数部分vn△Tn。可进一步整理为
可见高频时标脉冲频率f0确定时vn△Tn只受vn和的影响。式中:vn是被测对象的速度, 是
当前有效采样周期的定周期采样点和实际采样点之间高频时标脉冲的计数差,其最小有效值等于1。因此,vn△Tn所表达的动态位置信息的分辨率可以表示为:
其中fPn是与被测对象速度相对应的反馈脉冲频率。由此可见,高精度动态位置检测算法的测量分辨率与高频时标脉冲的频率成反比,与被测对象的速度成正比