本实用新型涉及一种伺服电机的测速方法及测 速装置， 具体说是 一种伺服电机低速运行时的速度测量方法及装 置。 背景技术

伺服电机低速运行情况是伺服驱动器性能指标 之一， 低速时电机 的速度数据是衡量伺服驱动器性能的重要信息 。低速时伺服电机的速 度波动大， 噪声信号相对于有效信息比例大； 目前的测速装置是通过 检测电机轴上安装的编码器脉冲信号来获取电 机的速度数据，这种方 法没有独立于伺服电机， 容易对测试对象造成干扰， 或者受到测试对 象的干扰；并且目前的测试装置没有针对伺服 电机的低速数据进行处 理， 不利于分析伺服电机的低速运行性能。

现有的电机测速装置在测量伺服低速性能时有 以下缺点： 不能独 立于测试对象； 没有对电机速度信息进行针对低速特性的处理 ； 无法 直观方便地分析伺服电机低速运行性能。 发明内容

本发明所要解决的问题， 在于克服现有技术存在的缺陷， 提出了 一种伺服电机低速运行时的测速方法及装置， 能够独立、 有效、 方便 地分析伺服电机的低速性能。 对伺服电机的驱动装置伺服驱动器的 PG (Pulse Generator ) 分频脉冲进行检测， 避免了测速装置与测试 对象的相互影响； 数字信号处理器中计算出电机速度后， 采用针对低 速特性的处理方法对速度数据进行筛选， 选择出有效的信息； 采样多 组数据， 计算多组速度最大值、 最小值、 平均值、 速度波动并求取平 均； 通过上位机软件实现实时绘图、 读取速度性能指标功能， 直观显 示电机运行情况， 方便分析。

本发明伺服电机低速运行时的测速方法，其解 决技术问题实现发 明目的的基本思路是： 通过上位机软件设置测速装置的参数； 测速装 置接收伺服驱动器的 PG分频脉冲， 使用可编程逻辑控制器对分频脉 冲计数，数字信号处理器从可编程逻辑控制器 读取脉冲计数和时间计 数，采用频率周期法（M/T法）测量电机运行过 程中的多组速度数据， 对速度数据进行处理后通过串口传输到上位机 进行显示。本发明方法 实现发明目的的具体步骤如下：

步骤 A1 : 用上位机软件通过串口通讯设置测量参数： 数据传输 速率、校验方式、每组数据采样次数、采样间 隔时间、采样数据组数、 电机每转脉冲数， 转速测量分辨率； 然后， 通过上位机软件发出测速 指令；

步骤 A2 : 用脉冲滤波器对伺服驱动器的 PG分频正交脉冲进行施 密特整形， 整形后采用低通滤波滤除高频信号， 再对滤波之后的正交 脉冲进行施密特整形；

步骤 A3 : 用可编程逻辑控制器对经过滤波整形处理的正 交脉冲 信号进行倍频计数， 得到脉冲计数信息； 同时对时间进行计数得到时 间计数信息；

步骤 A4 : 用数字信号处理器定时从可编程逻辑控制器中 读取脉 冲计数值和时间计数值， 采用 M/T法计算电机转速， 存储在数字信号 处理器的外部存储器中；

步骤 A5 : 测速完成后， 数字信号处理器对测量数据进行处理， 求取最大值、 最小值、 转速波动、 平均值；

步骤 A6 : 上位机软件通过串口通讯读取相关转速信息， 并绘出 对应的转速图形。

所述的数字信号处理器对测量数据处理， 过程如下所述： 采集多组数据， 每组数据采集多个数据点进行分析；

平均速度： 全部速度累加除以次数；

速度数据包含第一高速、 第二高速、 第三高速、 第一低速、 第二 低速、 第三低速；

判断最高最低速度： 如果第一高速超过 5次， 以第一高速为最高 速度， 如果第一高速没有 5次， 第二高速 +第一高速超过 5次， 以第 二高速为最高速度， 否则以第三高速为最高速度； 如果第一低速超过 5次， 以第一低速为最低速度， 如果第一低速没有 5次， 第二低速 + 第一低速超过 5次， 以第二低速为最低速度， 否则以第三低速为最低 速度。

本发明方法， 通过检测伺服驱动器的 PG分频脉冲来判断电机的 转速情况， 独立于伺服驱动器和电机， 能够最大程度减少测速装置对 伺服驱动器和伺服电机的影响。 上位机软件、 数字信号处理器、 可编 程逻辑控制器相结合的系统，通过测速装置中 的可编程逻辑控制器能 够实时检测输入脉冲。通过数字信号处理器计 算电机转速并对转速数 据进行筛选、处理， 以得到更合理的数据。通过存储器存储测速数 据， 供上位机从测速装置中获取。通过上位机软件 进行测速操作， 并对电 机转速信息显示， 方便分析判断。

本发明一种伺服电机低速运行时的测速装置， 包括：脉冲滤波器、 可编程逻辑控制器、 数字信号处理器、 存储器， 其特征是：

所述脉冲滤波器的脉冲接口与伺服驱动器的 PG分频接口连接， PG分频脉冲独立反映电机的位置和转速信息；

脉冲滤波器接收输入脉冲后， 首先对其进行施密特整形， 去除脉 冲传输过程中发生的信号畸变； 对整形后的脉冲进行低通滤波， 滤除 高频干扰信号； 滤波后由于信号沿比较平缓， 因此再次对滤波后的信 号进行施密特整形； 经过整形、 滤波、 再整形后得到理想的脉冲输入 信号，同时保持处理后的信号波形与伺服驱动 输入信号波形电平极性 保持一致。

可编程逻辑控制器接收经过滤波器处理的脉冲 输入信号，通过内 部的寄存器、锁存器、计数器及逻辑单元判断 方向并对脉冲数和时间 进行计数。

数字信号处理器包括速度计算单元、 数据处理单元、 通讯单元。 数字信号处理器通过数据总线和地址总线与可 编程逻辑控制器相连， 从可编程逻辑控制器中读取脉冲计数值和时间 计数值，计算速度并做 数据筛选、处理； 数字信号处理器通过数据总线和地址总线将测 试的 速度数据存储在存储器（外部存储器）中， 通过外部存储器存储批量 数据。

本发明装置使用前，将上位机软件通过串口与 数字信号处理器的 通讯单元连接，根据不同的上位机操作获取伺 服电机不同的速度信息 并显示。所述的上位机软件与数字信号处理器 通讯的协议采用 Modbus 协议， 通过发送不同的命令， 获取上位机所需要的信息并显示。

与现有技术相比， 本发明所带来的有益效果是： 测量装置独立于 测试对象， 与测量对象之间无影响； 针对伺服电机的低速运行特性能 够得到有效的信息；可以将相关速度信息通过 上位机软件进行直观显 示， 有利于分析伺服电机低速运行特性。 附图说明

图 1 是本发明伺服电机低速运行时的测速装置结构 示意图 （框 图）。

图 2是本本发明伺服电机低速运行时的测速方法� �程框图。

图 3 是本发明伺服电机低速运行时的测速装置中数 字信号处理 器的软件流程图。 具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说 明。

实施例 1、

如图 1所示的伺服电机低速运行时的测速装置，包� �有对输入脉 冲进行滤波的滤波器 1， 对滤波后的脉冲进行脉冲计数和时间计数的 可编程逻辑控制器 2 ; 存储速度数据的存储器 7; 采用频率周期法对 速度计算、 处理并与上位机通讯的数字信号处理器 3 ; 对测速装置进 行操作及显示速度数据的上位机软件。其中滤 波器 1的输入端连接伺 服驱动器的 PG分频脉冲输出； 滤波器 1的输出连接可编程逻辑控制 器 2的输入端；可编程逻辑控制器 2与数字信号处理器 3通过数据总 线和地址总线连接；数字信号处理器 3和存储器 7复用数据总线和地 址总线交换数据；上位机软件 8与数字信号处理器 3通过 RS232串口 进行连接。

数字信号处理器 3包括计算电机运行速度的速度计算单元 4， 采 用一定算法对速度进行筛选的数据处理单元 5， 负责与上位机通讯的 通讯单元 6。 其中速度计算单元 4通过数据总线与地址总线从可编程 逻辑控制器 2中读取脉冲计数值和时间计数值，采用频率� �期法计算 速度数据， 并与通讯单元 6交互数据； 速度计算单元 4计算的速度通 过数据总线和地址总线将采集数据存储在存储 器 7中，供通讯传输时 用。数据处理单元 5对速度计算单元 4计算的速度进行筛选， 选取表 征低速性能的数据。通讯单元 6负责传输检测过程中的速度数据、经 过筛选的速度指标以及分解、 传输通讯命令， 实现上位机相关操作。

实施例 2

如图 2所示，使用本实施例 1所述伺服电机低速运行时的测速装 置， 测量伺服电机低速运行时的电机转速的测速步 骤如下：

步骤 A1 : 上位机软件通过串口通讯设置如下参数： 数据传输速 率、 校验方式、 每组数据采样次数、 采样间隔时间、 采样数据组数、 电机每转脉冲数， 转速测量分辨率； 发送测速启动指令。

步骤 A2 : 脉冲滤波器对伺服驱动器的 PG分频正交脉冲施密特整 形， 整形后采取低通滤波滤除高频信号， 再对滤波之后的正交脉冲进 行施密特整形。

步骤 A3 : 可编程逻辑控制器对经过滤波整形处理的正交 脉冲信 号进行倍频计数， 得到脉冲计数信息 （脉冲计数值）； 同时对时间计 数得到时间信息 （时间计数值）。

步骤 A4 : 数字信号处理器定时从可编程逻辑控制器中读 取脉冲 计数值和时间计数值， 采用频率周期 M/T法计算电机转速， 测量的转 速数据存储在数字信号处理器的外部存储器中 。

步骤 A5 : 测速完成后数字信号处理器对测量的速度数据 进行筛 选、 计算， 得到电机速度的最大值、 最小值、 转速波动、 平均值。

步骤 A6 : 上位机软件通过串口通讯， 读取相关转速信息， 绘制 速度图形。

数字信号处理器的软件流程如图 3所示，测速装置上电后经过参 数初始化 Sl、 清除存储器数据 S2， 进入主循环中； 测速装置自带数 码管及键盘， 可以进行一些简单的数据显示及操作， S3 进行数码管 显示及键盘操作的更新； 当上位机发送测速命令进行操作时， 主循环 中判断是否测速完成， 完成后则对采集的多组数据进行数据处理 S4; 当需要发送数据到上位机时， 通过 S5完成相关操作； S6负责将上位 机发送的 Modbus指令进行分解， 得到相关的操作命令字， 执行特定 操作； S7 步骤接收上位机发送到测速装置的数据进行相 应处理； 速 度计算在测速中断中进行， 当中断发生时， S8 从可编程逻辑控制器 中读取脉冲计数值， S9 从可编程逻辑控制器中读取时间计数值， 然 后 S10步骤采用频率周期法计算当前速度，通过步 骤 S1 1将数据存储 到存储器中。

其中数字信号处理器的数据处理单元 5 根据伺服电机低速运行 不平稳特性， 选择有效表征低速性能的数据， 处理方法如下： 通过上 位机软件采集多组数据， 每组数据采集多个数据点进行分析； 平均速 度等于全部速度累加除以次数； 速度数据包含第一高速、 第二高速、 第三高速、 第一低速、 第二低速、 第三低速； 最高最低速度通过以下 方法判断： 第一高速如果超过 5次， 以第一高速为最高速度， 如果第 一高速如果没有 5次， 第二高速 +第一高速超过 5次， 以第二高速为 最高速度， 否则以第三高速为最高速度； 第一低速如果超过 5次， 以 第一低速为最低速度， 如果第一低速如果没有 5次， 第二低速 +第一 低速超过 5次，以第二低速为最低速度，否则以第三低� �为最低速度； 在对多组数据进行以上处理后， 求取速度指标的平均值， 得到最终的 速度最大值、 最小值、 速度波动、 平均值， 反映伺服电机低速运行特 性。

其中上位机软件 8所能够实现的功能如下： 通讯端口设置功能， 设置上位机软件 8 与测速装置之间通讯时的数据传输速率、 校验方 式； 采样参数设置功能， 设置测速装置的采样参数， 包括每组数据采 样次数、 采样间隔时间、 采样数据组数， 电机每转的脉冲数， 转速测 量的分辨率； 实时绘图 （十组数据）功能， 此功能根据采样参数的设 置实时绘制相应组数的速度图形， 完成后停止绘图， 可以通过读取操 作读取选定任意一组的速度图形； 实时绘图功能， 此功能对电机运行 速度进行实时绘图，知道执行停止绘图操作； 读取历史测速数据功能， 此功能读取测量的设定组数的速度性能指标值 ，指标包括每组数据的 最大值、最小值、波动值、平均值， 以及最终的速度最大值、最小值、 波动值、 平均值。 上位机软件操作方便， 方便分析。