1.一種伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其特征在于，包括：
信號預(yù)處理單元，其與光電編碼器相連以接收所述光電編碼器發(fā)出的信號，并輸出對
應(yīng)于所述光電編碼器發(fā)出的所述信號的伺服電機的轉(zhuǎn)角和時間；
數(shù)據(jù)擬合單元，其接收所述信號預(yù)處理單元輸出的所述轉(zhuǎn)角和所述時間，并對所述轉(zhuǎn)
角關(guān)于所述時間進行多項式擬合以獲得所述伺服電機的轉(zhuǎn)速。
2.如權(quán)利要求1所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述信號預(yù)處理單元和所
述數(shù)據(jù)擬合單元皆在FPGA 芯片上構(gòu)造。
3.如權(quán)利要求1或2所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述多項式擬合采
n n-1
用n 階多項式：y ＝f(t) ＝p t +p t +L+p t+p ；其中，y 是所述轉(zhuǎn)
4.如權(quán)利要求3所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述數(shù)據(jù)擬合單元采用最
小二乘法獲得所述n 階多項式的所述參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述光電編碼器是增量式
光電編碼器。
6.如權(quán)利要求5所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述信號預(yù)處理單元對來
自所述光電編碼器的所述信號進行預(yù)處理，所述預(yù)處理包括對所述信號濾波和倍頻。
7.如權(quán)利要求6所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述光電編碼器輸出的所
述信號是差分信號，所述信號預(yù)處理單元通過差分信號轉(zhuǎn)換芯片連接到所述光電編碼器，
所述差分信號轉(zhuǎn)換芯片把所述光電編碼器輸出的所述差分信號轉(zhuǎn)換成單端信號以輸入所
述信號預(yù)處理單元。
8.如權(quán)利要求7所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述數(shù)據(jù)擬合單元進行所
述多項式擬合時，采用動態(tài)擬合點選取方法，所述動態(tài)擬合點選取方法為：
1).如果所述信號預(yù)處理單元在一個伺服周期內(nèi)接收到所述光電編碼器發(fā)出的信號，
則把所述伺服周期內(nèi)距離所述伺服周期的中斷時刻最近的信號作為新擬合點，把對應(yīng)于所
述信號的所述伺服電機的轉(zhuǎn)角和時間作為所述新擬合點的數(shù)據(jù)；
2).所述數(shù)據(jù)擬合單元確認所述新擬合點后，將其與之前的m-1個擬合點的所述數(shù)據(jù)
進行所述多項式擬合，獲得所述n 階多項式的所述參數(shù)，計算所述伺服電機在所述中斷時
刻的轉(zhuǎn)速，所述m 與所述n 的關(guān)系為m ＞n+1 ；
3).如果所述信號預(yù)處理單元在所述伺服電機的一個伺服周期內(nèi)未接收到所述光電編
碼器發(fā)出的信號，則采用所述數(shù)據(jù)擬合單元對所述伺服周期的上一個伺服周期進行所述多
項式擬合得到的所述n 階多項式的所述參數(shù)，計算所述伺服電機在所述中斷時刻的轉(zhuǎn)速。
9.如權(quán)利要求8所述的伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其中所述n ＝2，所述m ＝7。
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)速檢測模塊，尤其涉及一種用于伺服系統(tǒng)的伺服電機實時轉(zhuǎn)速
檢測模塊。
背景技術(shù)
[0002] 伺服系統(tǒng)(servomechanism) 是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨
輸入目標(biāo)(或給定值) 的任意變化的自動控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代高精度伺服控制系統(tǒng)如數(shù)控機
床、引線鍵合機上，通常采用增量式光電編碼器作為位置傳感器。光電編碼器是一種集光
學(xué)、機械、電子為一體的數(shù)字化角度傳感器，它一般安裝在機械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸上或者通過聯(lián)
軸器與旋轉(zhuǎn)軸連接，通過光電轉(zhuǎn)換，將旋轉(zhuǎn)軸的角度位移量實時轉(zhuǎn)換為數(shù)字化編碼脈沖，并
傳輸給計算機或其它與編碼器相連接的數(shù)字控制設(shè)備，為機電系統(tǒng)的閉環(huán)控制提供位置反
饋信息。不僅如此，在數(shù)字控制系統(tǒng)中，將旋轉(zhuǎn)軸位置信息與時間信息結(jié)合，還可以對伺服
電機的轉(zhuǎn)速進行精確檢測，為速度閉環(huán)控制系統(tǒng)提供速度反饋。
[0003] 在實際應(yīng)用中，由于成本原因，往往只能采用低精度的編碼器作為反饋器件。同
時，微分或差分運算將不可避免地將位置信息中包含的噪聲放大，導(dǎo)致計算出的速度、加速
度嚴重偏離真實值。光電編碼器在制造過程中引起的各種誤差，如刻線不均、偏心等，會在
實際應(yīng)用時，導(dǎo)致控制系統(tǒng)讀取的位置信息以及相應(yīng)記錄的時間信息產(chǎn)生偏差，進而嚴重
影響速度、加速度測量的精度。另一方面，控制系統(tǒng)在進行閉環(huán)運算時，需要獲得的是電機
或旋轉(zhuǎn)軸實時的位置、速度、加速度信息。然而在編碼器實際工作時，電機或旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的
變化會引起輸出的脈沖頻率的相應(yīng)變化，而由數(shù)字系統(tǒng)的采樣周期通常是固定的，再加上
編碼器輸出與數(shù)字系統(tǒng)的采樣不會同步，系統(tǒng)獲得的位置信息就可能會有一定滯后，而通
過微分或差分運算，得到的也將是電機或旋轉(zhuǎn)軸過往某一時刻的轉(zhuǎn)速。這一測量上的滯后，
也會對控制系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不利的影響。
[0004] 常用的轉(zhuǎn)速檢測方法，諸如M法、T法、M/T法直接采用了編碼器反饋的位置信息與
控制系統(tǒng)獲得的時間信息進行差分運算。對于線數(shù)少、誤差大的低精度編碼器，這些方法有
的精度差，有的在不同轉(zhuǎn)速條件下測量效果相差很大，有的測量延時現(xiàn)象嚴重，都難以滿足
高精度伺服控制系統(tǒng)的要求，故而需要設(shè)計合適的轉(zhuǎn)速檢測手段，以減小測量誤差，提高伺
服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測的實時響應(yīng)性能。
[0005] 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，在伺服
系統(tǒng)中實時獲得伺服電機的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。
發(fā)明內(nèi)容
[0006] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種伺服電機的
實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，通過對伺服電機的轉(zhuǎn)角和時間進行多項式擬合，實時計算獲得伺服電
機的轉(zhuǎn)速。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種伺服電機的實時轉(zhuǎn)速檢測模塊，其特征在于，
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