CN105675029B

CN105675029B - 一种风力发电系统和测速定位装置及方法

Info

Publication number: CN105675029B
Application number: CN201610009037.XA
Authority: CN
Inventors: 易小刚
Original assignee: Sany Heavy Energy Equipment Co Ltd
Current assignee: Sany Renewable Energy Co Ltd
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2036-01-07
Also published as: CN105675029A

Abstract

本发明公开了一种测速定位方法，包括：在码盘上分布有n个齿，其中一个齿的齿间距为A，其它所有的齿的齿间距为B；齿间距A大于齿间距B，齿间距A与齿间距B的比值为R；将检测装置对准码盘的齿；当检测装置对准码盘的齿边缘时，检测装置的电平发生突变产生脉冲信号，触发检测芯片的中断处理模块；中断处理模块实时计算码盘每圈耗时s[x]，比较码盘当前圈耗时s[x]与码盘上一圈耗时s[x‑1]是否在一定误差范围内；认定码盘进入匀速状态；实时计算相邻齿之间的所用时间比值P，当P值大约为R时，此时确定码盘位置为码盘物理零位，实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。本发明减小速度与角度的误差，提高了测速定位精度。

Description

一种风力发电系统和测速定位装置及方法

技术领域

本发明涉及测速定位技术领域，特别涉及一种风力发电系统和测速定位装置及方法。

背景技术

目前，风力发电机多采用正交脉冲式测速定位装置，其原理是：增量式编码器A相、B相分别能输出矩形脉冲信号，这二个信号之间的相位相差90度，根据相位变化来检测旋转方向，根据脉冲数与时间检测速度，计算与零位之间的角度。其成本较高、可靠性差、抗干扰能力不强。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种风力发电系统和测速定位装置及方法，以解决测速定位精度问题。

一方面，本发明提供了一种测速定位方法，包括以下步骤：

步骤1：在码盘上分布有n个齿，其中一个齿的齿间距为A，其它所有的齿的齿间距为B；齿间距A大于齿间距B，齿间距A与齿间距B的比值为R；将检测装置对准码盘的齿；当检测装置对准码盘的齿边缘时，检测装置的电平发生突变产生脉冲信号，触发检测芯片的中断处理模块。

步骤2：中断处理模块实时计算码盘每圈耗时s[x]，s[x]代表码盘第x圈的所用时间。

步骤3：比较码盘当前圈耗时s[x]与码盘上一圈耗时s[x-1]是否在一定误差范围内；当s[x]值与s[x-1]值在一定误差范围内时，认定码盘进入匀速状态，并进入步骤4，否则返回步骤2；

步骤4：当码盘进入匀速状态时，实时计算相邻齿之间的所用时间比值P；

步骤5：比较P与R的差值，当P和R的差值在预定范围时，确定码盘位置为码盘物理零位，进入步骤6，否则返回步骤4；

步骤6：实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。

进一步地，在步骤2中：检测芯片的计时器T连续计时，更新脉冲数M，如果脉冲数M＝n+1时，令计时器T＝c[x][1]＝0和脉冲数M＝1；计算第x圈耗时s[x]，s[x]＝c[x][n+1]-c[x][1]；c[x][n+1]代表第x圈的第n+1齿的时间。

进一步地，在步骤4中：计算c[x][y]代表第x圈的第y齿的时间，y值等于脉冲数M，当P和R的差值在预定范围时，令计时器T＝c[x][1]＝0和脉冲数M＝1。

进一步地，在步骤6中：角度J＝(y-1)×q+(T-c[x][y])×v，其中q＝360÷(n+R-1)，v＝360÷s[x]。

进一步地，齿间距A是齿间距B的2倍，R＝2，q＝360÷(n+1)。

进一步地，当s[x]值与s[x-1]值在5％误差范围内时，认定码盘进入匀速状态；1.95≤p≤2.05。

进一步地，码盘的齿边缘为直角。

另外，本发明还提供了一种测速定位装置，包括机架、检测装置、码盘、检测芯片，检测装置固定在机架，检测装置对准码盘的齿；在码盘上分布有n个齿，其中一个齿的齿间距为A，其它所有的齿的齿间距为B；齿间距A大于齿间距B，齿间距A与齿间距B的比值为R；检测装置用于检测码盘的齿并产生脉冲信号；检测芯片用于接收检测装置的脉冲信号，实时计算码盘每圈耗时s[x]；并根据码盘当前圈耗时s[x]与码盘上一圈耗时s[x-1]判断码盘是否进入匀速状态；并实时计算相邻齿之间的所用时间比值P，根据P和R的差值判断码盘的物理零位，并实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。

进一步地，齿间距A是齿间距B的2倍，R＝2，码盘的齿边缘为直角。

另外，本发明还提供了风力发电系统，包括上述的测速定位装置。

本发明提供的风力发电系统和测速定位装置及方法。采用高频检测芯片，设置上升或下降沿中断模式。码盘采用不同的齿间距结构，根据每圈所费时间来测速，通过当前圈所费时间与上一圈所费时间相比较，判断码盘是否处于匀速状态。当处于匀速状态时，计算通过齿间距A和齿间距B所费时间的比值P，通过P值来找码盘物理零位。然后实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。该装置及方法减小速度与角度的误差，提高了测速定位精度。另外，码盘的齿边缘为直角，减小速度和角度误差，提高了测速定位精度。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明测速定位装置示意图；

图2为本发明测速定位方法示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面结合图1，对本发明的优选实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本优选实施例的一种测速定位装置，包括机架、检测装置、码盘、检测芯片，检测装置固定在机架。在码盘上分布有n个齿，其中一个齿的齿间距为A，其它所有的齿的齿间距为B；齿间距A是齿间距B的R倍，在本实施例中取R＝2，n＝30。齿间距是相邻两齿同侧齿廓间的弧长。码盘的齿边缘为直角。

将检测装置对准码盘的齿；当码盘旋转时，检测装置在码盘的齿凸起处产生高电平，在凹处产生低电平，在齿由凹向凸通过检测装置时其电平由低变为高，也就是当检测装置对准码盘的齿边缘时，检测装置的电平发生突变产生脉冲信号，码盘旋转一圈，脉冲数为M＝30，也就是说M＝n。检测装置可以采用接收开关或者电磁感应元件。

检测芯片接收检测装置的脉冲信号，当检测装置对准码盘的齿边缘时，检测装置的电平发生突变触发检测芯片的中断处理模块；中断处理模块就是中断处理程序。检测芯片为高频率如DSP、ARM、单片机等控制芯片。在配置时，把检测装置的脉冲信号输入到检测芯片中，检测芯片输入信号配置成上升或下降沿突变中断。检测程序设置中断分辨率为F秒。码盘在最高速度状态下，齿间距为B的齿通过检测装置所需时间小于中断分辨率F的二分之一。

如图2所示，本发明测速定位装置的测速定位方法如下：包括以下步骤：

步骤1：当检测装置对准码盘的齿边缘时，检测装置的电平发生突变产生脉冲信号，触发检测芯片的中断处理模块；

步骤2：中断处理模块实时计算码盘每圈耗时s[x]，s[x]代表码盘第x圈的所用时间；

步骤4：当码盘进入匀速状态时，实时计算相邻齿之间的所用时间比值P；计算c[x][y]代表第x圈的第y齿的时间，y值等于脉冲数M，当P和R的差值在预定范围时，令计时器T＝c[x][1]＝0和脉冲数M＝1。

步骤5：比较P与R的差值，当P和R的差值在预定范围时，确定码盘位置为码盘物理零位，进入步骤6，否则返回步骤4。在实施例中，齿间距A是齿间距B的2倍，R＝2。也就是1.95≤p≤2.05时，令计时器T＝c[x][1]＝0和脉冲数M＝1，认定此时码盘相对于检测装置的位置为码盘物理零位。

步骤6：实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。角度J＝(y-1)×q+(T-c[x][y])×v，其中q＝360÷(n+R-1)，v＝360÷s[x]。在本实施例中，R＝2，q＝360÷(n+1)。

本发明的测速定位方法具体如下：

在初始位置时，码盘任意位置对准检测装置，码盘开始旋转，第一个齿边缘通过检测装置时，检测装置电平突变，触发检测芯片中断处理程序，检测芯片的计时器T为连续计时，此时计脉冲数M＝1、x＝1、y＝1，时间c[1][1]＝T。当第二个齿边缘通过检测装置时，检测装置电平突变，触发检测芯片中断处理程序此时计脉冲数M+1＝2、x＝1、y＝2、时间c[1][2]＝T-c[1][1]，如此重复，直至码盘再一次旋转到第一个齿边缘计脉冲数M＝n+1，计算第一圈时间s[1]＝c[1][n+1]-c[1][1]。转速v＝360÷s[1]。令x加1，此时x＝2，令计时器T＝c[2][1]＝0和脉冲数M＝1。当第二个齿边缘通过检测装置时，检测装置电平突变，触发检测芯片中断处理程序，此时计脉冲数M+1＝2、读取计时器当前时间c[2][2]，如此重复。重新计数下一圈s[2]，转速v＝360÷s[2]。自此每完成一圈时，比较一下当前圈s[x]与上一圈s[x-1]值是否在一定误差范围内，诸如5％。如果在此范围内认为已经进入匀速状态。

一旦判断进入了匀速状态后，由于风力发电机是一个大惯性系统，其转速不会瞬时突变，可以实时检测齿间距为A通过检测装置的所费时间c[x][y]-c[x][y-1]与上一个齿间距为B通过检测装置的所费时间c[x][y-1]-c[x][y-2]比例p，由于齿间距A是齿间距B的R倍，码盘在匀速状态下，P值大约是R倍左右。在本实施例中取R＝2，如果P为1.95到2.05之间时,认为此时检测装置的电平突变处为码盘物理零位，也可以理解为此时码盘相对于检测装置的位置为码盘物理零位，码盘物理零位就是齿间距为A与齿间距为B之间的齿边缘。

找到码盘物理零位后，令计时器T＝c[x][1]＝0和脉冲数M＝1，也就是重新计时，脉冲数M重新计算。实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。角度J＝(y-1)×q+(T-c[x][y])×v，其中q＝360÷(n+R-1)，v＝360÷s[x]。在本实施例中，R＝2，q＝360÷(n+1)。假如：y＝1，此时T＝c[x][1]＝0，J＝(1-1)×q+(T-c[x][1])×v＝0。假如：y＝2，J＝q+(T-c[x][2])×v。

本发明的测速定位装置及方法，采用高频检测芯片，设置上升或下降沿中断模式。码盘采用不同的齿间距结构，根据每圈所费时间来测速，通过当前圈所费时间与上一圈所费时间相比较，判断码盘是否处于匀速状态。当处于匀速状态时，计算通过齿间距A和齿间距B所费时间的比值P，通过P值来找码盘物理零位。然后实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。该装置及方法减小速度与角度的误差，提高了测速定位精度。另外，码盘的齿边缘为直角，减小速度和角度误差，提高了测速定位精度。

本发明还提供了一种风力发电系统，包括上述的测速定位装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种测速定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在码盘上分布有n个齿，其中一个齿的齿间距为A，其它所有的齿的齿间距为B；齿间距A大于齿间距B，齿间距A与齿间距B的比值为R；将检测装置对准码盘的齿；当检测装置对准码盘的齿边缘时，检测装置的电平发生突变产生脉冲信号，触发检测芯片的中断处理模块；

步骤5：比较P与R的差值，当P和R的差值在预定范围时，确定码盘位置为码盘物理零位，并进入步骤6，否则返回步骤4；

步骤6：实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。

2.根据权利要求1所述的测速定位方法，其特征在于：

在步骤2中：检测芯片的计时器T连续计时，更新脉冲数M，如果脉冲数M＝n+1时，令计时器T＝c[x][1]＝0和脉冲数M＝1；计算第x圈耗时s[x]，s[x]＝c[x][n+1]-c[x][1]；c[x][n+1]代表第x圈的第n+1齿的时间。

3.根据权利要求2所述的测速定位方法，其特征在于：

在步骤4中：计算c[x][y]代表第x圈的第y齿的时间，y值等于脉冲数M，当P和R的差值在预定范围时，令计时器T＝c[x][1]＝0和脉冲数M＝1。

4.根据权利要求3所述的测速定位方法，其特征在于：

在步骤6中：角度J＝(y-1)×q+(T-c[x][y])×v，其中q＝360÷(n+R-1)，v＝360÷s[x]。

5.根据权利要求4所述的测速定位方法，其特征在于：齿间距A是齿间距B的2倍，R＝2，q＝360÷(n+1)。

6.根据权利要求5所述的测速定位方法，其特征在于：当s[x]值与s[x-1]值在5％误差范围内时，认定码盘进入匀速状态；1.95≤p≤2.05。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的测速定位方法，其特征在于：码盘的齿边缘为直角。

8.一种测速定位装置，其特征在于，包括机架、检测装置、码盘、检测芯片，检测装置固定在机架，检测装置对准码盘的齿；在码盘上分布有n个齿，其中一个齿的齿间距为A，其它所有的齿的齿间距为B；齿间距A大于齿间距B，齿间距A与齿间距B的比值为R；检测装置用于检测码盘的齿并产生脉冲信号；检测芯片用于接收检测装置的脉冲信号，实时计算码盘每圈耗时s[x]；并根据码盘当前圈耗时s[x]与码盘上一圈耗时s[x-1]判断码盘是否进入匀速状态；并实时计算相邻齿之间的所用时间比值P，根据P和R的差值判断码盘的物理零位，并实时计算检测装置相对于码盘物理零位的角度J。

9.根据权利要求8所述的测速定位装置，其特征在于：齿间距A是齿间距B的2倍，R＝2，码盘的齿边缘为直角。

10.一种风力发电系统，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的测速定位装置。