李昕奇 金勇

(1.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094;2.總裝工程兵駐武漢軍事代表室，湖北 武漢 430000)

基于DSP2812的電動(dòng)機(jī)測(cè)速方法的研究

李昕奇 金勇

(1.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094;2.總裝工程兵駐武漢軍事代表室，湖北 武漢 430000)

為了精確的快速檢測(cè)伺服系統(tǒng)的速度特性，介紹了采用TMS320F2812以及光電編碼器作為硬件進(jìn)行電動(dòng)機(jī)測(cè)速，提出了一種基于QEP電路的變M/T測(cè)速算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明轉(zhuǎn)速測(cè)量精度高，響應(yīng)速度快，具有一定的實(shí)際意義。

TMS320F2812 光電編碼器 變M/T法

0 引言

位置伺服系統(tǒng)是電流、速度、位置的三閉環(huán)控制系統(tǒng)，需要傳感器精確檢測(cè)被控對(duì)象的瞬時(shí)信息，進(jìn)行誤差校正。測(cè)速裝置是伺服系統(tǒng)中的重要裝置，其速度分辨能力的高低是實(shí)現(xiàn)高精度，大范圍速度測(cè)量的重要因素。對(duì)于不同的伺服系統(tǒng)，所選擇的測(cè)速裝置以及測(cè)速方法也會(huì)有所不同，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求，選擇不同的測(cè)速方法以滿足系統(tǒng)要求。

1 基于光電編碼器測(cè)速方法的分析

常用的基于光電編碼器的電動(dòng)機(jī)測(cè)速方法有以下幾種:M法、T法、M/T法、變M/T法。

M法是在規(guī)定的時(shí)間間隔T內(nèi)，測(cè)量編碼器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)來(lái)獲得被測(cè)速度值。此方法的檢測(cè)過(guò)程在極端情況下會(huì)產(chǎn)生±1個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖的誤差，故只有在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)才會(huì)有較高的測(cè)量精度。所以M法只適用于高速測(cè)量場(chǎng)合。

T法是測(cè)量相鄰兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來(lái)確定被測(cè)速度的方法。此方法在極端情況下會(huì)產(chǎn)生±1個(gè)高頻脈沖周期。因此T法在低速測(cè)量(相鄰轉(zhuǎn)速脈沖間隔時(shí)間較大)時(shí)才會(huì)有較高的精度。

M/T法是同時(shí)測(cè)量檢測(cè)時(shí)間和此檢測(cè)時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定被測(cè)轉(zhuǎn)速。M/T具有較高的檢測(cè)精度，但在低速狀態(tài)下檢測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法滿足伺服系統(tǒng)的快速響應(yīng)要求。

變M/T法是指測(cè)速過(guò)程中，不僅測(cè)取的測(cè)速脈沖與高頻時(shí)鐘脈沖隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同而變化，而且測(cè)量時(shí)間T也是變化的。所以變M/T法相比較其它三種測(cè)速方法在高速、低速時(shí)都具有較高的測(cè)量精度，而且響應(yīng)速度快，在閉環(huán)控制中具有較高的使用價(jià)值。

基于以上分析，本文將采用變M/T法完成電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量。

2 測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

光電編碼器是一種高精度的角位移傳感器，常被用于高精度的控制系統(tǒng)(例如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、伺服系統(tǒng)的速度反饋控制)中，實(shí)現(xiàn)角位移的檢測(cè)。增量式光電編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相，A、B兩組脈沖相位差90°，從而可方便地判斷旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。

TMS320F2812的兩個(gè)事件管理器模塊都有一個(gè)QEP電路，如果電路被使能，那么可以對(duì)從 CAP1/QEP1和 CAP2/QEP2(EVA)或CAP4/QEP3和CAP5/QEP4(EVB)引腳上輸入的正交編碼脈沖進(jìn)行解碼和計(jì)數(shù)。QEP電路和光電編碼器接口可用來(lái)實(shí)現(xiàn)從電動(dòng)機(jī)上獲得其速度信息。如圖1所示光電編碼器的正交脈沖從QEP1、QEP2口輸入完成解碼和計(jì)數(shù)。

QEP電路對(duì)正交編碼脈沖的兩個(gè)沿都進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此，通用定時(shí)器2(或4)產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率是光電編碼器發(fā)出頻率的四倍，同時(shí)QEP電路通過(guò)解碼邏輯判斷哪個(gè)相位超前以確定定時(shí)器的計(jì)數(shù)方向。

圖1 EVA的QEP電路結(jié)構(gòu)框圖

圖2 QEP:譯碼時(shí)鐘和計(jì)數(shù)方向時(shí)序圖

3 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量及軟件設(shè)計(jì)

圖3 測(cè)速原理圖

定時(shí)器T2、T4的計(jì)數(shù)寄存器TxCNT初值都賦為0。測(cè)速過(guò)程中讀取GP定時(shí)器控制寄存器A的T2STAT位(通用定時(shí)器2的狀態(tài)位)來(lái)判斷電機(jī)正反轉(zhuǎn)。當(dāng)T2STAT=1時(shí)，遞增計(jì)數(shù)，電機(jī)正轉(zhuǎn)M1=CM;當(dāng)T2STAT=0時(shí)，遞減計(jì)數(shù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)M1=0xFFFF-CM。

4 實(shí)驗(yàn)研究

由于實(shí)際系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，所以首先采用信號(hào)發(fā)生器輸出方波代替光電編碼器的輸出波形，對(duì)測(cè)速系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定。測(cè)速范圍100Hz－500KHz。測(cè)頻數(shù)據(jù)如表1。

圖4 程序流程圖

表1 靜態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此測(cè)速方法無(wú)論在低速還是高速狀態(tài)，都有較高的測(cè)試精度，且響應(yīng)速度很快，完全能夠滿足實(shí)際伺服系統(tǒng)的要求。

實(shí)際系統(tǒng)測(cè)試時(shí)采用北京斯達(dá)特公司的SH系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器SH-3F075、常柴集團(tuán)微特電機(jī)廠生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)70BF003和長(zhǎng)春禹衡光學(xué)有限公司的A-ZKD-13-200BM-G05LH混合式光電編碼器構(gòu)成測(cè)試對(duì)象，并由波形發(fā)生器提供驅(qū)動(dòng)脈沖控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

數(shù)據(jù)采集時(shí)分別給驅(qū)動(dòng)器加 2.0kHz、2.2kHz、2.5kHz的頻率，則電機(jī)的理論轉(zhuǎn)速分別為498.5r/min、548.4r/min、623.2r/min。每個(gè)頻率分別采樣100個(gè)數(shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果如圖5。由于電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大，測(cè)得結(jié)果在理論計(jì)算值上下波動(dòng)，并且隨著驅(qū)動(dòng)頻率的增大轉(zhuǎn)速也隨之平穩(wěn)，與實(shí)際情況相符。

圖5 實(shí)際轉(zhuǎn)速測(cè)量采樣圖

［1］汪濤.一種基于DSP的伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法［J］.微機(jī)電，2006.

［2］趙巖.編碼器測(cè)速方法的研究［D］.長(zhǎng)春:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，2002.

［3］萬(wàn)山明.TMS320F281xDSP原理及應(yīng)用實(shí)例［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

The Research of Speed Measuring of Motor Based on DSP2812

Li Xinqi1Jin Yong2

(1.NanjingUniversityofScienceandTechnology，NanjingJiangsu210094，China;2.MilitaryRepresantativeOfficeofChiefEquipmentDepartmentEngineeringCorpinWuhan，WuhanHubei430000，China)

For improving the accuracy and speed of velocity detection of servo system，this paper introduced the principle of using TMS320F2812 and incremental encoder for velocity detection，and introduced amethod of Alterable M/T based on QEP circuit.The experiment result shows that thismethod has a higher precision and fast response in velocitymeasuring.It’s very significant for improving the capacity of servo system.

TMS320F2812 Encoder the Method of Alterable M/T

TM921.54+1

A

1000－3886(2011)04－0081－02

2010－11－04

李昕奇(1987－)，男，漢族，研究方向:DSP嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，伺服電機(jī)控制。