基于DSP2812的電動機測速方法的研究

李昕奇 金勇

(1.南京理工大學 機械工程學院，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的電動機測速方法的研究

李昕奇 金勇

(1.南京理工大學 機械工程學院，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行電動機測速，提出了一種基于QEP電路的變M/T測速算法。實驗結(jié)果表明轉(zhuǎn)速測量精度高，響應速度快，具有一定的實際意義。

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被控對象的瞬時信息，進行誤差校正。測速裝置是伺服系統(tǒng)中的重要裝置，其速度分辨能力的高低是實現(xiàn)高精度，大范圍速度測量的重要因素。對于不同的伺服系統(tǒng)，所選擇的測速裝置以及測速方法也會有所不同，所以應根據(jù)實際系統(tǒng)的要求，選擇不同的測速方法以滿足系統(tǒng)要求。

1 基于光電編碼器測速方法的分析

常用的基于光電編碼器的電動機測速方法有以下幾種:M法、T法、M/T法、變M/T法。

M法是在規(guī)定的時間間隔T內(nèi)，測量編碼器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)來獲得被測速度值。此方法的檢測過程在極端情況下會產(chǎn)生±1個轉(zhuǎn)速脈沖的誤差，故只有在電動機轉(zhuǎn)速較高時才會有較高的測量精度。所以M法只適用于高速測量場合。

T法是測量相鄰兩個脈沖的時間間隔來確定被測速度的方法。此方法在極端情況下會產(chǎn)生±1個高頻脈沖周期。因此T法在低速測量(相鄰轉(zhuǎn)速脈沖間隔時間較大)時才會有較高的精度。

M/T法是同時測量檢測時間和此檢測時間內(nèi)轉(zhuǎn)速脈沖的個數(shù)來確定被測轉(zhuǎn)速。M/T具有較高的檢測精度，但在低速狀態(tài)下檢測時間過長，無法滿足伺服系統(tǒng)的快速響應要求。

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

基于以上分析，本文將采用變M/T法完成電動機的轉(zhuǎn)速測量。

2 測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計

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)控機床、機器人、伺服系統(tǒng)的速度反饋控制)中，實現(xiàn)角位移的檢測。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)一個脈沖，用于基準點定位。

TMS320F2812的兩個事件管理器模塊都有一個QEP電路，如果電路被使能，那么可以對從 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行解碼和計數(shù)。QEP電路和光電編碼器接口可用來實現(xiàn)從電動機上獲得其速度信息。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數(shù)。

QEP電路對正交編碼脈沖的兩個沿都進行計數(shù)，因此，通用定時器2(或4)產(chǎn)生的時鐘頻率是光電編碼器發(fā)出頻率的四倍，同時QEP電路通過解碼邏輯判斷哪個相位超前以確定定時器的計數(shù)方向。

圖1 EVA的QEP電路結(jié)構(gòu)框圖

圖2 QEP:譯碼時鐘和計數(shù)方向時序圖

3 電動機的轉(zhuǎn)速測量及軟件設(shè)計

圖3 測速原理圖

定時器T2、T4的計數(shù)寄存器TxCNT初值都賦為0。測速過程中讀取GP定時器控制寄存器A的T2STAT位(通用定時器2的狀態(tài)位)來判斷電機正反轉(zhuǎn)。當T2STAT=1時，遞增計數(shù)，電機正轉(zhuǎn)M1=CM;當T2STAT=0時，遞減計數(shù)，電機反轉(zhuǎn)M1=0xFFFF-CM。

4 實驗研究

由于實際系統(tǒng)中電機的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，所以首先采用信號發(fā)生器輸出方波代替光電編碼器的輸出波形，對測速系統(tǒng)進行靜態(tài)標定。測速范圍100Hz－500KHz。測頻數(shù)據(jù)如表1。

圖4 程序流程圖

表1 靜態(tài)標定數(shù)據(jù)

實驗結(jié)果表明，此測速方法無論在低速還是高速狀態(tài)，都有較高的測試精度，且響應速度很快，完全能夠滿足實際伺服系統(tǒng)的要求。

實際系統(tǒng)測試時采用北京斯達特公司的SH系列步進電機驅(qū)動器SH-3F075、常柴集團微特電機廠生產(chǎn)的步進電機70BF003和長春禹衡光學有限公司的A-ZKD-13-200BM-G05LH混合式光電編碼器構(gòu)成測試對象，并由波形發(fā)生器提供驅(qū)動脈沖控制電機轉(zhuǎn)速。

數(shù)據(jù)采集時分別給驅(qū)動器加 2.0kHz、2.2kHz、2.5kHz的頻率，則電機的理論轉(zhuǎn)速分別為498.5r/min、548.4r/min、623.2r/min。每個頻率分別采樣100個數(shù)據(jù)。測量結(jié)果如圖5。由于電機實際轉(zhuǎn)速波動較大，測得結(jié)果在理論計算值上下波動，并且隨著驅(qū)動頻率的增大轉(zhuǎn)速也隨之平穩(wěn)，與實際情況相符。

圖5 實際轉(zhuǎn)速測量采樣圖

［1］汪濤.一種基于DSP的伺服電動機轉(zhuǎn)速檢測方法［J］.微機電，2006.

［2］趙巖.編碼器測速方法的研究［D］.長春:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，2002.

［3］萬山明.TMS320F281xDSP原理及應用實例［M］.北京:北京航空航天大學出版社，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)開發(fā)，伺服電機控制。