一種增量式光電編碼器z信號(hào)處理方法研究
徐磊，程明，趙文祥
(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院伺服控制技術(shù)教育部工程研究中心，南京210096)
摘要：雙通道磁通切換永磁（dc-fspm）電機(jī)是一種新型的高可靠性定子永磁型電機(jī)。基于新型數(shù)字信號(hào)處理器tms320f2812搭建了全數(shù)字dc—fspm電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用增量式光電編碼器作為位置檢測(cè)裝置。為解決z信號(hào)易發(fā)生信號(hào)丟失，進(jìn)而導(dǎo)致位置信號(hào)累積誤差的問題，設(shè)計(jì)了信號(hào)處理電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的位置信號(hào)處理方法有效，為dc-fspm電機(jī)進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：永磁電機(jī)；磁通切換；冗余；位置檢測(cè)
中圖分類號(hào)：tm351 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 07-0085-03
0引 言
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的普及，永磁電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。定予永磁型電機(jī)克服了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子永磁型電機(jī)諸多的缺點(diǎn)，而其電磁性能更可與之相媲美，近年來(lái)引起國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注。其中，尤以磁通切換永磁（fspm）電機(jī)性能更優(yōu)[3-5]。為進(jìn)一步提高fspm電機(jī)的可靠性，已有學(xué)者將冗余技術(shù)引入到fspm電機(jī)，提出了新型定子永磁型電機(jī)結(jié)構(gòu)——雙通道磁通切換永磁( dc-fspm)電機(jī)。已有研究表明，dc - fspm電機(jī)適合于blac（正弦波）控制方式。這也要求dc- fspm電機(jī)控制系統(tǒng)需要高精度的位置信息作為閉環(huán)控制的反饋信號(hào)，故需選用光電編碼器作為位置檢測(cè)裝置。因北，提高光電編碼器在ds-fspm電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的性能，準(zhǔn)確檢測(cè)位置信號(hào)，滿足實(shí)際控制的需要，就顯得尤為重要。
本文介紹了基于dsp的全數(shù)字冗余式dc。fspm電機(jī)控制系統(tǒng)，分析了作為位置傳感器的增量式光電編碼器z信號(hào)脈沖易發(fā)生丟失的問題，為提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能，本文提出一種簡(jiǎn)單而有效的解決方案，最終從整體上提高了dc-fspm電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能。
1 dc-fspm電機(jī)控制系統(tǒng)
dc-fspm電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、位置和電流傳感器、控制器和功率變換電路組成。其中，dc-fspm電機(jī)由兩路相互獨(dú)立的供電系統(tǒng)給兩組互補(bǔ)的繞組供電，因此至少需要12路的pwm脈沖信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的靈活控制，這對(duì)系統(tǒng)微處理器的性能也提出更高的要求，而一般的單片機(jī)很難達(dá)到上述要求。另外，該電機(jī)的電感很小，電樞繞組中的電流變化很快，為了使電樞電流較好的跟蹤參考電流的變化，不但要求有較高頻率的pwm脈沖，而且還要求很高的a/d轉(zhuǎn)換頻率。本文選擇的tms320f2812是32位的定點(diǎn)dsp。需要特別指出的是，該芯片具有兩個(gè)獨(dú)立的事件管理器（eva和evb），它們可以為dc-fspm電機(jī)系統(tǒng)中兩個(gè)電氣上相互獨(dú)立的功率開關(guān)器件提供12路占空比可調(diào)的pwm輸出，滿足了冗余式電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要。
圖1為所設(shè)計(jì)的dc-fspm電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中，光電編碼器用于位置檢測(cè)環(huán)節(jié)，其輸出的位置信號(hào)送到dsp，再由dsp實(shí)時(shí)地計(jì)算出位置和轉(zhuǎn)速信號(hào)。
2位置檢測(cè)單元
電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)通常有兩種檢測(cè)手段：
①采用測(cè)速發(fā)電機(jī)；
②采用脈沖發(fā)生器。測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)精度有限，且無(wú)法獲知電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置；而脈沖發(fā)生器與電機(jī)同軸連接，通過測(cè)量被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角度并將測(cè)量到的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)化為一系列的脈沖電信號(hào)輸出。通過計(jì)數(shù)器對(duì)輸出脈沖計(jì)數(shù)間接測(cè)量出電機(jī)的轉(zhuǎn)速差，此種方法檢測(cè)精度可以達(dá)到很高，并且通過檢測(cè)脈沖數(shù)，可以檢測(cè)到電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置。
常用的脈沖發(fā)生器有光電碼盤和光電編碼器兩種，考慮電機(jī)轉(zhuǎn)子位置是電機(jī)矢量控制非常重要的信號(hào)之一，tms320f2,812的事件管理器中有一個(gè)正交編碼脈沖( qep)電路。因此，本課題選用光電編碼器作為位置檢測(cè)單元。
2.1光電編碼器
光電編碼器由光柵盤和光電檢測(cè)裝置兩部分組成。光柵盤是在一定直徑的圓盤上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤就會(huì)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管等電子元件發(fā)出光就會(huì)穿過光柵盤，再由檢測(cè)裝置檢測(cè)并輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖2所示。光電編碼器輸出信號(hào)有a、b、z三路信號(hào)，其中a、b為相 |
