一種增量式光電編碼器z信號處理方法研究
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）電機是一種新型的高可靠性定子永磁型電機�；谛滦蛿�(shù)字信號處理器tms320f2812搭建了全數(shù)字dc—fspm電機驅(qū)動系統(tǒng)，采用增量式光電編碼器作為位置檢測裝置。為解決z信號易發(fā)生信號丟失，進而導(dǎo)致位置信號累積誤差的問題，設(shè)計了信號處理電路。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的位置信號處理方法有效，為dc-fspm電機進一步的研究奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：永磁電機；磁通切換；冗余；位置檢測
中圖分類號：tm351 文獻標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 07-0085-03
0引 言
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和工業(yè)自動化的普及，永磁電機在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。定予永磁型電機克服了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子永磁型電機諸多的缺點，而其電磁性能更可與之相媲美，近年來引起國內(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）電機性能更優(yōu)[3-5]。為進一步提高fspm電機的可靠性，已有學(xué)者將冗余技術(shù)引入到fspm電機，提出了新型定子永磁型電機結(jié)構(gòu)——雙通道磁通切換永磁( dc-fspm)電機。已有研究表明，dc - fspm電機適合于blac（正弦波）控制方式。這也要求dc- fspm電機控制系統(tǒng)需要高精度的位置信息作為閉環(huán)控制的反饋信號，故需選用光電編碼器作為位置檢測裝置。因北，提高光電編碼器在ds-fspm電機驅(qū)動系統(tǒng)中的性能，準(zhǔn)確檢測位置信號，滿足實際控制的需要，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信號脈沖易發(fā)生丟失的問題，為提高系統(tǒng)的運行性能，本文提出一種簡單而有效的解決方案，最終從整體上提高了dc-fspm電機控制系統(tǒng)的運行性能。
1 dc-fspm電機控制系統(tǒng)
dc-fspm電機驅(qū)動系統(tǒng)由電機、位置和電流傳感器、控制器和功率變換電路組成。其中，dc-fspm電機由兩路相互獨立的供電系統(tǒng)給兩組互補的繞組供電，因此至少需要12路的pwm脈沖信號。在實驗系統(tǒng)中，通過軟件實現(xiàn)對電流的靈活控制，這對系統(tǒng)微處理器的性能也提出更高的要求，而一般的單片機很難達到上述要求。另外，該電機的電感很小，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dsp。需要特別指出的是，該芯片具有兩個獨立的事件管理器（eva和evb），它們可以為dc-fspm電機系統(tǒng)中兩個電氣上相互獨立的功率開關(guān)器件提供12路占空比可調(diào)的pwm輸出，滿足了冗余式電機驅(qū)動系統(tǒng)的需要。
圖1為所設(shè)計的dc-fspm電機驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。其中，光電編碼器用于位置檢測環(huán)節(jié)，其輸出的位置信號送到dsp，再由dsp實時地計算出位置和轉(zhuǎn)速信號。
2位置檢測單元
電機轉(zhuǎn)速檢測通常有兩種檢測手段：
①采用測速發(fā)電機；
②采用脈沖發(fā)生器。測速發(fā)電機檢測精度有限，且無法獲知電機的轉(zhuǎn)子位置；而脈沖發(fā)生器與電機同軸連接，通過測量被測物體的旋轉(zhuǎn)角度并將測量到的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)化為一系列的脈沖電信號輸出。通過計數(shù)器對輸出脈沖計數(shù)間接測量出電機的轉(zhuǎn)速差，此種方法檢測精度可以達到很高，并且通過檢測脈沖數(shù)，可以檢測到電機的轉(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，考慮電機轉(zhuǎn)子位置是電機矢量控制非常重要的信號之一，tms320f2,812的事件管理器中有一個正交編碼脈沖( qep)電路。因此，本課題選用光電編碼器作為位置檢測單元。
2.1光電編碼器
光電編碼器由光柵盤和光電檢測裝置兩部分組成。光柵盤是在一定直徑的圓盤上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，當(dāng)電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤就會與電動機同速旋轉(zhuǎn)，發(fā)光二極管等電子元件發(fā)出光就會穿過光柵盤，再由檢測裝置檢測并輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖2所示。光電編碼器輸出信號有a、b、z三路信號，其中a、b為相 |
