编码器测速方法的研究

摘
要
光电精密跟踪技术是航空航天测控领域中的一项核心技术.跟踪伺服系统作 为光电精密跟踪系统的硬件设备,在光电精密跟踪系统的研制中起着极其重要的 作用.跟踪伺服系统的位置精度,速度精度和速度平稳性是光电跟踪系统设计的 重要指标.因此,伺服系统的测速问题一直是人们不断探索的课题. 随着数字化进程的不断推进,伺服系统的全数字化是今后发展的必然趋势, 然而如何解决实时性则是数字控制的关键问题.目前,DSP(特别是TMS320系列) 发展起来,为伺服系统的全数字化奠定了物质基础,使得现代控制理论工程实用 化.本文正是从这一角度出发,在测速系统中,重点以718转台为实验对象,在 控制系统速度环开环的情况下,用光电编码器,借助于最新的控制系统数字信号
模拟控制系统与数字控制系统优劣性比较.......+......
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表3一l
表4-I
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整量化单位与不带符号位的字长的关系…............
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犸
中国科学院研究生院硕士学位论文
are
discussed in detail,the methods of measuring speed based
are
on
digital
pulse counting
comprehensively studied,which provide theoretIC bases
f.r establishing experimental project used the methods of alterable M/T and position difference provide powerful
[∞,62,∞,64,68】
目前,在数字系统中测速装置主要分为两类.一类是把测速机的模拟 输出信号经A/D变换为数字量,然后输入到计算机中.这是一种比较成熟 的测速方法.其优点是响应速度快,时间延迟小,其缺点是测速机灵敏度 低,寿命短,而且必须安装测速机.特别是与力矩电机配合使用的高灵敏 度测速机情况更是如此.此外速度分辨力和量化误差受到A/D转换芯片的 位数限制.例如一个n位的A/D转换芯片,考虑到正负转向,其最大测速 比为:D=2"1,如果系统要求的最高转速为Vmax,则系统的最高分辨率
关键词:TMS320LF2407,编码器,变M/T法
塑塑墨!!垄塑垄塑翌塞—一
ABSTRACT
The
optoelectronic(0一E)precise
in the field of
tracking and
technology
lS
a
core a a
technologv hardware
navigation,test
图卜l伺服系统基本组成结构
Figurel一1. Block diagram of
servo
system
在伺服系统的速度回路中,通常采用直流测速机(或编码器)作为测 速元件来测量电机的输出速度,而在编码器上常采用位置差分法(即M法) 实现对电机转速的测量.该方法的优点是固定采样周期测量,实现起来简 单易行.在高速测量时,有较好的速度平稳性及较高的测量精度,而在低 速时却会出现速度波动幅度大,平稳性差,且随着采样频率的提高,所测 得的低速范围会变窄,测速精度随之下降等问题.所以随着仪器速度,加 速度的动态性和跟踪要求越来越高,采用传统的角度位置差分法,以不能
speed—measuring. and CPLD,
is mainly made up of TMS320LF2407
10w sDeed—measuring for motor is completed by the method of alterable M/T. Keywords:TMS320LF2407,Encoder,the Method of Alterable M/T
为Vmax/D=Vmax/2".'"
另一类方法是直接采用数字测速.随着数字测速的完善和发展,在速 度回路中用它来代替直流测速机,不但可提高测速精度,扩大测速范围, 还可大大简化系统体积结构,这对设计高精度,高分辨率,小型化的测速
编码器测速方法的研究
系统显得尤为重要.数字测速是多种多样的,有脉冲测速机,光栅盘等. 目前使用最广泛的是增量式码盘.在闭环伺服控制系统中,根据脉冲计数 来测量转速的方法有下列几种:M法,T法,以及后来发展的M/T法,变 M/T法等.而多周期同步测频法是近期在发展变M/T法基础上发展起来的. 各种方法有其各自的优点及其具体的适用与范围.." 就本课题所研究的光电跟踪设备而言,其跟踪伺服控制系统由高低角 和方位角伺服控制系统组成,用于驱动跟踪架跟踪并拍摄高低空飞行目标, 确定目标参数.主要伺服控制系统组成结构如图卜1所示.通常采用速度 回路和位置回路二环控制.跟踪伺服系统的速度精度及低速平稳性是评价 转台性能好坏的重要标志.测量元件,反馈元件的误差(角位置测量误差, 速度测量误差)是一种有规律的误差,它将引起转台产生有规律的速度波 动,而且这种速度误差不能通过改变控制系统的参数来消除或减小.所以 在测速系统中选择适宜的测量元件和反馈元件,以尽量减小其自身的误差, 对提高系统的测量精度及平稳性将有重要的意义.
a
arithmetiC— for the
further realization of
ma
total digitalized method in
as
servo
system·The
J
n
research
contents
are
fol lows:
First.influencing factors of analogue and digital speed—measuring
第～章绪论
第一章绪论
1.1测速系统研究的目的和意义 在科学技术高度发展的今天,国防科学技术是衡量各国科技发展程度 的重要标志,大量科技研究力量和投资都用于国防科技发展中.光电精密 跟踪技术是国防领域中的一项核心技术.跟踪伺服系统在精密跟踪系统的 研制中起着极其重要的作用.跟踪伺服系统的速度精度和速度平稳性是光 电跟踪系统设计的重要指标.因此设计高精度高分辨率的测速系统显得尤
measures
object,in the
the encoder to
means
paper
use
for the speed of motor by
a some
of the
the
latest digital Signal processor(DSP)TMS320LF2407,and methods of alterable M/T.ThiS establ ishes a firm basement
为重要.
1.2测逮系统的现状"'3."'6""'6""'681 迄今为止,测速可分为两大类:模拟电路测速和数字电路的测速.随 着电子技术的发展,数字测速技术的进步,数字测速性能的提高,使数字 测速受到人们更多的重视.微电子技术的发展,计算机技术的广泛应用, 出现了以计算机为核心的数字测速装置.这样的速度测量装置测量范围宽, 工作方式灵活多变,适应面广,具有普通数字测速装置不可比拟的优越性.
处理器TMS320LF2407及一定的测速算法——变M/T法,实现了对转台转速高精
度测量的目的,为迸一步实现伺服系统的全数字化打下了坚实的基础.本文的主 要的研究工作如下: 首先,在综合分析了影响模拟量和数字量测速的基础上,对基于数字脉冲计 数的测速方法进行了全面的研究.对最终确定用变M/T法在TMS320LF2407上实 现对电机低速转速测量的实验方案,提供了理论依据,也为进一步提高测速精度 和扩展测速范围提供了有利的保障. 其次以TMS320LF2407与CPLD为核心构成了测速系统,并完成了用变M/T法 实现对电机低速转速的测量.
are
important factors in the design of O-E tracking
a
is system.SO the problem of speed—measuring
servo
continuous
study
task
in
System.
fs the digital process is speeding up,a total digitalized method of how to solve digltal servo system iS a necessary trend in future,however key problem.At present,the development of for the DSP(especially the serial of TMS320)settle the material basement make the modern control total digitalized method of servo system,and
control in real time become
a
theory project practise
in real
time.According to thlS
as
an
aspect,ln
the
sDeed—measuring system,taking the 718 gimbals model circumstance of open 100p control system,this realize highlY accurate
to realize
low speed measurlng for motor,and improving the preciSion of
guarantee
for
fartherly of
speed—measuring and extending the range Secondly,tacho system
基本光电脉冲发生器的部分分解示意图............... 光电脉冲发生器的输出波形.................--·-..
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中国科学院研究生院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院研究生院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院研究生院长春光学精密机械与物理研究所硕士学位论文硕士学位论文硕士学位论文编码器测速方法的研究编码器测速方法的研究编码器测速方法的研究姓名
中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 硕士学位论文 编码器测速方法的研究 姓名:赵岩 申请学位级别:硕士 专业:机械电子工程 指导教师:陈涛 20030101
图表索弓
图表索弓
图i-I 图2-i 图2-2 图2-3 图2—4 图2-5 图2-6 图2—7 图2-8 图2-9 图3一l 图3—2 图3-3 图3—4 图3—5 图4—1 图4-2 图5一l 表2-l
伺服系统基本结构组成....…....,..........···· 电机输出的电势波形...…....,··…...-·一…···
control(TT&C).As
servo
of 0一E precise tracking system,tracking
system
plays
preclSlon key role in the manufacturing of it.Positlon preclSlon speed
and speed stability