低速大转矩永磁同步电动机测速系统设计

中图分类号:T M351　T M341 文献标识码:A 文章编号:100126848(2007)0520083203

低速大转矩永磁同步电动机测速系统设计

陈永军

1,2

,黄声华1,万山明

1

(11华中科技大学电气与电子工程学院,武汉　430074;21长江大学电子信息学院,荆州　434023)

摘　要:介绍了一种基于T MS320LF2407数字信号处理器的数据采集、处理和通讯系统。该系统充分利用了DSP 芯片具有的高速、高性能处理能力以及内部集成的捕获单元模块,并与光电编

码器组成电机转速测试系统,直接测量电机的转速。通过集成的串行通讯接口(SC I )模块与计算机之间进行数据传输可以实时地在计算机终端上显示出来。试验结果表明了该设计方案的可行性。

关键词:T 测速法;T MS320LF2407;串口通讯;永磁同步电动机;速度测量

D esi gn of Speed M ea sure m en t Syste m for L ow Veloc ity and Huge

Torque Per manen tM agneti c SynchronousM otor CHEN Yong 2jun

1,2

,HUANG Sheng 2hua 1,WAN Shan 2m ing

1

(11Huazhong University of Science &Technol ogy,W uhan 430074,China;21College of Electr onics and I nfor mati on,Yangtze University,J ingzhou 434023,China )

ABSTRACT:A data acquisiti on,p r ocessing and co mmunicati on syste m based on DSP T MS320LF2407is intr oduced .An instru ment of measuring the vel ocity of mot or is consisted of above 2menti oned syste m and phot oelectric encoder .H igh s peed and high perfor mance DSP chi p and internal integrated cap ture model are used t o measure mot or vel ocity and l ocati on in this syste m.Data trans m issi on bet w een internal integrated serial communicati on interface (SC I )and computer can be dis p layed on the upper computer in real ti m e .

Feasibility of above design s oluti on is p r oved thr ough the result of experi m ent 1

KEY WO RD S:T s peed measure ment method;T MS320LF2407;Series communicati on;P MS M;Speed measure ment

收稿日期:2006210218

0　引　言

低速大转矩永磁同步电动机转速测试是值得研究的一个课题。传统的转速测量方法较多,但都普遍存在硬件成本大、测量精度较低、测试过程复杂等缺点。本文介绍了一种基于DSP 的永磁同步电动机低速测量方法,上位机采用Del phi 710高级语言编程。该方法测量精度高,能有效抑制低速干扰,测试效果良好。

1　基本原理

当永磁同步电机低速旋转时,从编码器输出的脉冲信号经过简单的整形电路,可直接送到

T MS320F2407内部捕获单元(CAPT URE ),经过软

件数据处理、数字滤波等处理,将数据实时地通过串口传给上位PC 机。测速系统的原理如图1所示。

图1　测速系统整体结构图

常用的光栅测速方法有三种:测频法(M 法)、测周法(T 法)和测频测周法(M /T 法)。转速越低,M 法测速误差越大,所以M 法不适合低转速测量。

低速大转矩永磁同步电动机测速系统设计　陈永军　黄声华　万山明

M /T 法的原则是转速较高时使用M 法,转速低时使用T 法,所以在很宽的测速范围内精度都较高,不过该方法硬件开销大,软件编制难度高。

[1]

由于系统电机转速为0r/m in ～100r/m in,所以采用T 法测速简单易行。T 法测速是测出相邻两个脉冲之间的间隔时间来计算转速。采用一个频率较高的基准脉冲作为计时单位,在被测信号一个周期的时间内,记录基准脉冲信号的个数。计算出相应的转速。T 法测速原理如图2所示。在实际应用中,T 法测速可以利用捕获单元的功能来实现。其硬件接线如图3。将码盘的A 相信号接到捕获单元1,作为输入的速度脉冲。为了扩展方便,仍将输入的4路差分信号经过MC3486变换成为正交编码脉冲(QEP )的输入

。

图

2　T 法测速原理图

图3　T 法测速硬件接线图

选择通用定时器1时钟频率f =30MHz,经过128分频,作为计算转速的时钟基准。每当捕获引

脚上捕获到A 相信号的上升沿时,将计数器T1CNT 值捕获并锁存,先后读取两次T1CNT 的值,

相减后即可得到一个速度脉冲下的基准脉冲个数m [2]

。

在计算m 值时,必须考虑16位定时器T 1的翻转情况。不翻转时,

m =f (k )-f (k -1)

(1)翻转时,只考虑翻转一次的情况:

m =f (k )-f (k -1)+0FFFF h

(2)

式中,f (k )为当前捕获发生时,T1CNT 的计数值;

f (k -1)为前一次捕获发生时TI CNT 的计数值。那

么转子转速:

n =

60f 2m P N

(3)

式中,P N =2500,为光电码盘每转产生的脉冲数。

2　软件实现

测速系统的软件部分主要由DSP 的转速脉冲数据采集、计算、通讯以及PC 机基于Del phi 开发的转速实时显示、数据存储二部分组成。DSP 部分采用汇编语言编制,有主要功能寄存器的初始化、SC I 接收中断、T2定时中断、CAP1捕获中断等主

要部分。Del phi 高级语言开发的转速处理程序可对DSP 发送转速开始采集、停止采集、采集数据上传

等指令,并可以将采集的转速数据直观地显示、存储、打开

[3]

。

211　测速程序的编制

当DSP 捕获输入引脚CAP1上检测到转速脉冲的上跳沿时,T1定时器的计数值被捕获并存入到一个2级深的F I F O 栈中。与此同时,相应的中断标志位被置位。如果该中断没有被屏蔽,则外设中断将产生一个中断请求信号,并且进入相应的中断服务程序。

在捕获中断服务程序中,将CAP1F I F O 捕获的数据与前一次捕获的数据进行相减,其差值存储到CAP 寄存器中。此时如果将差值作为转速运算的依据,将会产生周期性的干扰,为此必须采用中值滤波算法对数据进行预处理。212　中值滤波算法

由于中值滤波特别适合于消去编码脉冲干扰引起的捕获值偏差,所以本程序中采用该算法来对捕获的二次差值进行数字滤波[4]

。中值滤波的

算法为:

Y =X 2(X 1

(4)

即对被测参数连续采样n 次(n 为奇数,且一般取n =3),而从中选择中间的采样值作为滤波器的输出。数据入口为LB1、LB2、LB3,排序之后,结果放在LB2中。图4给出了程序流程图。

经过中值滤波算法预处理之后,将LB2中的数据重新存储到CAP 中。该值每次捕获都是实时刷新的,将其存储在外部数据存储器中;同时该值每间隔100m s 在T2的定时中断服务程序中通过串口传给上位PC 机。213　通讯程序编制

F2407的SC I 可以通过配置波特率寄存器SC I 2

微电机　2007年　第40卷　第5期(总第161期)