目前，在高的交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)中，電機轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置的測量通常是采用安裝在電機軸上的光電編碼器。在給定的測量周期內(nèi)，編碼器隨著電機轉(zhuǎn)速的變化輸出相應頻率的數(shù)字脈沖信號，利用不同的方法對這些脈沖信號進行處理，可得到多種數(shù)字測速方法。光電編碼器是通過讀取光電編碼盤上的圖案或編碼信息來表示與光電編碼器相連的電機轉(zhuǎn)子的位置信息的。TI公司2000系列的DSP特有的QEP電路和光電編碼器的配合使用為電機位置和轉(zhuǎn)速測量提供了完美的解決方案。本文詳細的介紹了使用光電編碼器和DSP／QEP電路來進行電機位置檢測和轉(zhuǎn)速測量的原理。

　　1.DSP／QEP電路簡介

　　以TI公司控制領域產(chǎn)品TMS320F2812為例，它的正交編碼脈沖（QEP）電路和捕獲單元共用輸入引腳，分別為CAPl／QEPl、CAP2／QEP2、CAP3／QEPIl（對于EVA），CAP4／QEP4、CAP5／QEP5、CAP6／QEPI2（對于EVB），可以通過設置相應的捕獲單元控制寄存器使能QEP電路而禁止其捕獲功能。QEP電路可以對固定在電機軸上的光電編碼器產(chǎn)生的正交編碼脈沖A、B路信號進行解碼和計數(shù)，從而獲得電機的位置和速率等信息。

　　光電編碼器的正交編碼脈沖輸入到DSP的CAPl／QEPl、CAP2／QEP2腳，通常選擇通用定時器T2對輸入的正交脈沖進行解碼和計數(shù)。QEP電路對輸入的正交編碼脈沖的上升沿和下降沿都進行計數(shù)，對輸入的正交編碼脈沖進行4倍頻后作為T2的計數(shù)脈沖，且通過QEP電路的方向檢測邏輯確定哪個脈沖序列相位超前，產(chǎn)生一個方向信號作為T2的方向輸入，當電機正轉(zhuǎn)時，T2增計數(shù)，當電機反轉(zhuǎn)時，T2減計數(shù)。正交編碼脈沖、定時器計數(shù)脈沖及計數(shù)方向時序邏輯如圖1所示。

　　在QEP模式下，T2CNT計數(shù)到邊沿時將自動翻轉(zhuǎn)，當增計數(shù)到ffffh時將返回0重新開始增計數(shù)，當減到O時，翻轉(zhuǎn)到ffffh重新開始減計數(shù)，由于在采樣時間內(nèi)計數(shù)脈沖的數(shù)目遠小于T2CNT的周期數(shù)ffffh，所以在增／減計數(shù)過程中至多有翻轉(zhuǎn)。，圖2和圖3分別描述了電機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時T2CNT的計數(shù)情況。

　　2.光電編碼器和DSP的接口電路

　　光電編碼器可以輸出3路信號，其中A路和B路信號相位相差90°，光電編碼器的輸出的脈沖信號經(jīng)過光電隔離、濾波整形后直接送到DSP的相應引腳，其接口電路如圖4所示。其中6N137是高速光耦，實現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號的隔離，74Hel4是CMOS反相器，實現(xiàn)對信號的整形。

　　3.電機位置測量

　　DSP／QEP電路將編碼器送過來的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為的轉(zhuǎn)子軸機械位置，的轉(zhuǎn)子軸機械位置將存放在變量θm中。通過每采樣周期△t內(nèi)T2的計數(shù)脈沖的改變量δ，可以得到相應的位置增量△θm。如上圖所示：f（t）和f（t+△t）分別表示兩次相鄰采樣時刻的值，那么在△t時間內(nèi)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械角度為：

　　其中：P為電機旋轉(zhuǎn)一尉T2CNT的脈沖計數(shù)值

　　如圖2所示：當T2增計數(shù)無翻轉(zhuǎn)時，δ=f（t+△t）一f（t）當T2增計數(shù)有翻轉(zhuǎn)時，δ=f（t+△t）-f（t）65536，此時θm=θm+△θm

　　如圖3所示：當T2減計數(shù)無翻轉(zhuǎn)時，δ=-[f（t+△t）一f（t,）]當T2減計數(shù)有翻轉(zhuǎn)時，δ=-[f（t）一f（t+△t）+65536]，此時θm=θm-△θm

　　4.電機轉(zhuǎn)速測量

　　常見的電機測速方法主要有三種：M法、T法、和M／T法，由于M法比較適合高速的場合，而T法適合低速的場合，為了在整個調(diào)速范圍內(nèi)都得到較好的準確性，在這里我們選擇M／T法，其原理如圖5所示。

　　M1為測速脈沖計數(shù)值，M2為高頻時鐘脈沖計數(shù)值，△t為采樣周期，雖然在M1個計數(shù)脈沖內(nèi)，M2存在多一個少一個的誤差，但由于時鐘脈沖的頻率遠高于計數(shù)脈沖頻率，引起的誤差可以忽略，所以轉(zhuǎn)速的計算公式為：

　　其中F為時鐘脈沖的頻率

　　5. 結(jié)束語

　　本文利用光電編碼器和DSP／QEP電路實現(xiàn)了電機閉環(huán)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的測量，并在電機的仿真試驗中得了較好的效果；為不同控制領域提供了高性能的數(shù)字解決方案。

參考文獻:

[1]. TMS320F2812 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/TMS320F2812_1116432.html.
[2]. 6N137 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/6N137_91364.html.