應(yīng)用于高層建筑、銀行、機(jī)場和油田等場合的柴油發(fā)電機(jī)組，必須采用相應(yīng)方法控制其供電電壓和頻率，以確保在機(jī)組運(yùn)行中具有良好的電氣性能，滿足應(yīng)用要求。其頻率控制一般是通過轉(zhuǎn)速控制實(shí)現(xiàn)，目前應(yīng)用較多的為模擬頻率調(diào)節(jié)裝置。由于模擬式調(diào)節(jié)器不易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；因此采用數(shù)字式控制器。數(shù)字式控制器具有算法靈活，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的高調(diào)節(jié)的理想選擇。本文論述的就是柴油發(fā)電機(jī)數(shù)字控制器中頻率測量環(huán)節(jié)的功能實(shí)現(xiàn)。

　　1 測頻原理

　　系統(tǒng)的原理框圖如圖l所示，柴油發(fā)電機(jī)的頻率可由光電編碼器來檢測，碼盤與機(jī)組傳動(dòng)軸連接，能夠產(chǎn)生兩個(gè)頻率變化且正交（即相位相差90°）的脈沖，DSP通過其EV管理器的正交編碼脈沖QEP電路對脈沖頻率或周期進(jìn)行測量，從而測得機(jī)組轉(zhuǎn)速，機(jī)組轉(zhuǎn)速n與同步發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率f之間滿足：

　　f=pn/60    （1）

　　其中p為發(fā)電機(jī)的極對數(shù)。故由此可間接測得柴油發(fā)電機(jī)的頻率。

　　測取機(jī)組轉(zhuǎn)速的方法有T法、M法和M/T法，T法是通過測量光電碼盤所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間來確定轉(zhuǎn)速，故適合測量較低轉(zhuǎn)速；M法則是在一定的時(shí)間間隔內(nèi)對光電碼盤所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來確定轉(zhuǎn)速，故適合測量較高轉(zhuǎn)速；M/T法結(jié)合了前兩者的特點(diǎn)。其原理是，由定時(shí)器確定采樣周期T,定時(shí)器的定時(shí)開始時(shí)刻總與脈沖編碼器的個(gè)計(jì)數(shù)脈沖前沿保持一致，在T的期間內(nèi)得到脈沖數(shù)M1,另一個(gè)計(jì)數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)T定時(shí)結(jié)束時(shí)，只停止對脈沖計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，而T結(jié)束后脈沖編碼器輸出的個(gè)脈沖前沿時(shí)，才停止對標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)，并得到計(jì)數(shù)值M2,其持續(xù)時(shí)間為T+△T,即可以推導(dǎo)出此時(shí)轉(zhuǎn)速為：

　　其中K為編碼器旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)；fs為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖的頻率。由式（1）可得，機(jī)組頻率為：

　　按此方法測頻，脈沖數(shù)M2會存在多1或少1的誤差，但由于fs遠(yuǎn)高于光電脈沖頻率，所以由其引起的誤差很小，測量大大提高。

　　2 測頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　光電碼盤有A,B,Z三相輸出信號，其中A和B相信號相位相差90°，Z相信號稱零位信號。因?yàn)锳與B相信號的電平超過DSP的輸入電平，所以需要先進(jìn)行信號調(diào)理，使其變?yōu)镺~3 V的電平信號，測頻系統(tǒng)需要將A相調(diào)理信號接入DSP的EVA的CAPl/QEP1腳，將B相調(diào)理信號接入DSP的EVA的CAP2/QEP2腳即可。由于CAPl/QEPl,CAP2/QEP2為正交解碼電路與捕獲單元的復(fù)用腳，因此需要配置CAPCONA寄存器來使能正交解碼電路。

　　正交編碼脈沖電路的時(shí)基可由EVA的通用定時(shí)器T2提供，通用定時(shí)器必須設(shè)置成定向增/減計(jì)數(shù)模式，并且以正交編碼脈沖時(shí)鐘源。機(jī)組的旋轉(zhuǎn)方向可以通過檢測兩個(gè)脈沖序A、B那一個(gè)先到達(dá)來確定。EVA模塊中的正交編碼脈沖電路的方向檢測邏輯決定了兩個(gè)序列中哪一個(gè)是先導(dǎo)序列，然后它就產(chǎn)生方向信號作為通用定時(shí)器T2的計(jì)數(shù)方向輸入。如果CAPl/QEP1輸入是先導(dǎo)序列，那么通用定時(shí)器開始進(jìn)行增計(jì)數(shù)；如果CAP2/QEP2輸入是先導(dǎo)序列，則通用定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。兩列正交輸入脈沖的兩個(gè)邊沿都被正交編碼脈沖電路計(jì)數(shù)，所以產(chǎn)頻率是每個(gè)輸入序列的4倍，并把這個(gè)時(shí)鐘作為通用定時(shí)器T2的輸入。定時(shí)器T2在計(jì)數(shù)器上溢或下溢時(shí)翻轉(zhuǎn)，并重新開始計(jì)數(shù)。

　　設(shè)置通用定時(shí)器T1的時(shí)鐘輸入為fs,并開通定時(shí)器中斷，中斷周期為轉(zhuǎn)速的采樣周期T,則定時(shí)器每隔時(shí)間T向CPU發(fā)送中斷請求。利用光電碼盤輸出脈沖的上升沿啟動(dòng)采樣周期定時(shí)器工作的同時(shí)，啟動(dòng)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器工作。測頻中斷服務(wù)程序如圖2所示。

　　3 結(jié) 語

　　基于TMS320F2812 DSP的捕獲單元實(shí)現(xiàn)的柴油發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速數(shù)字控制器的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，其硬件設(shè)計(jì)簡單，測量較高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，當(dāng)光電碼盤的K=1 024,同步發(fā)電機(jī)p=2,T=10 ms時(shí)，正常轉(zhuǎn)速時(shí)，頻率測量誤差為±0.03%,完全滿足柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速測量和控制的要求，有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。