基于DSP／QEP电路的电机位置检测和转速测量研究

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1、基于DSP/QEP电路的电机位置检测和转速测量研究时间：2009-05-0514:33:25来源：电子技术作者：陈爽1殷佳琳2段国艳1,21.西南交通大学2.四摘要：在现代伺服系统中，位置检测和转速测量技术是提高控制系统梢度的关键技术。木文详细的介绍了使用光电编码器和DSP/QEP电路来进行电机位置检测和转速测最的原理。实践表明，该方法具有检测精度高、易于编程实现的特点。关键词：DSP/OEP电路；光电编码器；M/T法测速0引言在电机的闭环控制系统中，山于需要实时获得电机的位置和转速信息，高速、高精度的传感器以及相应的处理电路是必不可少的。光电编码器输出

2、数字信号，容易实现高分辨率、高梢度的检测，在现代电机检测技术中得到了广泛的应用。TI公司2000系列的DSP是目前控制领域最先进的处理器之一，其最新产品的工作频率高达150MH乙人人提高了控制系统的控制精度和实时处理信息的能力，其特有的QEP电路和光电编码器的配合使用为电机位置和转速测量提供了完美的解决方案。1.DSP/QEP电路简介以TI公司控制领域最新产品TMS320F2812为例,它的正交编码脉冲(QEP)电路和捕获单元共用输入引脚，分别为CAPI/QEPKCAP2/QEP2.CAP3/QEPII(对于EVA),CAP4/QEP4、CAP5/QEP

3、5、CAP6/QEPI2(对于EVB),可以通过设置和应的捕获单元控制寄存器使能QEP电路而禁止其捕获功能。QEP电路可以对固定在电机轴上的光电编码器产生的正交编码脉冲A、B路信号进行解码和计数，从而获得电机的位置和速率等信息。光电编码器的正交编码脉冲输入到DSP的CAPI/QEPLCAP2/QEP2通常选择通用定时器T2(EVA)対输入的正交脉冲进行解码和计数。要使QEP电路正常工作，必须使丁2工作在定向增/减模式，在此模式下，QEP电路不仅为定时器T2提供计数脉冲，而且还决定了它的计数方向。QEP电路对输入的正交编码脉冲的上升沿和下降沿都进行计数，因

4、此对输入的正交编码脉冲进行4倍频后作为T2的计数脉冲，并通过QEP电路的方向检测逻辑确定哪个脉冲序列和位超前，然后产生一个方向信号作为T2的方向输入，当电机正转时,T2增计数,当电机反转时，T2减计数。正交编码脉冲、定时器计数脉冲及计数方向时序逻辑如图1所示。QEP2QuadratureCLKDIR图1正交编码脉冲.计数脉冲及方向信号在QEP模式下，T2CNT计数到边沿时将自动翻转，当增计数到ffffh时将返冋0重新开始增计数，当减到0时，翻转到ffffh重新开始减计数，由于在采样时间内计数脉冲的数目远小于T2CNT的周期数ffffh,所以在增/减计数过

5、程屮至多有一次翻转.，图2和图3分別描述了电机正转和反转时T2CNT的计数情况。图2：电机正转时T2CNT计数示，強图2・光电编码器和DSP的接U电路光电编码器町以输出3路信号，其中A路和B路信号相位相差90°,光电编码器的输出的脉冲信号经过光电隔离、滤波整形庇肓接送到DSP的和应引脚，其接口电路如图4所示。其中6N137是高速光耦，实现模拟信号和数字信号的隔离，74Hel4是CMOS反相器，实现对信号的整形。0tt+Attt+At图3：电机反转时T2CNT计数示意图3.电机位置测量DSP/QEP电路将编码器送过來的脉冲数转换为绝对的转了轴机械位置，绝对

6、的转了轴机械位置将存放在变量中。通过每一次采样周期△«:内T2的计数脉冲的改变量&nJ'以得到相应的位置增SAemo如上图所示：f(t)和f(t+At)分别表示两次相邻采样时刻的值，那么在At吋间内电机转子旋转的机械角度为：A伽二2加.PM0[/⑴一/(/+&)]其中：P为电机旋转一尉T2CNT的脉冲计数值如图2所示：当T2增计数无翻转时，6=f(t+At)-f(t)当T2增计数有翻转时，6=f(t+At)-f(t)65536,此时0m=9m+A0m如图3所示：当T2减计数无翻转时，6=-[f(t+At)-f(t,)]当T2减计数有翻转时，5=-[f(t

7、)-f(t+At)+65536],此时0m=0m-A6m4•电机转速测量常见的电机测速方法主要有三种：M法、T法、和M/T法，由于M法比较适合高速的场合，而T法适合低速的场合，为了在整个调速范围内都得到较好的准确性，在这里我们选择M/T法，其原理如图5所示。Ml1—一^——两计数脉冲M/T^测速的棊未原理Ml为测速脉冲计数值(对应前面的6),M2为高频时钟脉冲计数值，At为采样周期，虽然在Ml个计数脉冲内，M2存在多一个少一个的谋差，但由于时钟脉冲的频率远高所以转速的计算公式为:(r/min)于计数脉冲频率，引起的谋羌可以忽略,6OM1=60M/-P't

8、_PMi其中F为时钟脉冲的频率5.结束语本文利用光电编码器和DSP/QEP电路实