基于DSP控制器的MT法测速方法研究.doc

基于DSP控制器的M/T测速方法研究 姬宣德 （洛阳理工学院 自动化系 河南洛阳471003） 摘要：本文介绍了基于DSP的电机M/T测速法，内含捕获单元和正交编码脉冲QEP电路的TMS320LF2407ADSP芯片能够确保测速的计时和光电编码器脉冲计数的同步，时间测量的绝对误差小且与测速周期无关。很方便地用于电机的测速。 关键词：M/T法测速 DSP 正交编码电路 中图分类号：TP183；TM342 文献标识码：B 0 引言 在高性能的电机调速系统中，转速反馈量的测量精度直接影响着电机调速控制系统的性能。光电编码器由于具有精度高、线形度好的优点，被广泛采用于转速的测量；而在众多的测速方法中，M/T法由于使用于高、低转速测量范围，是综合性能最佳的一种；TMS320LF2407ADSP芯片的功耗低、指令执行周期短（25ns）又增强了控制器的实时控制能力从而大大提高电机调速系统的动态性能。 1 M/T测速原理及性能分析 1.1 M/T测速原理及误差分析 M/T法测速是在对反映转速n的光电编码器输出脉冲个数的同时，对反映测速时间的时基脉冲个数也进行计数。在测速时间内，测得电机转速平均值为： ，式中，为光电编码器每转输出脉冲个数；为时基脉冲频率。如图1 所示。  图1 M/T法测速示意图 1.2 性能分析 常规的T/M法测速中，测速时间是程序设定的计数时间，而脉冲数为时间内光电编码器输出脉冲个数。从图1可以看出，开始时刻与光电编码器输出脉冲上升沿并非一定同步到达。同样，结束时刻也很难刚好与光电编码器输出脉冲上升沿同步。这两个时间差都与转速的大小有关，而与高频计数器是中的频率无关。由此引起的计数和计时的时间差可能比高频时钟周期大得多，从而降低测速的精度。由T/M法测速的误差根源可知：确保高频时钟计数器与光电编码器输出脉冲计数器同时开启与关闭是提高测速精度的关键所在。 2 TMS320LF2407DSP控制器特点 作为电机控制的专用芯片，TMS320LF2407ADSP运算速度快、单指令周期为25ns。其功能强大的事件管理器（EVM）为实时控制系统提供了良好的软硬件基础，该事件管理器中包括特殊的PWM产生功能，包括可编程的死区时间设定和空间矢量状态机，两组三相独立的比较单元可产生对称和不对称的PWM波形。六路捕获输入中的四路可以直接连接到光电编码器的正交编码电路脉冲信号。 转速测量中，DSP特有功能： （1）捕获（CAP）功能： DSP捕获单元使能（同时禁止正交编码电路功能）后，引脚上的指定跳变（脉冲上升沿、脉冲下降沿、两个边沿）将把选定的通用定时器计数器值锁存。同时相应的中断标志置位，并发出中断请求； （2）正交编码电路（QEP）功能：DSP正交编码电路使能（同时禁止捕获功能）后，引脚上的编码器脉冲作为选定通用定时器的时钟源。通用定时器中的计数器开始计数； （3）通用定时器的同步：通用定时器2或者4可以通过通用定时器1或者3配置来实现同步。 （4）高频时钟频率的选取：高频时钟频率可以为DSP的40MHz，还可以通过全局通用定时器控制寄存器进行分频。 3 利用DSP实现M/T法高精度测速 利用DSP测速时，可以采用程序中断的方法。利用定时器1测量高频脉冲个数，利用定时器2测量编码器脉冲个数，利用定时器3设定测量时间。 当定时器3产生周期中断时，通过测量时间中断子程序使能捕获中断，当捕获单元捕获到光电编码器输出脉冲的上升沿时，产生捕获中断；在捕获中断子程序里，利用单个通用定时器1控制寄存器同时启动用于测量高频脉冲个数的定时器1和用于测量编码器脉冲个数的定时器2，同时关闭捕获中断。当定时器3产生下溢中断时，通过测量时间中断子程序再次使能捕获中断，当捕获单元捕获到光电编码器输出脉冲的上升沿时，产生捕获中断；在捕获中断子程序里，利用单个通用定时器1控制寄存器同时停止用于测量高频脉冲个数的定时器1和用于测量编码器脉冲个数的定时器2，然后读取光电编码器输出脉冲个数和高频时钟脉冲个数，同时关闭捕获中断。这样利用DSP对光电编码器输出脉冲就实现了计数和计时的同步。高频脉冲计数器前后两捕获值的差值代表输出脉冲个数，而光电编码器输出脉冲计数器两次获值的差值代表时基脉冲个数。由于定时器3设置为连续增减模式，所以周期为，一个用于测速，另一个用于转速的计算。测量时间中断子程序和捕获中断子程序如图2和3所示。 图2 测量时间中断子程序 图3 捕获中断子程序 4 误差分析及结论 转速的相对误差： 由此式可以看出相对误差与被测转速无关，只与高频脉冲频率有关。从图1也可以看出，个高频脉冲对应的时间是，个光电编码器输出脉冲对应的时间为。这两个时间的差值最大不超过1个高频脉冲，M/T法测速的误相对差非常小.与常