一種增量式光電編碼器z信號處理方法研究
徐磊，程明，趙文祥
(東南大學電氣工程學院伺服控制技術教育部工程研究中心，南京210096)
摘要：雙通道磁通切換永磁（dc-fspm）電機是一種新型的高可靠性定子永磁型電機。基于新型數字信號處理器tms320f2812搭建了全數字dc—fspm電機驅動系統，采用增量式光電編碼器作為位置檢測裝置。為解決z信號易發生信號丟失，進而導致位置信號累積誤差的問題，設計了信號處理電路。實驗結果表明，所設計的位置信號處理方法有效，為dc-fspm電機進一步的研究奠定了基礎。
關鍵詞：永磁電機；磁通切換；冗余；位置檢測
中圖分類號：tm351 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 07-0085-03
0引 言
隨著經濟的快速發展和工業自動化的普及，永磁電機在工業生產領域發揮越來越重要的作用。定予永磁型電機克服了傳統的轉子永磁型電機諸多的缺點，而其電磁性能更可與之相媲美，近年來引起國內外相關領域學者的關注。其中，尤以磁通切換永磁（fspm）電機性能更優[3-5]。為進一步提高fspm電機的可靠性，已有學者將冗余技術引入到fspm電機，提出了新型定子永磁型電機結構——雙通道磁通切換永磁( dc-fspm)電機。已有研究表明，dc - fspm電機適合于blac（正弦波）控制方式。這也要求dc- fspm電機控制系統需要高精度的位置信息作為閉環控制的反饋信號，故需選用光電編碼器作為位置檢測裝置。因北，提高光電編碼器在ds-fspm電機驅動系統中的性能，準確檢測位置信號，滿足實際控制的需要，就顯得尤為重要。
本文介紹了基于dsp的全數字冗余式dc。fspm電機控制系統，分析了作為位置傳感器的增量式光電編碼器z信號脈沖易發生丟失的問題，為提高系統的運行性能，本文提出一種簡單而有效的解決方案，最終從整體上提高了dc-fspm電機控制系統的運行性能。
1 dc-fspm電機控制系統
dc-fspm電機驅動系統由電機、位置和電流傳感器、控制器和功率變換電路組成。其中，dc-fspm電機由兩路相互獨立的供電系統給兩組互補的繞組供電，因此至少需要12路的pwm脈沖信號。在實驗系統中，通過軟件實現對電流的靈活控制，這對系統微處理器的性能也提出更高的要求，而一般的單片機很難達到上述要求。另外，該電機的電感很小，電樞繞組中的電流變化很快，為了使電樞電流較好的跟蹤參考電流的變化，不但要求有較高頻率的pwm脈沖，而且還要求很高的a/d轉換頻率。本文選擇的tms320f2812是32位的定點dsp。需要特別指出的是，該芯片具有兩個獨立的事件管理器（eva和evb），它們可以為dc-fspm電機系統中兩個電氣上相互獨立的功率開關器件提供12路占空比可調的pwm輸出，滿足了冗余式電機驅動系統的需要。
圖1為所設計的dc-fspm電機驅動系統結構框圖。其中，光電編碼器用于位置檢測環節，其輸出的位置信號送到dsp，再由dsp實時地計算出位置和轉速信號。
2位置檢測單元
電機轉速檢測通常有兩種檢測手段：
①采用測速發電機；
②采用脈沖發生器。測速發電機檢測精度有限，且無法獲知電機的轉子位置；而脈沖發生器與電機同軸連接，通過測量被測物體的旋轉角度并將測量到的旋轉角度轉化為一系列的脈沖電信號輸出。通過計數器對輸出脈沖計數間接測量出電機的轉速差，此種方法檢測精度可以達到很高，并且通過檢測脈沖數，可以檢測到電機的轉子位置。
常用的脈沖發生器有光電碼盤和光電編碼器兩種，考慮電機轉子位置是電機矢量控制非常重要的信號之一，tms320f2,812的事件管理器中有一個正交編碼脈沖( qep)電路。因此，本課題選用光電編碼器作為位置檢測單元。
2.1光電編碼器
光電編碼器由光柵盤和光電檢測裝置兩部分組成。光柵盤是在一定直徑的圓盤上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，當電動機旋轉時，光柵盤就會與電動機同速旋轉，發光二極管等電子元件發出光就會穿過光柵盤，再由檢測裝置檢測并輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖2所示。光電編碼器輸出信號有a、b、z三路信號，其中a、b為相 |
