光電編碼器在電機控制中的應(yīng)用
光電編碼器在電機控制中可以用來測量電機轉(zhuǎn)子的磁場位置和機械位置以及轉(zhuǎn)子的磁場和機械位置的變化速度與變化方向。下面就我就光電編碼器在這幾方面的應(yīng)用方法做一下介紹。
?。ㄒ唬⑹褂霉怆娋幋a器來測量電機的轉(zhuǎn)速
可以利用定時器/計數(shù)器配合光電編碼器的輸出脈沖信號來測量電機的轉(zhuǎn)速。具體的測速方法有M法、T法和M/T法3種。
M法又稱之為測頻法,其測速原理是在規(guī)定的檢測時間Tc內(nèi),對光電編碼器輸出的脈沖信號計數(shù)的測速方法,如圖2所示,例如光電編碼器是N線的,則每旋轉(zhuǎn)一周可以有4N個脈沖,因為兩路脈沖的上升沿與下降沿正好使編碼器信號4倍頻?,F(xiàn)在假設(shè)檢測時間是Tc,計數(shù)器的記錄的脈沖數(shù)是M1,則電機的每分鐘的轉(zhuǎn)速為
在實際的測量中,時間Tc內(nèi)的脈沖個數(shù)不一定正好是整數(shù),而且存在最大半個脈沖的誤差。如果要求測量的誤差小于規(guī)定的范圍,比如說是小于百分之一,那么M1就應(yīng)該大于50。在一定的轉(zhuǎn)速下要增大檢測脈沖數(shù)M1以減小誤差,可以增大檢測時間Tc單考慮到實際的應(yīng)用檢測時間很短,例如伺服系統(tǒng)中的測量速度用于反饋控制,一般應(yīng)在0.01秒以下。由此可見,減小測量誤差的方法是采用高線數(shù)的光電編碼器。
M法測速適用于測量高轉(zhuǎn)速,因為對于給定的光電編碼器線數(shù)N機測量時間Tc條件下,轉(zhuǎn)速越高,計數(shù)脈沖M1越大,誤差也就越小。
T法也稱之為測周法,該測速方法是在一個脈沖周期內(nèi)對時鐘信號脈沖進行計數(shù)的方法,如圖3所示。例如時鐘頻率為fclk,計數(shù)器記錄的脈沖數(shù)為M2,光電編碼器是N線的,每線輸出4N個脈沖,那么電機的每分鐘的轉(zhuǎn)速為
為了減小誤差,希望盡可能記錄較多的脈沖數(shù),因此T法測速適用于低速運行的場合。但轉(zhuǎn)速太低,一個編碼器輸出脈沖的時間太長,時鐘脈沖數(shù)會超過計數(shù)器最大計數(shù)值而產(chǎn)生溢出;另外,時間太長也會影響控制的快速性。與M法測速一樣,選用線數(shù)較多的光電編碼器可以提高對電機轉(zhuǎn)速測量的快速性與精度。
M/T法測速是將M法和T法兩種方法結(jié)合在一起使用,在一定的時間范圍內(nèi),同時對光電編碼器輸出的脈沖個數(shù)M1和M2進行計數(shù),則電機每分鐘的轉(zhuǎn)速為
實際工作時,在固定的Tc時間內(nèi)對光電編碼器的脈沖計數(shù),在第一個光電編碼器上升沿定時器開始定時,同時開始記錄光電編碼器和時鐘脈沖數(shù),定時器定時Tc時間到,對光電編碼器的脈沖停止計數(shù),而在下一個光電編碼器的上升沿到來時刻,時鐘脈沖才停止記錄。采用M/T法既具有M法測速的高速優(yōu)點,又具有T法測速的低速的優(yōu)點,能夠覆蓋較廣的轉(zhuǎn)速范圍,測量的精度也較高,在電機的控制中有著十分廣泛的應(yīng)用。
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