基于光栅编码器高精度测速系统的研究

　　一、引言

　　在反馈控制系统中被控制量反馈信号的采样是否正确、精度如何,采样后得到的反馈信号是否能及时准确地送入调节器中,将直接关系到整个系统的性能。高精度数字调速系统不仅需要采用以单片机为基础的数字调速控制装置,而且还需配备一个高精度数字测速系统。在本测速系统中速度检测元件采用GJF系列光栅编码器。其每转脉冲数为2500个,且输出两相的脉冲相位差90°,如图1·0所示。当电机正转时,A相脉冲超前B相90°,当电机反转时,A相脉冲滞后B相90°。

　　采用光栅编码器后,就可以通过对其所发出的脉冲进行计数、定时处理而得到速度。通过对A、B两相脉冲的相位进行判别就可以得到转向。

　　二、M/T法测速原理

　　利用光栅编码器进行速度检测的方法有以下几种:M法(测频法)、T法(测周期法)、M /T法(频率/周期法)。M法测速是在相等的时间间隔内用读取光栅编码器发出的脉冲个数来算出转速,从而得到转速的测量值。在相同的时间内光栅编码器发出的脉冲数不同,测量值也不同。它主要适用于转速高时进行测速。

　　T法测速是测出光栅编码器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速的一种方法。时间的测量是用一个计数器对已知频率的时钟进行计数,由时钟频率和计数值就可以求出时间,继而算出转速的测量值。与M法相反,T法主要适用于转速较低时的速度检测。

　　M /T法是综合了以上两种方法的特点得到的一种既可在低速度段可靠地测速,也可在高速度段具有较高的分辨能力的测速方法。其原理如图2·0所示。

　　其中T。为8253定时器定时常数,其值设定后就不变。

　　检测周期T由T。结束后,光栅编码器输出的第一个脉冲来决定。在检测周期内对光栅编码器输出脉冲计数为M1,同时又对时钟脉冲计数为M2,在已知时钟频率f的情况下,可得转速　　计算公式:

　　(转/分)其中: P光栅编码器每转发出的脉冲数。

　　三、转向判别的实现

　　在某些调速系统(如可逆调速系统)中,不仅需要测取转速的大小,还需要检测旋转的方向。在本系统中,利用光栅编码器发出的两相互差90°A、B脉冲来判别,其判别原理如图3所示。

　　由图3可知,当电机正转时, A相脉冲超前B相90°,也就是图3电路中在B相脉冲的每一个上升沿即D触发器时钟(CLK )的每一个上升沿时刻, A相脉冲始终为高电平。D触发器的输出Q始终为“1”。同理,当电机反转时,A相脉冲滞后B相脉冲90°。在B相脉冲上升沿,A相脉冲始终为低电平,D触发器输出为“0”。也就是说,当P1·0为“1”时电机正转;为“0”时电机反转,只要在程序中读取P1·0的值就可以知道转向。