可编程器件在电机转矩转速测试仪中的一种应用

　　1　引言

　　复杂可编程逻辑器件是继PAL、PLD等通用逻辑器件推广之后逐步发展起来的。它具有速度快、设计灵活、集成度高、研制周期短、抗干扰性能好等众多优势,因此成为IC中增长最快的产品,导致价格也越来越低。

　　复杂可编程逻辑器件(CPLD)内部由输入输出单元、逻辑单元、中央布线池等部分组成。而逻辑单元又由很多能实现不同逻辑功能的宏单元(Macrocells)组成,宏单元大致分为I/O宏单元、输入宏单元和隐埋宏单元等几种。每个宏单元内部又含有相应的可编程与门阵列、或门阵列、触发器和极性控制电路等。CPLD可实现在系统编程( In System Pro-grammable),而且可重复多次,从而能方便地修改设计,增加了设计对象的灵活性;另外,CPLD还具有兼容IEEE1149.1(JTAG)标准的测试激励端和边界扫描能力,以及兼容PCI接口协议的输入和输出缓冲器。

　　2　测试原理

　　电机的转矩-转速曲线(或称T-N特性)是电机的一项重要参数,曲线的形状以及曲线中的起动转矩、最小转矩及最大转矩是衡量一台电机能否顺利起动和稳定运行的重要指标。所以对电机转矩-转速的精确实时测量非常重要。

　　该系统中采用了相位差式转矩转速传感器。相位差式转矩转速传感器与其它转矩转速传感器(如磁滞型等)相比,有结构简单、工作可靠、又不需要外接电源、精度高、信号不易受干扰等优点。传感器的基本原理形似一根两端安装有两个相同齿轮的弹性轴。在每个齿轮的外侧各安装一块磁钢,磁钢上各绕有一个信号线圈。当固定在被测电机旋转轴上的弹性轴转动时,由于磁钢与齿轮间的气隙磁导随着齿、槽位置的变化而发生周期性的变化,使穿过信号线圈的磁通Φ也发生周期性的变化,在信号线圈中就分别感应出电势。外加转矩时,弹性轴产生的偏转角与外加转矩成正比。此时,在两个信号线圈中的感应电势的相位差也随之发生相应的变化,这一相位差的变化与外加转矩T成正比。

　　从上可以看出:传感器产生出两路同频不同相的正弦信号,这两路信号的频率是电机的转速,而两者的相位差就反映了电机的转矩大小。如果将传感器输出的两路同频正弦波进行整形、处理后,再进行检相,求得相位差,就可以换算出电机的转矩;而对处理后的任一路信号进行频率测量,就可以得出被测电机的转速。

　　图1是系统的组成框图。

　　3　可编程器件应用举例

　　能够实现上述系统的方法很多,为了达到系统所要求的转速和转矩精度,保证相位差的精度,并对其进行精确测量;而转速的精确测量,应精确地测量转速脉冲和高频计数脉冲。系统采用了经典的T-M测速法,精确判断脉冲上升沿时刻以确定计数的开始是至关重要的。另外,为了保证准确反映电机的某一时刻运行性能,必须做到转矩、转速同步测量。把可编程逻辑器件应用到该系统中,得出了令人满意的结果。系统框图1中的虚线部分为CPLD。下面仅对CPLD内部逻辑实现作简单介绍。