基于DSP的高速转子动平衡测试系统的转速测试法

　　大型旋转机械在运行过程中常常会因为转子的不平衡而影响正常的生产,为了减弱振动,生产过程中常需要对旋转机械进行动平衡[1].传统的动平衡 机和现场智能动平衡仪一般是以单片机为平台进行开发的,由于单片机的存储容量、运算速度、数据处理能力等的局限性,适用于中低转速转子动平衡,而 DSP(DigitalSignalProcessing)采用改进的Harvard结构,程序与数据存储空间分开,各有独立的地址总线和数据总线,取址 和读数可同时进行,可以对数字信号执行快速的数学运算,其运算能力是普通处理器所无法比拟的.为此,研发了一种基于DSP数字处理芯片的高速转子动平衡测 试分析系统,用于高速转子的现场动平衡.针对开发成功的基于DSP的高速转子动平衡系统(其总体结构框图如图1),从基于DSP平台的转速基准信号提取、 DSP转速测试以及软件设计等方面详细讲述了系统中转速测速模块的实现.

　　1　转子基准信号提取

　　系统采用转速传感器获得高速转子的转速基准信号.由于现场复杂的工况环境以及转速传感器产生脉冲的机理,通常转速基准信号为非标准TTL脉冲电平.系统中转速基准信号的应用有3个方面:

　　1) DSP捕获引脚测试转子转速,而转速传感器产生的TTL高电平为+5 V,而DSP识别的高电平为+3. 3 V、低电平为0 V,因此必须采用硬件电路实现电平变换.

　　2)锁相环路对基准信号64倍频,实现对不同转速转子整周期64点采样.

　　3)采用锁相环路对基准信号50倍频,以提供阶开关电容滤波器MF10ccn时钟脉冲,实现以转子转频为中心频率的自适应带通滤波器.

    因此转速基准号的质量关系到系统整体设计思想的成败,在系统中采用LM393构成基准信号整形电路如图2,获得上升沿和下降沿都很规则的基准信号脉冲矩形 波.比较器LM741正相输入为比较参考电压,反相输入端接基准信号.当Vin>V+时,Q1截止,电路输出Vout为高电平,当Vin电平 [2-3].

　　2　DSP事件管理器捕获单元转速原理

　　系统DSP采用TMS320LF2407, 2个事件管理器EVA、EVB,EVA与它相关的捕获单元引脚有3个,分别为CAP1、CAP2、CAP3,以通用定时器1或2作为它们的时基; EVB相关的捕获单元引脚有CAP4、CAP5、CAP6,以通用定时器3或4为时基.其中,EVA捕获单元结构框图如图3所示[4-5].

　　当捕获单元使能后,输入引脚上的指定跳变(上升沿、下降沿或上升下降沿)将所选通用定时器的计数值装入到相应的FIFO(先入先出)栈.与此同 时相应的中断标志被置位,若该中断没有屏蔽,则外设中断将产生一个中断请求信号.每当捕获到的新计数值存入到FIFO栈时,捕获FIFO状态寄存器 (CAPFIFOX)的相应位就进行调整以反映FIFO栈新的状态.从捕获单元输入引脚处发生跳变到所选通定时器的计数值被锁存之间的延时需要2个CPU 时钟周期(每个时钟周期为42 ns),因此每个输入脉冲信号必须在引脚上保持2个CPU时钟周期.具体的捕获转速测试过程如下: