高速工业平缝机转速测量方法研究

2011-10-08 23:29:11来源: 互联网
0 引 言
    随着近年缝制工业的发展,高速工业平缝机以其自动化程度高、操作简单以及能大幅度提高缝制效率,逐步取代传统的机械式缝纫机。目前我国对工业缝纫机的需求巨大。高速工业平缝机的主要技术难点在于快速精确的停针控制,由于缝制工艺的特殊性,一般要求在300~8 000 r/min速度范围内,控制在3圈内停针,并且停针精度在±5 mm内。这样对停针控制算法有较高的要求,因此对提供给控制算法的速度参数精度要求较高,本设计要求速度测量误差不大于O.5%。


1 无刷直流电机的速度测量
    速度测量的方法有很多种,如霍尔转速传感器、测速发电机、光电式转速传感器、感应式转速传感器和旋转变压器式转速传感器等。在工业平缝机中,用的比较多的是增量式光电编码器,它不但可以检测电机的转速,而且还可以测定电机的运动方向,增量式光电编码器的工作原理是:在刻度盘上均匀分布着一定数量的光电孔,当光透过光电孔的时,光敏传感器产生逻辑“1”信号;当发光二极管被遮住时,光敏传感器产生逻辑“0”信号。如此,两个光敏传感器会产生A,B两路相位相差90°的正交信号。
    通过检测光电编码器输出的脉冲,可以计算出平缝机的速度。通过选择不同的光电编码器,电机旋转一周可以产生不同的不同个数的脉冲信号。这里假设电机旋转一周产生的脉冲数为N。,转速的算法可以采用两种算法。
1.1 脉冲计数法
    在单位时间内对位置脉冲信号计数,以获得单位时间的转角来计算速度。若时间间隔为采样时间Ts,测量的脉冲数为M,则被测的速度由:

   
计算得到。采样周期Ts由控制系统的性能决定,则转速n与单位时间内脉冲数成正比。
    脉冲计数方法对转速的测量可以通过如下的软件流程完成,M由两次采样的差值获得,即t=ksT,时刻的M值为:

   
式中:θ(k)为t=kTs时采用的位置信号,具体的实现后文会有讲述。
1.2 脉冲周期法
    测量位置信号一个周期的时间,以获得固定角度的时间来计算速度。其中时间的测量可以通过微处理器的时钟计数来获得。若微处理器的时钟频率为fo,一个位置脉冲信号周期内计数的时钟数为m,则被测试的速度可由:

   
计算得到。当微处理器的时钟f0和脉冲数N0确定后,转速n与脉冲周期内时钟数m成反比。
    脉冲周期测量方法,可以用光电编码器的信号A或者B对微处理器的定时器产生外部中断来测量脉冲的宽度,再由式(2)计算获得转速。
1.3 两种测量方法的实现
    在高速工业平缝机的硬件设计中,选用了基于ARM7内核的LPC2138作为主控制器,利用LPC2138的外部捕获功能,通过软件编程,比较容易实现光电编码器的脉冲信号捕获来计算速度。LPC2138可以通过软件配置其时钟频率,本设计中采用了12 MHz的时钟频率。同时需要注意的是,为了保证电路的可靠性,光电编码器的脉冲信号最好先经过高速光耦隔离后再接入LPC2138的捕获引脚。对于脉冲计数法,利用定时器定时中断,在中断处理程序里面读取捕获到的光电编码器脉冲的数目,根据式(1)可以计算出速度。对于脉冲周期法,光电编码器的脉冲信号会触发处理器中断,在相应的中断处理函数里面读取定时器的寄存器的值,进而根据式(2)可以计算到速度。


2 两种测量方法的精度分析
    在使用增量式光电编码盘构成的直流无刷电机位置检测系统中,位置的测量精度取决于光电编码器在电机旋转一周中输出的脉冲数,常见的输出脉冲数有240,720,1 024等,本设计采用输出为720的光电编码器。下面分析速度测量的精度。

[1] [2]

关键字:无刷直流电机  高速工业平缝机  速度测量  宽范围调速

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1008/article_3649.html
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