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Instrum ent Technique and Sensor
Jan
1
2010
通道的信号限制在允许的
0
～
3
1
3 V
之间 。值得注意的是实验
平台中
,
由于是线性信号而非脉冲信号
,
因此该电路要与
D SP
的模拟地共地
,
所以在调试中需要仔细确定输给
D SP
的电压在
允许的范围内 。
2. 2. 2
速度传感器及接口电路设计
为了测量电机转子的转速和转子的位置
,
在电机轴末端安
装了速度传感器 。该传感器采用
O IH48
系列的增量式光电编
码盘
,
可产生
A
、
B
两路频率可变 、
相位固定相差为
90
度的脉冲
序列
,
以及一路转子每转过一圈就输出一次的
Z
信号复位脉
冲 。可以根据这
3
路信号选择合适的方法来实时测量电机转
子的转速和位置 。该编码盘工作在直流
5 V
的电压下
,
输出的
脉冲信号幅值也是
5 V
直流电压
,
然而
2407D SP
芯片的输入电
压应控制在
3
1
3 V
以下
,
为了避免过电压的输入而导致
D SP
不
正常工作
,
适应
Q EP
电路引脚的电平输入范围
,
光电编码盘输
出的
A
、
B
、
Z 3
路信号均通过了脉冲信号调理电路后再输入给
D SP,
电路图如
4
所示 。
图中芯片为
HCPL4504
快速光耦
,
光电编码盘输出的
3
路
信号由
2
脚输入
, 6
脚输出
,
通过该芯片可以实现将输入的
5 V
脉冲信号序列转换成
3
1
3 V
幅值的脉冲输出
,
其中
R
M
和
R
L
参
数的大小直接影响了输出信号的传播延迟
,
参考芯片资料并经
反复实验
,
选择
R
M
= 250
Ω
, R
L
= 2 k
Ω
,
使得输出给
Q EP
引脚的
脉冲波形在电机转速为
3 000 r/m in
时失真也很小
,
同时它也起
到了隔离作用
,
使输入
D SP
中
QEP
引脚的电平波形平整
,
满足
了系统调试的要求 。
图
4
脉冲信号调理电路
2. 2. 3
电流传感器及接口电路设计
无轴承永磁同步电机要进行滞环比较
,
所以电流检测与转
换的精度对电机的控制性能有重要影响 。电流传感器采用型
号为
CSN E - 151 - 100
的磁平衡式霍尔电流传感器
,
它可以通
过选择不同的原级
/
次级匝数比
( 1
∶
1000
～
4
∶
1000) ,
来选择
4
种电流测量量程 。根据电机参数选择第三量程
,
则额定电流为
24 mA.
接测量电阻选择为
100,
此时测量电阻两端电压为
- 2
1
4
～
+ 2
1
4 V ,
由于进行硬件电流滞环比较所需的最高幅值电压
为
5 V ,
所以需要接口电路进行电压转换
,
使其调整为
- 5
～
+ 5
V
范围之内
,
其中一路接口电路如图
5
所示
,
其幅值调整通过
R
435
实现
, R
430
为电流信号取样电阻
, C
431
为滤波电容 。
图
5
电流反馈电路
2. 3
检测系统的软件设计
无轴承永磁同步电机的控制系统是用
C
语言和汇编语言
混合编写而成的
,
在
CCS2000
集成开发环境上编译 。检测系统
部分的程序流程图如图
6
所示 。
3
试验研究
实验样机参数如下
:
额定功率
1 kW ,
电机气隙
2 mm , 36
槽
,
电 机 转 矩 绕 组 极 对数
2,
电 阻
2
1
01
Ω
,
直 轴 和 交 轴 电 感
0
1
008 H ,
转动惯量
0
1
00 769 kg
・
m
2
,
悬浮力绕组极对数
3,
电阻
1
1
03
Ω
,
辅助机械轴承气隙为
0
1
5 mm.
图
7
是电机在空载情况
下
,
转速
1 200 r/m in, x
、
y
方向的位移波形以及转矩绕组电流
i
1A
和悬浮力绕组电流
i
2A
的波形 。图
8
所示是转速为
1 500 r/m in
时
,
转矩绕组
A
相给定电流及反馈电流波形
,
其中有谐波分量
的为反馈电流波形 。从图中可以看出
,
在不同转速下
,
转矩绕
组的反馈电流在幅值和相位上很好的跟踪给定电流
,
具有很好
的电流环调节性 。从试验中我们可知检测电路性能良好
,
波形
准确 。