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全数字伺服系统中位置环和电子齿轮的设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  
  Kg=spdt1/spdt2(7)
  
  则式(6)变为
  
  ΔPgspdt1=ΔPfspdt2(8)
  
  式中:spdt1可以看作是指令脉冲的电子齿轮系数,而spdt2可看作是反馈脉冲的电子齿轮系数。
  
  为了更加详细地说明电子齿轮的用途,下面将分两种情况来分析。
  
  3.1.1对指令脉冲频率的跟踪
  
  此时电机的速度由指令脉冲的频率决定,其转速v(r/min)与输入脉冲频率fin(Hz)的关系如下:
  
  v=1000finspdt2/6spdt1(9)
  
  通过设置两个电子齿轮系数,可以在同一个输入脉冲频率下获得不同的电机稳定转速。另外,输入的最高脉冲频率不能超过DSP识别的范围,这里考虑DSP在读取电平值时,该电平至少需要维持2个机器周期的时间,因此最大的输入脉冲频率为
  
  finmax=(20/4)MHz=5MHz
  
  在伺服系统的一般应用中,输入脉冲频率一般在几十到几百kHz。这种情况下如果电机处于速度控制模式下,可以通过调节指令脉冲频率来实现电机的调速;如果电机位于位置控制模式下,则需要对指令脉冲和反馈脉冲的脉冲误差进行累计,最终全部输出,这一步可以通过位置环的脉冲误差累加器ΔS来实现。
  
  3.1.2对指令脉冲个数的跟踪
  
  这种情况下输入的脉冲个数决定于电机连接的机械轴的实际位移量。其机械总位移L与输入脉冲的个数S有如下关系:
  
  L=SΔPg(10)
  
  结合式(5)和式(6)
  
  
  
  ,可得
  
  L=(SLspdt2/10000spdt2)(11)
  
  通过设定spdt1和spdt2,可以在相同的脉冲输入个数下获得不同的机械轴位移。另外,在这种情况下,当输入脉冲的频率高于电机在额定转速时对应的输入脉冲频率时,就会出现滞留脉冲的情况。与第一种情况类似,可以通过脉冲误差累加器ΔS来保存滞留脉冲,并最终输出,从而实现电机定位时的无误差。
  
  3.2电子齿轮的软件实现
  
  这里使用F240DSP内部的两个可逆计数器来完成对指令脉冲和反馈脉冲的读取。在F240芯片中国共产党有3个定时计数器,其中T1用作周期定时器,T2作为反馈脉冲计数器,T3作为指令脉冲计数器。其中T2配合DSP内部的QEP电路使用,接受光电编码盘的反馈信号并4倍频使用。T3计数器工作方式定义为外部时钟,并采用双向可逆计数。程序中,通过每个采样周期对T2和T3的计数寄存器的读取来获得指令脉冲和反馈脉冲个数。在每个采样周期T内,通过读取反馈信号获得的脉冲个数记为DT2,通过读取指令信号获得的脉冲个数记为DT3。因此在电机跟踪输入脉冲频率的情况下,电机的转速应为
  
  v=(1000DT3spdt2/6spdt1T)(12)
  
  其中误差累加器ΔS的值为
  
  
  
  当电机在固定输入频率下稳速运行时,其动态平衡方程为
  

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