直流电机调速(速度环)

1、测量电机转速方法主要采用测速发电机和光电编码器两种形式。直流测速发电机由永久磁铁与感应线圈组成，用电枢获取速度信号。它具有灵敏度高、结构简单等特点，常用于高精度低速伺服系统，也可与永磁式直流电 动机组成低速脉宽调速系统。直流测速发电机的输出信号是与输入轴的转速成正 比的直流电压信号（模拟信号），信号幅度大，信号调理电路简单。由于输出电压 信号有波纹，一般需要配置滤波电路。光电编码器（增量式）主要由旋转孔盘和 光电器件组成。它具有体积小、使用方便、测量精度高等特点，常与直流电机配 合使用构成脉宽调速系统。增量式光电编码器输出的是与转角成比例的增量脉冲信号， 可以通过脉冲计 数获得角位置信号，也可

2、以定时取样脉冲数的增量实现角速度测量。 因此，可以 同时测量转角和转速（数字信号）。使用光电编码器来测量电机白转速，可以利用定时器 /计数器配合光电编码 器的输出脉冲信号来测量电机的转速。具体的测速方法有M法、T法和M/T法3种。1. M法在一定的时间Tc测区旋转编码器的脉冲个数 M1,用以计算这段时间的平 均转速，称作M法测速。M法又称之为测频法7c*编码器脉冲信号"LTLTEn_rLTLnn时神脉冲信号2. T法测速是在编码器两个相邻输出脉冲的间隔时间，用一个计数器对一直的 频率为fo的高频始终脉冲进行计数，并由此计算转速。3. M/T法是把M法和T法结合起来，既检测Tc时间旋转

3、编码器输出的脉冲个数 M1,又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲的个数 M2,用来计算转速。光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器的工作原理如图所 示，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条， 在圆盘两侧，安放发光元件和 光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90。的两路脉冲信号，如图所示。小 irLrLrLrLrLrLrLrLrB -LTLrLrLrLrLTLrLrLrn根

4、据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度 方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。1 .增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A B和Z相；A、B两组脉冲相位差90° ,从而可方便地判断出旋转方向，而 Z相为每转一个脉冲， 用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上， 抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对 位置信息。光敬借撼器/ 刻度盘2 .绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制(莱码)方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、 不透光的线条图

5、形，绝 对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可 采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：(1)可以直接读出角度坐标的绝对值；(2)没有累积误差；(3)电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的， 也就是说精度取决于位数，目前有 10位、14位等多种。3 .混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有 绝对信息功能；另一组则完全同增量式编码器的输出信息。光电编码器是一种角度(角速度)检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠，接口数字化等优点。它广泛应用

6、于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军 事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。一、增量型旋转编码器轴的每转动一周，增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单 位时间的脉冲计数可以用来测量移动的速度。 如果在一个参考点后面脉冲数被累 加，计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲A B之间相差为90。，能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号，因此可用来实 现双向的定位控制；另外，三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位 信号的脉冲(Z)。二、增量型绝对值旋转编码器绝对值编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。特别是在定位控制应用中，绝对值编码

7、器减轻了电子接收设备的计算任务，从而省去了复杂的和昂贵的输入装置：而且，当机器合上电源或电源故障后再接通电源，不需要回到位置参考点，就可利用当前的位置值。单圈绝对值编码器把轴细分成规定 数量的测量步，最大的分辨率为13位，这就意味着最大可区分8192个位置十多 圈绝对值编码器不仅能在一圈测量角位移，而且能够用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位，也就是说最大4096圈可以被识别。总的分辨率可达到 25位或 者33, 554, 432个测量步数。并行绝对值旋转编码器传输位置值到估算电子装 置通过几根电缆并行传送。假设串行绝对值编码器，输出数据可以用标准的接口 和标准化的协议传送，同时在过去点对点

8、的连接实现了串行数据传送。RD端口的RD0-7和RE端口的RE0-2是与LCD®块连接，主要是从PIC单片 机输出数据或指令到LCD模块，因此可以将其全部设置为输出方向； 另外，由于 RE0-2上电复位默认为模拟输入口，不是数字 I/O 口，因此需要对ADCON控制 寄存器配置RE0-2为数字I/O 口。由于RB端口接有3个按键K1-3和INT0外部 中断信号输入，因此需要将 RB端口配置成带有上拉功能的输入端口，可以启用 RB部弱上拉。P1A和P1B是PWM&号的输出，应将R1A和R1B配置成输出引脚。P1A和P1B分别接在L298的IN3和IN4引脚上来控制电机正反转并实

9、现对 电机的调速。此时，必须将ECCP真块初始化在PWM1式下，并且采用周期相同。放大电路的连接电路IR2111外围电路如图所示。单片机输出的 PWMt号经光耦PC817后，输出 至IR2111输入端，此处的光耦对PWMS号起到隔离、电平转换和功率放大的作 用。图中，、R2为光耦上拉电阻，其值根据所用光耦的输入和输出地电流参 数决定：Ci为电容滤波电容，C2为自举二极管，R3、R4为栅极驱动电阻。PWM1键盘输入电路转速测量电路设计一个完善的闭环系统，其定位精度和测量精度主要由测量元件决定，因此，高精度的测量转速对测量元件的质量要求相当高。 光电编码器是现代系统中必不 可少的一种数字式速度测量

10、元件，被广泛应用于微处理器控制的闭环控制系统 中。光栅盘是在圆盘边刻有很多光栅。当光源照射到光栅部分时，没有被光栅挡 住的光源就透射过去。本系统中采用了一个圆面上刻有 60个均匀光栅格的光栅 盘。当电机旋转一周时，会产生 60个光脉冲信号。光电传感器光电传感器原理是有一个发光二极管和一个由光信号控制放大的三极管组 成。由发光二极管发出红外光线通过3m碗的气隙透射到另一端的三极管上，使 得该三极管导通。其特征如下：气隙是3mm分辨率达到0.5mm大电流传输比 % 30.100 0暗电流为：0.25 A在lF=10mA寸，发光二极管产生的光线的波长为 940nmi安装时将光栅盘圆面钳到沟槽中，光电

11、传感器的发光二极管发出的红外线通 过3mnK隙照射到光栅盘，光通过光栅盘面上透光的光栅气隙可以使得光传感器 的三极管导通，从C极会输出一个低电平，被光栅挡住的光不能透过去，使得光 电传感器的C极会输出一个高电平。U4光电传感器在硬件电路设计上很简单，如图3.8.2。在光电传感器的1引脚 上接一个限流电阻R,限制流过发光二极管的电流lF=10mA&右。计算公式如下：If (Vcc -Vf)/R其中，VF 1.15V, VCC 5V, IF 10mA ,计算出 R 390 左右。REIKU4R5390R1R1U317R2K1 I"S . 4«K2K3U1D1VCCINCOM LOVBHOIR2VS NC11GND9卒D1U1R2_L C2U2ITP507R4390VCC4-L C2VBHOVSVCCINQ2