TMS320F2812 DSP在柴油發(fā)電機組頻率測量中的應(yīng)用

0 引 言
    對于柴油發(fā)電機組而言，調(diào)頻性能的好壞，是決定整個發(fā)電機組電氣性能的關(guān)鍵，決定了它的電壓特性、帶載能力。而傳統(tǒng)的模擬頻率調(diào)節(jié)裝置要實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律或擴展更多的功能，就必然造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高，可靠性降低的問題。隨著微處理器技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，柴油發(fā)電機的頻率調(diào)節(jié)從傳統(tǒng)的模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字控制。數(shù)字式控制器具有算法靈活、精度高、抗能力強等特點，對數(shù)字式控制器的研究已成為柴油發(fā)電機領(lǐng)域的熱門課題。本文論述的就是柴油發(fā)電機數(shù)字控制器中頻率測量環(huán)節(jié)的功能實現(xiàn)。

1 測頻原理
    系統(tǒng)的原理框圖如圖l所示，柴油發(fā)電機的頻率可由光電編碼器來檢測，碼盤與機組傳動軸連接，能夠產(chǎn)生兩個頻率變化且正交(即相位相差90°)的脈沖，DSP通過其EV管理器的正交編碼脈沖QEP電路對脈沖頻率或周期進行測量，從而測得機組轉(zhuǎn)速，機組轉(zhuǎn)速n與同步發(fā)電機發(fā)電頻率f之間滿足：

f=pn/60    （1）
其中p為發(fā)電機的極對數(shù)。故由此可間接測得柴油發(fā)電機的頻率。

而測取機組轉(zhuǎn)速的方法有T法、M法和M／T法，T法是通過測量光電碼盤所產(chǎn)生的相鄰兩個脈沖之間的時間來確定轉(zhuǎn)速，故適合測量較低轉(zhuǎn)速；M法則是在一定的時間間隔內(nèi)對光電碼盤所產(chǎn)生的脈沖進行計數(shù)來確定轉(zhuǎn)速，故適合測量較高轉(zhuǎn)速；而M／T法由于結(jié)合了前兩者的特點，所以在測速場合被廣泛使用。其原理是，由定時器確定采樣周期T，定時器的定時開始時刻總與脈沖編碼器的第一個計數(shù)脈沖前沿保持一致，在T的期間內(nèi)得到脈沖數(shù)M1，同時，另一個計數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)的時鐘脈沖進行計數(shù)，當(dāng)T定時結(jié)束時，只停止對脈沖計數(shù)器的計數(shù)，而T結(jié)束后脈沖編碼器輸出的第一個脈沖前沿時，才停止對標(biāo)準(zhǔn)時鐘的計數(shù)，并得到計數(shù)值M2，其持續(xù)時間為T+△T，即可以推導(dǎo)出此時轉(zhuǎn)速為：

其中K為編碼器旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)；fs為標(biāo)準(zhǔn)的時鐘脈沖的頻率。由式(1)可得，機組頻率為：

按此方法測頻，脈沖數(shù)M2會存在多1或少1的誤差，但由于fs遠高于光電脈沖頻率，所以由其引起的誤差很小，測量精度大大提高。

2 測頻系統(tǒng)的實現(xiàn)
    光電碼盤有A，B，Z三相輸出信號，其中A和B相信號相位相差90°，Z相信號稱零位信號。因A和B相信號的電平超過DSP的輸入電平，故需先進行信號調(diào)理，使其變?yōu)镺～3 V的電平信號，測頻系統(tǒng)需要將A相調(diào)理信號接入DSP的EVA的CAPl／QEP1腳，將B相調(diào)理信號接入DSP的EVA的CAP2／QEP2腳即可。由于CAPl／QEPl，CAP2／QEP2為正交解碼電路與捕獲單元的復(fù)用腳，故需配置CAPCONA寄存器來使能正交解碼電路。
    正交編碼脈沖電路的時基可由EVA的通用定時器T2提供，通用定時器必須設(shè)置成定向增／減計數(shù)模式，并以正交編碼脈沖時鐘源。機組的旋轉(zhuǎn)方向可通過檢測兩個脈沖序A、B那一個先到達來確定，轉(zhuǎn)速可由脈沖數(shù)和脈沖頻率來決定。EVA模塊中的正交編碼脈沖電路的方向檢測邏輯決定了兩個序列中哪一個是先導(dǎo)序列，接著它就產(chǎn)生方向信號作為通用定時器T2的計數(shù)方向輸入。如果CAPl／QEP1輸入是先導(dǎo)序列，則通用定時器進行增計數(shù)；如果CAP2／QEP2輸入是先導(dǎo)序列，則通用定時器進行減計數(shù)。兩列正交輸入脈沖的兩個邊沿都被正交編碼脈沖電路計數(shù)，因此產(chǎn)頻率是每個輸入序列的4倍，并把這個時鐘作為通用定時器T2的輸入。定時器T2在計數(shù)器上溢或下溢時翻轉(zhuǎn)，并重新開始計數(shù)。
    設(shè)置通用定時器T1的時鐘輸入為fs，并開通定時器中斷，中斷周期為轉(zhuǎn)速的采樣周期T，則定時器每隔時間T向CPU發(fā)送一次中斷請求。利用光電碼盤輸出脈沖的上升沿啟動采樣周期定時器工作的同時，啟動時鐘脈沖計數(shù)器工作。測頻中斷服務(wù)程序如圖2所示。

3 結(jié) 語
    實驗表明，當(dāng)光電碼盤的K=1 024，同步發(fā)電機p=2，T=10 ms時，正常轉(zhuǎn)速時，頻率測量誤差為±0．03％，可見，利用M／T法測量機組轉(zhuǎn)速和頻率，在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均能獲得較高的精度。