基于DSP的直流伺服电机调速系统的控制设计与仿真(4)

本系列电动机可配用的是ＷＫ、ＳＫ系列直流调速电源，实现无级调速、张力控制、正反运行等功能；该系列稳压电源采用脉宽调制技术，选用先进的开关器件设备，具有体积小，工作无噪音、效率高、并具有先进的短路保护功能（能保证电动机频繁正反转），且电枢输出电压稳定度高、其电枢电压从零到额定值连续可调，这使得电动机调速极为方便。ＷＫ、ＳＫ系列电源由于工作频率高，从而保证电动机在低速下能稳定工作（即不出现爬行现象）是替代可控硅调速电源理想换代产品。

根据实际的实验需要选用的稳压电源为ＳＫ系列ＳＫ４００Ｂ型稳压电源。其主要技术参数如下：

输入电压：ＡＣ２００Ｖ

输出电压：ＤＣ０～２２０Ｖ

额定输出电流：ＤＣ２Ａ

最大输出电流：４Ａ

过载能力：２倍额定输出电流不超过１分钟

启动时问：ｌ～５ｓ

停止时间：ｌ～５ｓ

励磁电压（ＤＣ）：２２０Ｖ

励磁电流（ＤＣ）：０．５Ａ

工作环境温度：一２¨＋４５０Ｃ

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保险丝：＜ＳＡ

安全性能：ＡＣ输入端子与外壳间电阻不低予１０Ｍ．Ｏ；ＡＣ输入端子与外壳间耐压强度ＡＣｌ０００Ｖ，ｌｍｉｎ无异常现象。

经实验，本电源可以真接接２２０Ｖ的交流电作为输入电压。

下面再重点介绍一下构成闭环的光电编码器。

２．４．３光电编码器的选型与原理

因为光电编码器一般都大同小异，所以只要能满足要求即可。

机电控制的关键在于对机械参数，如速度、位置、位移、压力、温度、流量等信息的采集（提取）和处理∞】．信息采集主要依靠各种类型的传感器，传感器是信号检测的工具，是将机电控制系统中被检测对象的各种物理变化量变化为电信号的一种交换器。根据被测物理量的不同，常用的传感器分为位移、位嚣传感器、速度和加速度传感器、力和力矩传感器、温度传感器、湿度传感器等。

常用的速度传感器有测速发电机、增量式光电编码器等。测速发电机的输出含有大量的谐波分量，这些谐波分量主要是磁路的非线性引起的，连同磁路的小对称而产生的基频电压一起，组成了“剩余电压”，即使测速发电机的转轴小对称，这些电压也不会等于零，所以测速电机有速度误差。另外，测速电机的电刷与整流子之间的接触电阻的小稳定性、温度对电阻的影响以及涡流等因素都影响它输出的线性度。而光电码盘测速具有精度高、线性度好的优点，再考虑ＤＳＰ本身具有正交编码单元电路（ＱＥＰ）和捕获单元电路（ＣＡＰ），这是专为编码器应用设计的电路，使外围辅助电路大大减少，从而简化了硬件电路设计。因此，本系统采用光电增量式编码器作为测速反馈元件。

光电编码器是一种回转式数字测量元件，通常装在被检测轴上，随被测轴一起转动，可将被测轴的角位移转换为增量脉冲形式或绝对式的代码形式。它一般实时测量执行部件的速度信号，并变换成速度控制单元所要求的信号形式，将运动部件现实速度反馈到速度控制单元，以实施闭环控制．下面主要介绍一下光电编码器的工作原理。

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先来看一下一个编码器的结构图，如图２．１

图２．１编码器实物图

光电编码器的指示光栅上有Ａ组与Ｂ组两组狭缝，彼此错开１，４节距，两

组狭缝相对应的光敏元件所产生的信号Ａ、Ｂ彼此相差９０。相位，用于辫向，如图２－１中的Ａ、Ｂ两组。工作原理如图２．２所示。

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图２－２电机正反转时编码信号变化

光电码盘有一明暗相阅的圆环以及一个附加的作为参考点的明条。在圆盘的一侧有光源，另一侧正对着两相邻的明暗区紧挨着有两个光敏接收元件．这两个光敏接收元件的安装位置应恰好使得在一个明暗区周期中或每当光电盘旋转一个节距时，产生具有９０度相位差的正弦波信号Ａ和Ｂ，这一组信号送到放大器进行整形、放大后，产生一系列矩形脉冲，分Ａ、Ｂ和ｚ三相输出，其中Ａｎ相、Ｂ相相差９０度，Ｚ相为零位脉冲。正转时Ａ相领先Ｂ相９０度；反转时，Ｂ相领先Ａ相９０度。根据这一关系，将编码器通过～机械传动机构与电机轴相连，通过读取Ａ、Ｂ数字脉冲的个数及哪一列先到来，即可确定电机的转速与转向。电机正反转时，Ａ，Ｂ脉冲的状态变化如图３．１所示，其中ＣＷ表示正转，此时Ａ相在前，Ｂ相在后，信号变化依次为：ｌＯ、ｌｌ、０１、００；ＣＣＷ表示反转，此时Ｂ相在前，Ａ相在后，信号变化依次为：Ｏｌ、ｌｌ、１０、００．

归纳一下：Ａ、Ｂ两相的作用主要有：

☆根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；

☆根据脉冲的频率可得被测轴的转速：

☆根据Ａ、Ｂ两相的相位超前滞后关系可判断被测轴旋转方向；

☆后续电路可利用Ａ、Ｂ两相的９０。相位差进行细分处理（四倍频电路实现）。本系统就主要用到Ａ、Ｂ两相的作用。

其它仪器有霍尔传感器、实验板及其电源，ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ实验板及仿真器，上位ＰＣ机，美国泰克ＴｅｋｔｒｏｎｉｘＴＤＳ２１０双通道数字滤波器（带宽６０ＭＨｚ，最大采样速率ｌＧＳ／ｓ），数字万用表。