直流電機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(四)

3.6 轉(zhuǎn)速及電流檢測

3.5.1 光電編碼器測速原理

本文使用的電機(jī)軸上自帶了增量式光電編碼器HEDS5500-100，當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它的輸出信號是相位差為90°的A相和B相脈沖號。從A，B兩個(gè)輸出信號的相位關(guān)系(超前或滯后)可判斷旋轉(zhuǎn)的方向。波形原理圖如圖3-10所示。

圖3-10 光電編碼器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)的輸出波形

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，A相超前B相90°。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，B相超前A相90°。根據(jù)兩相相位關(guān)系即可判斷出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。查閱該光電編碼應(yīng)用手冊可知道，光電編碼器軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，各相均輸出100個(gè)脈沖，根據(jù)該特點(diǎn)，可在一定時(shí)間內(nèi)對編碼器輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)計(jì)算便可得到轉(zhuǎn)速。光電編碼器與ATmega16的接口如圖3-11所示。

轉(zhuǎn)向鑒別電路由D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成，當(dāng)A超前B時(shí)，D觸發(fā)器輸出為高電平;當(dāng)A滯后B時(shí)，D觸發(fā)器輸出低電平。根據(jù)D觸發(fā)器Q端的電平高低，即可判斷電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。將A和B相中的一相脈沖(圖中為B相脈沖)送到ATmega16的T0定時(shí)/計(jì)數(shù)引腳進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用定時(shí)器T2進(jìn)行定時(shí)，從而計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖3-11 轉(zhuǎn)向鑒別及轉(zhuǎn)速檢測電路

3.5.2 電流檢測

在H橋回路中串入采樣電阻，電流流過該電阻時(shí)產(chǎn)生壓降，通過檢測該電壓，即可計(jì)算出電機(jī)中的電流。若該電阻取得過大，則會(huì)影響H橋下臂的驅(qū)動(dòng)電壓，取得過小，不利于提高檢測精度。這里我們?nèi)?.1Ω，當(dāng)電機(jī)工作在額定狀態(tài)時(shí)，電流約為5A，此時(shí)，壓降為0.5V，再將該電壓放大5倍后，送入ATmega16的A/D轉(zhuǎn)換通道0。電流檢測電路如圖3-12所示。Vout接ATmega16的PA0腳即ADC0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。電阻的功耗為：PR耗=I2R=52×0.1=2.5W。

選擇0.1Ω，5W的電阻即可滿足要求。R19與C20構(gòu)成濾波電路。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流很大，此時(shí)運(yùn)放輸入電壓也較大，為保護(hù)運(yùn)放不受損壞，加入二極管D5與D6，對輸入電壓進(jìn)行限幅。A/D檢測電壓V測與實(shí)際電流I關(guān)系為：V測=I×0.1×5(V)=0.5I(V)。