基于DSP的光电编码器、旋转变压器精度检测。.doc

1、精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 精度检测卡 文件状态 草稿文件 正式文件 更改正式文件 文件标识： 当前版本： V1.0 作者 张国鑫 完成日期 2013-4-17 精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 修改记录 版本 日期 修改人 改动涉及部分或页码 改动内容 精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 1 目 录 1、设计目标 .1 2、机械结构及安装 .2 2.1、旋转变压器的结构及安装 . 2 2.1.1、旋转变压器的结构 . 2 2.1.2、旋转变压器输出方式 . 4 2.1.3、旋转变压器的安装及误差 . 4 2.2、光电编码器

2、的结构及安装 . 6 2.2.1、光电编码器的结构 . 6 2.2.2、光电编码器的安装 . 6 2.3、精度检测实验安装方式 . 7 3、信 号接口 .9 3.1、旋转变压器信号线接口 . 9 3.2、光电编码器信号线接口 . 12 3.3、 LCD 显示接口 . 13 4、硬件设计 . 14 4.1、 DSP 资源分配 . 14 4.2、原理图 . 15 4.2.1、光电编码器部分 . 15 4.2.2、旋变解码芯片部分 . 15 4.2.3、显示部分 . 16 4.2.4、 DSP 芯片原理图 . 17 4.3、 PCB 制版 . 18 4.4、硬件实物图 . 19 5、软件设计 . 2

3、0 5.1、算法原理 . 20 5.2、算法流程图 . 21 5.3、时序图 . 22 5.3.1、 LCD 模块时序图 . 22 5.3.2、旋变解码芯片时序图 . 22 5.3.3、光电编码器时序图 . 23 5.3.4、精度检测流程图 . 24 6、实验调试 . 25 6.1、显示模块调试 . 25 6.2、光电编码器调试 . 28 6.3、旋变角度采样调试 . 31 6.3.1、读写调试 . 31 6.3.2、激励信号 . 31 精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 2 6.3.3、旋变角度 . 33 6.4、精度检测调试 . 36 6.4.1、不同转速下的最大误差

4、. 36 6.4.2、单次最大误差研究 .错误 !未定义书签。 6.4.2、定转速下误差研究 .错误 !未定义书签。 6.4.3、检测频率及显示频率 . 42 7、讨论事项 . 44 7.1、硬件方面： . 44 7.2、软件方面： . 44 7.3、设计方面： . 44 8、改进及优化 . 45 精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 1 1、设计目标 旋转变压器精度检测系统主要应用于潜油项目，目的在于检测旋转变压器在电机上安装的精度并予以显示。 根据需要，本次设计采用 ADI 公司的 AD2S1210 旋转变压器 解码芯片 （以下简称为：旋变解码芯片） 和 TI 的 DSP

5、28069 来实现旋变解 码和精度检测的功能。 其中旋变 解码器 将 绝对式 角度信号 通过 SPI 通讯方式发送至 DSP，光电编码器 将增量式角度信号经过 电平转换芯片后 发送至 DSP。 精度检测的方法是以光电编码器为基准，将光电编码器采样的数据和旋转变压器解码芯片得到的数据做差，认为得到的差值就是旋转变压器的精度。最后将精度通过 LCD 显示。精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 2 2、机械 结构及 安装 2.1、旋转变压器的结构及安装 2.1.1、旋转变压器的结构 根据转子电信号引进、引出的方式，分为有刷旋转变压器 （如图 2-1） 和无刷旋转变压器 （如图 2-

6、2） 。 有刷点击 的转子绕组通过滑环和电刷 直接引出，其特点是结构简单，体积小，但因电刷与滑环是机械滑动接触的，所以旋转变压器的可靠性差，寿命也较短。 图 2-1 有刷旋转变压器结构图 图 2-2 无刷旋转变压器结构图 目前无刷旋转变压器有两种结构形式。一种称作环形变压器式无刷旋转变压器，另一种称作磁阻式旋转变压器。 （ 1）环形变压器式无刷旋转变压器 （如图 2-3） 环形变压器式无刷旋转变压器在结构上和有刷旋转变压器一样。它的一个绕组在定子上，一个在转子上，同心放置。转子上的环形变压器绕组和作信号变换的转子绕组相联，它的电信号的输入输出由环形变压 器完成。 精度检测卡 V1.0 中科德润

7、 研发中心 电机与控制部 3 图 2-3 无刷式旋转变压器 （ 2）磁阻式旋转变压器 （如图 2-4） 磁阻式旋转变压器的励磁绕组和输出绕组放在同一套定子槽内，固定不动。但励磁绕组和输出绕组的形式不一样。两相绕组的输出信号，仍然应该是随转角作正弦变化、彼此相差90 度 电角度的电信号。 图 2-4 磁阻式旋转变压器 （ 3） 多极旋转变压器 （如图 2-5） 图 2-5 是共磁路结构，粗、精机定、转子绕组公用一套铁心。 粗 机， 是指 单对磁极的旋转变压器， 精度低； 精机 ， 是指多对 磁 极的旋转变压器，精度高。 图 2-5 多极旋转变压器结构示意 精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心

8、 电机与控制部 4 2.1.2、旋转变压器输出方式 根据信号输出的方式，分为正余弦旋转变压器、线性旋转变压器、特种函数旋转变压器。 1） 正余弦旋转变压器 正余弦旋转变压器 在定子槽中分别布置有两个空间互成 90 的绕组，一个是定子激磁绕组，一个为定子交轴绕组 (补偿 )，两套绕组的结构是完全相同的。 在转子槽中 也 分别布置有两个空间互成 90 的绕组，一个正弦输出绕组，一个余弦输出绕组，两套绕组的结构是完全相同的。 正余弦旋转变压器的输出电压与转子转角成正余弦函数关系 。 2） 线性旋转变压器 输出电压与转角成正比的旋转变压器叫做线性旋转变压器。 3） 特种函数旋转变压器 特种函数旋转变压

9、器就是输出电压与旋转角度成特殊函数关系，该种变压器通用性小 。 2.1.3、旋转变压器的安装 及误差 旋转变压器的安装可以分为两种： （ 1） 旋转变压器 安装在机壳内 优点是： 可以缩短电机和旋变的总长度； 缺点是： 因电机漏磁易引起温升；同时，也不易于产品维护。 （ 2） 旋转变压器 安装在机壳外 优点是：不易受电机温升和电磁干扰影响；同时，也比较便于维护； 缺点是： 延长了电机主体长度。 旋转变压器的安装误差一般可分为三种： （ 1）径向跳动 图 2-6 径向跳动 误差应在 0.03mm 以内。 （ 2）垂直度 精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 5 图 2-7 垂直

10、度 误差应在 0.03mm 以内。 （ 3）轴向调整 图 2-8 轴向调整 轴向间隙 误差应在 0.25mm 以内。 精度检测卡 V1.0 中科德润 研发中心 电机与控制部 6 2.2、光电编码器的结构及安装 2.2.1、光电编码器的结构 增量式光电编码器主要由光源、码盘 （如图 2-9） 、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成 （ 如图 2-10）。 图 2 -9 光电编码器码盘 图 2-10 光电编码器结构 码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有 A、 B 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开 1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差 90电度角。当 码盘 随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出 两组相位相差 90电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。 2.2.2、光电编码器的安装 光电编码器安装在主轴，与钢辊同步，即钢辊转动一周，光电编码器转动一周。要求转动平稳无震动，高速旋转时不打滑。 安装同旋转变压器。