TMS320F2812 DSP在柴油发电机组频率测量中的应用

0 引 言
    对于柴油发电机组而言，调频性能的好坏，是决定整个发电机组电气性能的关键，决定了它的电压特性、带载能力。而传统的模拟频率调节装置要实现复杂的控制规律或扩展更多的功能，就必然造成结构复杂，成本提高，可靠性降低的问题。随着微处理器技术和现代控制理论的发展，柴油发电机的频率调节从传统的模拟技术转向数字控制。数字式控制器具有算法灵活、精度高、抗能力强等特点，对数字式控制器的研究已成为柴油发电机领域的热门课题。本文论述的就是柴油发电机数字控制器中频率测量环节的功能实现。

1 测频原理
    系统的原理框图如图l所示，柴油发电机的频率可由光电编码器来检测，码盘与机组传动轴连接，能够产生两个频率变化且正交(即相位相差90°)的脉冲，DSP通过其EV管理器的正交编码脉冲QEP电路对脉冲频率或周期进行测量，从而测得机组转速，机组转速n与同步发电机发电频率f之间满足：

f=pn/60    （1）
其中p为发电机的极对数。故由此可间接测得柴油发电机的频率。

而测取机组转速的方法有T法、M法和M／T法，T法是通过测量光电码盘所产生的相邻两个脉冲之间的时间来确定转速，故适合测量较低转速；M法则是在一定的时间间隔内对光电码盘所产生的脉冲进行计数来确定转速，故适合测量较高转速；而M／T法由于结合了前两者的特点，所以在测速场合被广泛使用。其原理是，由定时器确定采样周期T，定时器的定时开始时刻总与脉冲编码器的第一个计数脉冲前沿保持一致，在T的期间内得到脉冲数M1，同时，另一个计数器对标准的时钟脉冲进行计数，当T定时结束时，只停止对脉冲计数器的计数，而T结束后脉冲编码器输出的第一个脉冲前沿时，才停止对标准时钟的计数，并得到计数值M2，其持续时间为T+△T，即可以推导出此时转速为：

其中K为编码器旋转一周的脉冲数；fs为标准的时钟脉冲的频率。由式(1)可得，机组频率为：

按此方法测频，脉冲数M2会存在多1或少1的误差，但由于fs远高于光电脉冲频率，所以由其引起的误差很小，测量精度大大提高。

2 测频系统的实现
    光电码盘有A，B，Z三相输出信号，其中A和B相信号相位相差90°，Z相信号称零位信号。因A和B相信号的电平超过DSP的输入电平，故需先进行信号调理，使其变为O～3 V的电平信号，测频系统需要将A相调理信号接入DSP的EVA的CAPl／QEP1脚，将B相调理信号接入DSP的EVA的CAP2／QEP2脚即可。由于CAPl／QEPl，CAP2／QEP2为正交解码电路与捕获单元的复用脚，故需配置CAPCONA寄存器来使能正交解码电路。
    正交编码脉冲电路的时基可由EVA的通用定时器T2提供，通用定时器必须设置成定向增／减计数模式，并以正交编码脉冲时钟源。机组的旋转方向可通过检测两个脉冲序A、B那一个先到达来确定，转速可由脉冲数和脉冲频率来决定。EVA模块中的正交编码脉冲电路的方向检测逻辑决定了两个序列中哪一个是先导序列，接着它就产生方向信号作为通用定时器T2的计数方向输入。如果CAPl／QEP1输入是先导序列，则通用定时器进行增计数；如果CAP2／QEP2输入是先导序列，则通用定时器进行减计数。两列正交输入脉冲的两个边沿都被正交编码脉冲电路计数，因此产频率是每个输入序列的4倍，并把这个时钟作为通用定时器T2的输入。定时器T2在计数器上溢或下溢时翻转，并重新开始计数。
    设置通用定时器T1的时钟输入为fs，并开通定时器中断，中断周期为转速的采样周期T，则定时器每隔时间T向CPU发送一次中断请求。利用光电码盘输出脉冲的上升沿启动采样周期定时器工作的同时，启动时钟脉冲计数器工作。测频中断服务程序如图2所示。

3 结 语
    实验表明，当光电码盘的K=1 024，同步发电机p=2，T=10 ms时，正常转速时，频率测量误差为±0．03％，可见，利用M／T法测量机组转速和频率，在较宽的转速范围内均能获得较高的精度。