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基于TMS320F2812 DSP捕获单元的柴油发电机组的转速测量系统




关键词:
1 引言
   
应用于高层建筑、银行、机场和油田等场合的柴油发电机组,必须采用相应方法控制其供电电压和频率,以确保在机组运行中具有良好的电气性能,满足应用要求。其频率控制一般是通过转速控制实现,目前应用较多的为模拟式转速调节器。由于模拟式调节器不易实现复杂控制规律、结构复杂。故采用数字式控制器。数字式控制器具有算法灵活.可实现复杂控制规律、抗干扰能力强等特点,是实现柴油发电机组转速的高精度调节的理想选择。因此,这里提出了一种以TMS320F2812 DSP为核心的转速数字控制器的测速功能系统设计.该设计方案是进一步实现转速数字控制的基础。

2 转速测量原理
   
在测量和控制柴油发电机组转速时,需用转速传感器检测机组转速.柴油发电机组经常使用磁电式转速传感器(图1),该转换传感器是在永久磁铁上安装一感应线圈.并将传感器安装于柴油机飞轮附近.与柴油机的测速飞轮构成一个磁回路。当柴油发电机组转动时.由于飞轮带有齿槽,就会使回路磁阻发生变化,从而在转速传感器的线圈中产生感应电势,即转速电压信号,转速传感器线圈输出的平均电压值为0.5~6 V,其频率为:

    f=Zn/60  (1)
式中:Z为柴油机飞轮齿数,n机组转速。
    将传感器输出信号调理后变成速度频率的数字信号输入TMS320F2812 DSP的捕获单元,捕获被测信号电平的跳变沿(比如上升沿),从而可在被测信号的一个周期内,对标准时钟f0的周期数计数,若得到的周期数为K,则显然被测信号的周期(T)可表示为:

    T=K/f0    (2)
    于是,由(1)式和(2)式可得柴油发电机组的转速为:

    n=60f0/ZK    (3)
    通过DSP程序按(3)式即可计算机组转速。


3 转速测量系统设计
3.1 硬件电路设计
   
若飞轮齿数Z为159,柴油机额定转速为1 500 r/min,根据上述测量原理,给出以TMS320F2812 DSP为核心的转速测量系统的硬件设计,如图2所示。

    磁电式转速传感器的输出信号首先由R1和C组成的滤波电路滤波,其截止频率fc根据柴油机在额定转速时传感器输出信号的频率确定,而因fc=l/(2πR1C),从而确定R1和C,可见这两者的取值与柴油机转速和飞轮齿数有关。需要注意的是这两者取值应按实际设备参数确定。传感器输出模拟信号,要送入DSP需将其转换为数字信号,因此采用VQ开关状态,经VQ转换后其集电极输出信号需由反相施密特触发器变换后(即经过信号整形后)再送入DSPTMS320F2812的捕获单元CAPl。该捕捉单元有一个专用的2级深度FIF0堆栈.顶层堆栈由CAPI FIF0组成,底层由CAPlFBOT组成。测速分两次捕捉.第一次捕捉到引脚发生的指定变化时,捕获单元将捕捉所选用计数器的计数值并把该值写入FIF0堆栈的顶层寄存器.如果在第一次捕捉的值读取之前发生第二次捕捉.新的捕捉值会被送入底层寄存器。捕获单元捕捉到数值后.相应的中断标志位置1,如果没有屏蔽中断,则产生外围设备中断请求。响应中断,通过中断服务程序读取一对捕捉的数值。该捕捉值正好是被测信号一个周期的两次计数。根据这两次捕获值,计算标准时钟的周期数K,进而得出被测转速。

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