0 引 言
對于柴油發(fā)電機(jī)組而言，調(diào)頻性能的好壞，是決定整個(gè)發(fā)電機(jī)組電氣性能的關(guān)鍵，決定了它的電壓特性、帶載能力。而傳統(tǒng)的模擬頻率調(diào)節(jié)裝置要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律或擴(kuò)展更多的功能，就必然造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本提高，可靠性降低的問題。隨著微處理器技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)從傳統(tǒng)的模擬技術(shù)轉(zhuǎn)向數(shù)字控制。數(shù)字式控制器具有算法靈活、精度高、抗能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對數(shù)字式控制器的研究已成為柴油發(fā)電機(jī)領(lǐng)域的熱門課題。本文論述的就是柴油發(fā)電機(jī)數(shù)字控制器中頻率測量環(huán)節(jié)的功能實(shí)現(xiàn)。
1 測頻原理
系統(tǒng)的原理框圖如圖l所示，柴油發(fā)電機(jī)的頻率可由光電編碼器來檢測，碼盤與機(jī)組傳動軸連接，能夠產(chǎn)生兩個(gè)頻率變化且正交(即相位相差90°)的脈沖，DSP通過其EV管理器的正交編碼脈沖QEP電路對脈沖頻率或周期進(jìn)行工字電感測量，從而測得機(jī)組轉(zhuǎn)速，機(jī)組轉(zhuǎn)速n與同步發(fā)繞行電感器電機(jī)發(fā)電頻率f之間滿足：
f=pn/60 （1）
其中p為發(fā)電機(jī)的極對數(shù)。故由此可間接測得柴油發(fā)電機(jī)的頻率。
而測取機(jī)組轉(zhuǎn)速的方法有T法、M法和M／T法，T法是通過測量光電碼盤所產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間來確定轉(zhuǎn)速，故適合測量較低轉(zhuǎn)速；M法則是在一定的時(shí)間間隔內(nèi)對光電碼盤所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來確定轉(zhuǎn)速，故適合測量較高轉(zhuǎn)速；而M／T法由于結(jié)合了前兩者的特點(diǎn)，所以在測速場合被廣泛使用。其原理是，由定時(shí)器確定采樣周期T，定時(shí)器的定時(shí)開始時(shí)刻總與脈沖編碼器的第一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖前沿保持一致，在T的期間內(nèi)得到脈沖數(shù)M1，同時(shí)，另一個(gè)計(jì)數(shù)器對標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)T定時(shí)結(jié)束時(shí)，只停止對脈沖計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，而T結(jié)束后脈沖編碼器輸出的第一個(gè)脈插件電感沖前沿時(shí)，才停止對標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的計(jì)數(shù)，并得到計(jì)數(shù)值M2，其持續(xù)時(shí)間為T+△T，即可以推導(dǎo)出此時(shí)轉(zhuǎn)速為：
其中K為編碼器旋轉(zhuǎn)一周的脈沖數(shù)；fs為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖的頻率。由式(1)可得，機(jī)組頻率為：
按此方共模電感法測頻，脈沖數(shù)M2會存在多1或少1的誤差，但由于fs遠(yuǎn)高于光電脈沖頻率，所以由其引起的誤差很小，測量精度大大提高。
2 測頻系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
光電碼盤有A，B，Z三相輸出信號，其中A和B相信號相位相差90°，Z相信號稱零位信號。因A和B相信號的電平超過DSP的輸入電平，故需先進(jìn)行信號調(diào)理，使其變?yōu)镺～3 V的電平信號，測頻系統(tǒng)需要將A相調(diào)理信號接入DSP的EVA的CAPl／QEP1腳，將B相調(diào)理信號接入DSP的EVA的CAP2／QEP2腳即可。由于CAPl／QEPl，CAP2／QEP2為正交解碼電路與捕獲單元的復(fù)用腳，故需配置CAPCONA寄存器來使能正交解碼電路。
正交編碼脈沖電路的時(shí)基可由EVA的通用定時(shí)器T2提供，通用定時(shí)器必須設(shè)置成定向增／減計(jì)數(shù)模式，并以正交編碼脈沖時(shí)鐘源。機(jī)組的旋轉(zhuǎn)方向可通過檢測兩個(gè)脈沖序A、B那一個(gè)先到達(dá)來確定，轉(zhuǎn)速可由脈沖數(shù)和脈沖頻率來決定。EVA模塊中的正交編碼脈沖電路的方向檢測邏輯決定了兩個(gè)序列中哪一個(gè)是先導(dǎo)序列，接著它就產(chǎn)生方向信號作為通用定時(shí)器T2的計(jì)數(shù)方向輸入。如果CAPl／QEP1輸入是先導(dǎo)序列，則通用定時(shí)器進(jìn)行增計(jì)數(shù)；如果CAP2／QEP2輸入是先導(dǎo)序列，則通用定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)。兩列正交輸入脈沖的兩個(gè)邊沿都被正交編碼脈沖電路計(jì)數(shù)，因此產(chǎn)頻率是每個(gè)輸入序列的4倍，并把這個(gè)時(shí)鐘作為通用定時(shí)器T2的輸入。定時(shí)器T2在計(jì)數(shù)器上溢或下溢時(shí)翻轉(zhuǎn)，并重新開始計(jì)數(shù)。
設(shè)置通用定時(shí)器T1的時(shí)鐘輸入為fs，并開通定時(shí)器中斷，中斷周期為轉(zhuǎn)速的采樣周期T，則定時(shí)器每隔時(shí)間T向CPU發(fā)送一次中斷請求。利用光電碼盤輸出脈沖的上升沿啟動采樣周期定時(shí)器工作功率電感的同時(shí)，啟動時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)器工作。測頻中斷服務(wù)程序如圖2所示。
