82C54在电机测速电路中的应用

0　引　言

在光机扫描成像系统中,扫描电机的转速精度对系统精度、图像质量起着关键作用,如果电机转速波动过大,会严重降低图像的质量。在步进电机连续匀速工作应用中,电机转速瞬时稳定度和周期稳定度是电机的重要指标。电机转速的稳定度取决于电机的加工、装配精度以及驱动电路性能。步进电机自身的制作与加工工艺是影响步进电机稳定度的关键因素。在步进电机确定,电机的负载固定,电机的安装、润滑都确定的情况下,驱动电路的优劣对电机转速的稳定度也有很大的影响,主要取决于驱动方式和系统中时钟频率的稳定性。在光机扫描成像系统研制过程中,针对系统对扫描电机转速稳定度的要求,需要开发一种测量装置,在电机完成加工装配并与驱动电路调试通过后,对电机转速的瞬时稳定度和周期稳定度做出专项验收测试,确保达到设计精度。

1　测速原理与方案

1.1　测速原理

电机转速稳定度的检测首先要获得电机转速数据。常见的用于电机转速信息获取的传感器有基于莫尔干涉原理的光电编码器和基于电磁互感原理的感应同步器等。光电编码器是根据圆光栅莫尔条纹的位移放大原理制成的光电传感器,用于精细测角与测速。感应同步器是利用2个平面形绕组的互感随位置不同而变化的原理制成,可用来测量直线或转角位移,测量转角位移的称圆感应同步器。根据应用场合、测量精度要求不同,常见的测速方法有以下3种:

1)M法:测量确定输入信号数目所用时间获得转速,此法适用于高速测量;

2)T法:测量相邻输入间的时间间隔获得转速,此法适用于低速测量;

3)M /T法:结合以上2种方法,同时测量输入信号数目M和时间间隔T,根据转速调整M和T的取值,在较大动态范围内获得相当测量精度。此法适用于转速动态范围较大场合。

1.2　测速方案

本应用中采用传感器为增量式光电编码器,输出信号为两路正交三角波信号。每转过一个角度分程,编码器输出一个完成的三角波形。电机为感应式永磁步进电机,转速为68. 7 r/min,工作模式为匀速单向转动。扫描成像系统的瞬时视场为0. 23mrad,根据系统图像配准精度要求和电机转速,电机转速瞬时稳定度的指标为每个瞬时视场内误差小于4. 5μs,周期稳定度指标为每转误差小于9μs。结合电机转速、工作模式和系统对稳定度精度要求等约束,瞬时稳定度和周期稳定度的检测分别采用T法和M法测速原理实现。如前所述,各类测速方法均需要对一定时间区间或输入信号个数计数,因此,测速方案中选取合适的计数元件是整个测试系统精度的保证。根据传感器输出信号特点和82C54工作特性,选取可编程计数器82C54作为计数元件。82C54的输入范围为8~12MHz;本应用中选取输入时钟为10MHz时,计数单位为0. 1μs。