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电机转速测量仪设计课程设计引言0在工业控制领域,转速是电机运行状态的重要参数电机转速测量要求快速、可靠、准确工业现场转速测量方法主要有模拟测量法和数字测量法种模拟测量法信号远距2号,对其进行测量与控制,有可靠性高,抗干扰能力强的离准确传输不易实现,数字测量法将转速信号转换为脉冲信特点,满足工业现场需求这里设计一种电机转速通用测量系统,与电机同轴安装的光电编码器将电机转速信号转换为脉冲信号,采田工业现场控制器西门子,利用其高速计S7-200PLC数器采集脉冲信号,根据法测速原理,经过编程处理实M PLC时计算电机转速数字测速原理1数字测速中光电编码器是转速或转角检测元件,俗称码盘光电编码器与电机同轴连接,当电机转动时,带动码盘旋转,便发出转速或转角信号光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器采用光电编码器测速的方法有多种,这里采用测频法(法)在M采样时间内捕捉编码器输出的脉冲个数T M,图2主程序流程图.实验测试结果3表i转速涮试结果预设转速值)实测料速值一
4.
1796099011372750138014102.
17180018301.6722202250L
35306030600.98根据实验测试和误差分析绘制了测量误差曲线,如图所示误差分析表明,转速测量误差在以内,并且45%随着转速预设值的增加测量误差愈小,呈指数形式下降,函数关系如式()所示3图4测量误差曲线结论4本测速系统彩集成霍尔传感器敏感速率信号,具有频率响应快,抗干扰能力强等特点霍尔传感器的输出信号经信号调理后,通过单片机对连续脉冲记数来实现转速测控,并且充分利用了单片机的内部资源,有很高的性价比经过测试并对误差进行分析发现,该系统的测量误差在以内,并且在测量范5%围内转速越高测量精度越高所以该系统在一般的转速检测和控制中均可应用用以计算这段时间内的平均转速,称为法测速⑴,则电机转M速为n=60M/ZT1其中为电机转速,为编码器分辨率,即电机每转一圈n Z编码器产生的脉冲个数数字测速测量效果主要取决于编码器分辨率、编码器加工精度与安装精度编码器分辨率相对较高时优先选择法⑵,M M法测速量化误差为该量化误差由编码器加工精度及编码器1/M,输出脉冲前沿与测速时间采样脉冲前沿不齐等原因决定,最大为个脉冲误差⑶1测速系统设计2测速系统由三相异步电机、变频器、、编码器、直PLC流稳压电源组成异步电机型号为,功率24V JW502460W,电压额定电流额度频率电机额定转380V,
0.33A,50Hz,速;型号为西门子;变频器型号为1400r/min PLCCPU224XP三菱光电编码器型号为欧姆龙FR-S520SE-
0.4K-CH;分辨率图为电机转速测E682-CWZ6C,1024P/R1PLCo量系统硬件图,变频器驱动电机转动,电机与光电编码器同轴连接,利用高速计数器及输入端采集编码器脉冲PLC HSCO
10.0输出端产生的脉冲380V图电机转速测情系统硬件图I测速中断程序流程如图所示,当定时中断事件发生时,进2入中断程序,计算电机转速,在中断程序中读取的值,此HSC0值是内编码器发出的脉冲数,根据法测速,由计算50ms M PLC出电机转速,再将当前值清零并重启每触发次HSC0HSCOo1定时中断,计算次电机转速1读取IISCO fl芾号币/HSCO图测速中断程序流程图2实验测试3在前述硬件平台上进行实验测试,设置变频器不同输出频率调整电机转速洞时采用进行上位机转速显示监MCGS控⑺,表为电机转速测量数据,该表数据表明转速相对误差会1随着转速升高而降低,该误差最大为在常规工
0.1%,业应用场合中可以忽略表电机转速测■数据I给定频率转速理论值转速实测值/Hz/r/min//nin5015001490401200119330895260059510300297结语4电机控制系统中,转速的实时可靠准确直接影响到整个系统的稳态误差与动态响应这里设计了一种通用测量系统,采用光电编码器作为电机转速的脉冲产生装置,利用西门子的高速计数器采集光电编码器产生的脉冲信号,根S7-200PLC据法测速方式,由实时计算电机转速实验测试表明,MPLC该通用测速系统具有快速、可靠、误差小等特点,同时设计思路与编程思路简单,可移植性好,为工业现场提供一种切实可行的电机转速测量方案参考文献高玉芹.电机转速的高精度快速测量自动化与仪表,
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125.基于霍尔传感器的直流电机转速测量设计随着单片机的不断推陈出新,特别是高性价比的单片机的涌现,转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统本文介绍了一种由单片机作为主控制器,C8051F060使用霍尔传感器进行测最的直流电机转速测量系统转速测量及控制的基本原理转速测量原理
1.1转速的测量方法很多,根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有法则频法)、法(测周期法)和法(频率周期法),M CT MPT该系统采用了法(测频法)由于转速是以单位时间内转数M来衡量,在变换过程中多数是有规律的重复运动根据霍尔效应原理,将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿,转盘随测轴旋转,磁钢也将跟着同步旋转,在转盘下方安装一个霍尔器件,转盘随轴旋转时,受磁钢所产生的磁场的影响,霍尔器件输出脉冲信号,其频率和转速成正比脉冲信号的周期与电机的转速有以下关60n=PT1式中为电机转速;为电机转一圈的脉冲数;为输出n PT方波信号周期根据式⑴即可计算出直流电机的转速霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片,在垂直于平面方向上施加外磁场在沿平面方向两端加外电场,则使电子在B,磁场中运动,结果在器件的两个侧面之间产生霍尔电势其大小和外磁场及电流大小成比例霍尔开关传感器由于其体积小,无触点,动态特性好,使用寿命长等特点,故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用在这里选用美国史普拉格公司生产的系列霍尔开关传感器它是一种硅SPRAGUE30003013,单片集成电路,器件的内部含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路,具有工作电压范围宽、可靠性高、外电路简单、输出电平可与各种数字电路兼容等特点转速控制原理
1.2直流电机的转速与施加于电机两端的电压大小有关,可以采用片内的转换器的输出控制直流电C8051F060D/A DAC0机的电压从而控制电机的转速在这里采用简单的比例调节器算法简单的加
一、减一法比例调节器P的输出系统式为y—K/z式中为调节器的输出;⑴为调节器的输入,一Y e般为偏差值;为比例系数从上式可以看出,调节器的输出Kp Y与输入偏差值⑴成正比因此,只要偏差⑴一出现就产生与e e之成比例的调节作用,具有调节及时的特点,这是一种最基本的调节规律比例调节作用的大小除了与偏差⑴有关外,主要取e决于比例系数,比例调节系数愈大,调节作用越强,动态特Kp性也越大反之,比例系数越小,调节作用越弱对于大多数的惯性环节,太大时将会引起自激振荡比例调节的主要缺Kp点是存在静差,对于扰动的惯性环节,太大时将会引起自激Kp振荡对于扰动较大,惯性也比较大的系统,若采用单纯的比例调节器就难于兼顾动态和静态特性,需采用调节规律比较复杂的(比例积分调节器)或(比例、积分、微分调节器)算法PI PID系统的硬件软件设计硬件设计
2.1本系统采用单片机作为主控制器使用霍尔传感C8051F060器测量电机的转速,通过最终在上显示测试结果,硬7079LED件组成如图所示此外,还可以根据需要调整控制电机的转速1图1测速系统硬件组成框图控制器主要完成转速脉冲的采集、为C8051F06016定时计数器计数定时、运算比较,片内集成的位控制12DACO转速,并且通过显示接口芯片实现数码显示等多项功能7279系统采用外部晶振,系统时钟等于定时SYSCLK18432000,T0,初始化时;二1ms THO=-SY-SCLK/10008TL0-SYSCLK等待至输出转速脉冲个数计算电机转速值/10001s UN,将内的转速值换算成内的电1s1min机转速值,并在上输出测量结果LED软件设计
2.2本系统采用中的中断对转速脉冲计数C8051F060IWT0定时器工作于外部事件计数方式,对转速脉冲计数;工T1,T0作于定时器方式,均工作于方式每到读一次计数值,此lo1s值即为脉冲信号的频率,根据式可计算出电机的转速由于1直流电机的转速与施加工于电机两端的电压大小有关,故将实际测得的转速值与预设的转速值比较,若大于预设的转速值则减小的值调整电机的转速,直到转速值等于预设定的值,DAC0这样就实现了对电机转速的控制,程序流程如图、图所示23。