分析TMS320F2812在柴油发电机组频率测量中的应用

　　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频率调节装置。由于模拟式调节器不易实现复杂控制规律、结构复杂；因此采用数字式控制器。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调节的理想选择。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。

　　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；M/T法结合了前两者的特点。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个计数脉冲前沿保持一致，在T的期间内得到脉冲数M1,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。因为A与B相信号的电平超过DSP的输入电平，所以需要先进行信号调理，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，因此需要配置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，并且以正交编码脉冲时钟源。机组的旋转方向可以通过检测两个脉冲序A、B那一个先到达来确定。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，然后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，那么通用定时器开始进行增计数；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，所以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

　　基于TMS320F2812 DSP的捕获单元实现的柴油发电机组转速数字控制器的转速测量系统，其硬件设计简单，测量较高。经实验测试，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%,完全满足柴油机发电机组转速测量和控制的要求，有较高的实际应用价值。