常用电机测试方法的介绍与功能实现(M测试方法)

2024-06-01 06:20

本文主要是介绍常用电机测试方法的介绍与功能实现(M测试方法),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

目录

概述

1 常用电机测速方法简介

1.1 方法概览

1.2 编码器测速方法

2 M法测速

2.1 理论描述

2.2 实现原理

2.3 速度计算方法

3 功能实现

3.1 功能介绍

3.2 代码实现

3.2.1 使用STM32Cube配置参数

3.2.2 脉冲计数功能

3.2.3 测速函数

4 测试


概述

本文主要介绍常用电机测速的一些方法,重点介绍频率测速方法的原理,并应用该理论搭建硬件平台,实现测速的方法。该平台采用STM32F103RC芯片,通过使用外部中断和定时器的相关功能,结合硬件的一些特性,实现了测试的功能。

1 常用电机测速方法简介

1.1 方法概览

常用的电机测速方法有以下几种:

  1. 非接触式测速方法:使用光电测速传感器或激光测速仪等装置,通过测量物体上特定标记的转动速度来计算电机的转速。

  2. 接触式测速方法:使用接触轮、接触针等装置,将其与电机的旋转部分相连,通过测量接触装置的运动来获取电机转速。

  3. 编码器测速方法:在电机轴上安装编码器,利用编码器的信号来测量电机的转速。编码器可以是光电编码器、磁性编码器等。

  4. 脉冲测速方法:通过测量电机输出的脉冲信号的频率来计算电机的转速。

  5. 轴承振动测速方法:通过测量电机轴承振动的频率和振幅来推断电机的转速。

1.2 编码器测速方法

这里重点介绍编码器测速方法,常用的编码器测速方法一般有三种:

频率测速方法:       M 法

周期测速方法:        T 法

频率/周期测速方法:M/T 法。

2 M法测速

2.1 理论描述

M法又叫做频率测量法。这种方法是在一个固定的定时时间内(以秒为单位),统计这段时间的编码器脉冲数,计算速度值。设编码器单圈总脉冲数为 C,在时间 T0 内,统计到的编码器脉冲数为 M0,则转速 n 的计算公式为:

参数介绍:

M0 : T0时间内的编码器脉冲数

C:    编码器单圈总脉冲数

T0:   单位时间

 n:    转速

公式中的编码器单圈总脉冲数 C 是常数,所以转速 n 跟 M0 成正比。这就使得在高速测量时 M0变大,可以获得较好的测量精度和平稳性,但是如果速度很低,低到每个 T0 内只有少数几个脉冲,此时算出的速度误差就会比较大,并且很不稳定。也有一些方法可以改善 M 法在低速测量的准确性,例如:增量式编码器倍频技术就是其中一种,比如原本捕获到的脉冲 M0 只有4 个,经过 4 倍频后,相同电机状态 M0 变成了 16 个,也就提升了低速下的测量精度。

2.2 实现原理

M0: 表示基准时钟周期,一般为1s

T0: 表示在一个M0时间内计数的秒冲总数

该码盘一周总共有20个孔,则其将一个圆分为20个等分,在测速的时候。只需记录其在M0(1 second)时间内走过孔的个数T0,然后通过轮胎的周长与孔等分的关系,就能计算出速度。

根据轮胎的直径,计算出周长

光电感应器用于实现脉冲计数功能 

2.3 速度计算方法

已知参数如下:

轮胎直径(R): 6.8 cm

码盘细分数(一个周长):20个间隔

1s时间内的码盘间隔数目:CNT

转速v = (π*R)/20   * CNT ( cm )

C代码实现:

/* USER CODE BEGIN 0 */
#define  PI          3.14159
#define  R           6.8         // unit: cm
#define  DIV_CNT     20static uint32_t trg_cn = 0;
/* USER CODE END 0 */float  calculate_speeds( uint32_t cnt )
{float speeds;speeds = ((PI*R)/20) * cnt;return  speeds;
}

3 功能实现

3.1 功能介绍

使用STM32F103芯片作为主控,光电编码器的输出引脚DQ接在MCU的IO引脚上,该IO配置为输入中断模式,即当DQ上有电平变化时,DQ即可产生一个脉冲,计数器的值加1,当计数时间达到M0时,停止计数。然后使用float  calculate_speeds( uint32_t cnt )  计算出当前的速度。

3.2 代码实现

3.2.1 使用STM32Cube配置参数

1)配置IO外部中断,用于捕捉光电编码信号

使能外部中断函数

 2)配置定时器,用于产生10us的定时中断计数

使能定时器中断函数

 3)完成参数配置后,点击GENERATE生成项目文件,打开项目如下:

 3.2.2 脉冲计数功能

在外部中断的回调函数中实现脉冲计数功能,具体代码如下:

#define  PI                             3.14159
#define  R                              6.8         // unit: cm
#define  DIV_CNT                        20static uint32_t trg_cn = 0;/* USER CODE END 0 */float  calculate_speeds( uint32_t cnt )
{float speeds;speeds = ((PI*R)/20) * cnt;return  speeds;
}void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if( GPIO_Pin == INPUT_TRIGGER_Pin){trg_cn++;}
}

3.2.3 测速函数

通过使用外部中断记录的trg_cn值,再根据其他已知参数就能计算出速度值

void Calculate_Speeds( void )
{motor_curSpeed = calculate_speeds( trg_cn );pr_debug("run count: %d, speeds: %0.3f cm/s\r\n", trg_cn, motor_curSpeed);trg_cn = 0;
}

在中断回调函数void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) 中调用void Calculate_Speeds( void )函数,调用的时间间隔为1s。实现代码如下:

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{/* USER CODE BEGIN Callback 0 *//* USER CODE END Callback 0 */if (htim->Instance == TIM6) {HAL_IncTick();}/* USER CODE BEGIN Callback 1 */// each count is 10 us if (htim->Instance == TIM7) {if( (count % 50000) == 0) // 500 ms {HAL_GPIO_TogglePin( STATUS_LED_GPIO_Port, STATUS_LED_Pin);}// calculate the mator speedif( (count % 100000) == 0)  // 1000 ms{Calculate_Speeds();}count++;}/* USER CODE END Callback 1 */
}

4 测试

使用串口终端接收速度数据值,其结构如下:

 

这篇关于常用电机测试方法的介绍与功能实现(M测试方法)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1020217

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