基于DSP的超声波电机运行参数测定系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于DSP的超声波电机运行参数测定系统。以两相超声波电机为研究对象，采用高速微处理器DSP作为核心处理器。采用上位机界面向DSP输入电机的转向、转速及转角控制指令。一方面，DSP通过正交解码单元对增量式光电编码器输出的信号进行解码，获取电机的转向、转速及转角；通过ADC模块采集温度传感器的输出信号，获取电机的表面温度。另一方面，DSP将采集到的电机运行信息通过SPI接口存入SD卡，与此同时，通过RS232串口，将运行信息传送至PC机以显示。在超声波电机过热或出现故障时，DSP自行启动系统热保护和报警功能。本系统具有运行参数自动保存且掉电不丢失、人机界面友好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种两相超声波电机，具体是涉及基于DSP的超声波电机运行参数测定系统。
技术介绍
超声波电机结构及运行原理不同于传统的电磁电机，它是利用压电材料的逆压电效应产生超声波振动，从而把电能转换为弹性体的超声波振动，并通过摩擦传动的方式转换成运动体的回转或直线运动。由于包含压电能量转换、摩擦能量传递等过程，超声波电机非线性及内部多变量耦合较为严重，因此，存在谐振频率点漂移、温度补偿等问题。研宄合适的检测电路和测定方案，实时、精确地获取超声波电机的运行参数，以便更好地采用PID、自适应、滑模变结构、神经网络、模型参考、逆模型、H~等控制策略，从而提高超声波电机转速的稳定性与转角的跟踪性能、以及系统的可靠性。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可实时、精确地获取电机运行中的转速、转角及表面温度、运行参数自动保存且掉电不丢失、人机界面友好、便于数字化方案实现的基于DSP的超声波电机运行参数测定系统。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案:基于DSP的超声波电机运行参数测定系统。它包括:上位机PC、超声波电机、直流开关电源、温度传感器XTR105、电流环接收器RCV420、继电器保护电路、比例运算放大电路、增量式光电编码器、SD卡、散热器、报警器、串口驱动电路、光电耦合电路、高速微处理器DSP。所述高速微处理器DSP选用的是TI公司的32bit浮点型DSP芯片TMS320F28335，包括具有模数转换功能的A/D转换器以及输出端口、通用I/O接口(GP1)、定时器、看门狗、正交解码单元、PWM模块、通信用的CAN总线、RS232接口，异步串行总线SCI及同步串行总线SPI等。处理器运行主频为150MHz，具有强大的运算能力，能够实时地完成复杂的控制算法，为系统可靠运行提供保证。其中，内置正交解码单元配合增量式光电编码器，实现了对电机运行速度和转角的获取。另外，12位精度的A/D模数转换器，为系统精确地获取超声波电机的表面温度提供了保证；所述直流开关电源可以提供12VDC、-12VDC、5VDC、3.3VDC四种电压。其中，±12VDC为电流环接收器RCV420提供直流稳压电源，5VDC为增量式光电编码器以及串口驱动电路提供直流稳压电源，3.3VDC为高速微处理器DSP以及光电耦合电路提供直流稳压电源；所述温度传感器XTR105，用来采集电机表面的温度，首先转化成4?20mA的电流信号;所述电流环接收器RCV420，用来将温度传感器XTR105输出的4?20mA电流信号转换为O?5V的电压信号；所述5V转3.3V光电耦合电路，实现了电平间的转换，使得增量式光电编码器输出的信号能够被DSP的正交解码单元所接收。与此同时，也大大降低了前后级间的干扰；所述串口驱动电路实现DSP与PC机间进行信号的有效传递；所述高速微处理器DSP的串行通讯RS232接口经串口驱动电路与PC机连接，实现系统运行指令的输入和运行状态的输出。高速微处理器可以通过串行通RS232接口将电机的运行转向、转速、转角、电机的表面温度传输至PC机。同样PC机也可以通过串口驱动、串行通讯RS232接口向高速微处理器输入电机运行指令，以控制电机的各种运行状态；所述上位机PC，它用来显示电机的运行信息，通过基于Visual Basic设计的上位机界面可实时观察电机的转向、转速、转角、电机表面温度及温度曲线；所述存储器SD卡用来记录超声波电机运行状态的信息，包括电机运行时的转向、转速、转角、电机表面温度等，目的是:当系统出现异常时，调取数据进行故障分析。本技术以两相超声波电机为控制对象，利用Visual Basic(VB)软件开发出可视化的操作界面。通过此界面设置超声波电机的相关参数(正转、反转、停止、转速、转角、电机表面温度的上限值)。设置完毕后，启动电机，上位机PC通过串口驱动电路，经串行通讯RS232接口向下位机高速微处理器DSP发送控制指令来控制电机的运行。一方面，通过增量式光电编码器获取电机转速和转角信息；另一方面，通过温度传感器获取电机的表面温度。DSP将电机上述运行状态信息通过SPI接口记录于外部存储器SD卡，与此同时，通过串行通讯RS232接口，经串口驱动电路传至PC机以显示。本技术可实时、精确地获取超声波电机运行中的转速、转角及表面温度，另外，还具有热保护和故障报警功能、运行参数自动保存且掉电不丢失、人机界面友好等特点。【附图说明】图1是基于DSP的超声波电机运行参数测定系统结构图图2是温度传感器XTR105电路图图3是电流环接收器RCV420电路图图4是比例运算放大电路图图5是继电器保护电路图图6 5V转3.3V光电耦合电路图图7基于Visual Basic的上位机界面图图8是软件设计流程图【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步描述。1.直流开关电源的选择本技术中的直流开关电源可以提供12VDC、-12VDC、5VDC、3.3VDC四种电压。其中，土 12VDC为电流环接收器RCV420提供直流稳压电源，5VDC为增量式光电编码器以及串口驱动电路提供直流稳压电源，3.3VDC为高速微处理器DSP以及光电耦合电路提供直流稳压电源。2.高速微处理器DSP的工作由于本技术中，采集的超声波电机参数需要实时而精确，因此选用高速微处理器DSP作为核心控制单元。一方面，高速微处理器DSP，通过正交解码单元获取电机的转向、转速及转角；通过ADC模块采集温度传感器的输出信号，获取超声波电机的表面温度。另一方面，高速微处理器DSP将采集到的电机运行信息通过SPI接口存入SD卡，与此同时，又通过RS232串口，将运行信息实时而高效地传送至PC机以显示。另外，高速微处理器DSP在电机过热或出现故障时，启动热保护和报警处理。3.电机表面温度的测量本技术中，电机表面的温度由温度传感器XTR105进行采集，首先转化成4?20mA的电流信号，然后送至电流环接收器RCV4当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DSP的超声波电机运行参数测定系统，其特征在于：它包括上位机(PC)、超声波电机、直流开关电源、温度传感器(XTR105)、电流环接收器(RCV420)、继电器保护电路、比例运算放大电路、增量式光电编码器、SD卡、散热器、报警器、串口驱动电路、光电耦合电路、高速微处理器(DSP)；其中，温度传感器(XTR105)与超声波电机相连，所得温度信号接至电流环接收器(RCV420)，再经比例运算放大电路，送至DSP的ADC采样端口；增量式光电编码器与超声波电机相连，所得脉冲信号经光电耦合电路，送至DSP的正交解码单元；继电器保护电路和报警器与DSP的GPIO口相连；上位机(PC)经串口驱动电路与DSP相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范国鹏，寇寇，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：新型
国别省市：安徽;34