Zastosowanie enkodera absolutnego do sterowania silnikiem synchronicznym z magnesami trwałymi

W dostępnej dokumentacji enkodera AMT203, producet nie przedstawił zależności czasowych dotyczących transmisji danych do i z enkodera. Należało doświadczalnie dobrać nie tylko częstotliwość taktowania SCK, jak również odstęp czasowy pomiędzy wysyłaniem kolejnych słów 8-bitowych, a także odstęp czasowy po odczycie wyniku z enkodera.

Na rys. 7. przedstawiono oscylogram ze źle dobranym odstępem czasowym po odczytaniu wyniku, a przed rozpoczęciu kolejnego odczytu.

Zbyt krótki odstęp czasowy po odczycie wyniku, a przed zainicjalizowaniem kolejnego odczytu skutkuje zwiększonym i zmiennym sumarycznym czasem uzyskania aktualnej pozycji enkodera. Na rys. 7 można zaobserwować, że pierwszy odczyt pozycji enkodera trawa 4 cykle komunikacyjne na magistrali SPI, natomiast drugi odczyt trwa już 7 cykli komunikacyjnych. Z punktu widzenia sterowania silnikiem PMSM odczyt pozycji enkodera ze zmienną w czasie częstotliwością jest niedopuszczalny. Takie zachowanie enkodera będzie skutkowało falowaniem obrotów silnika. Na rys. 8 przedstawiono prawidłowo dobrany odstęp czasowy po odczytaniu wyniku, a przed rozpoczęciem kolejnego odczytu.

Rys. 7. Źle dobrany odstęp czasowy enkodera.

Rys. 8. Dobrze dobrany odstęp czasowy enkodera.

Prawidłowo dobrany odstęp czasowy po odczytaniu wyników, a przed rozpoczęciem kolejnego odczytu, powoduje uzyskanie stałej częstotliwości otrzymywania pozycji enkodera. Ta stała częstotliwość odczytu ma ogromne znaczenie przy sterowaniu silnikiem PMSM.

Dokonując pomiaru tej częstotliwości okazało się, że wynosi ona tylko 7,7 kHz. Następnie sprawdzono jak ta częstotliwość wpływa na prędkość obrotową silnika.

W tym celu zamontowano enkoder na wale silnika indukcyjnego. Następnie uruchomiono silnik indukcyjny za pomocą gotowego falownika z możliwością regulacji prędkości obrotowej i odczytywano w czasie pozycję badanego enkodera. Odczytany wynik pozycji enkodera posłużył do generacji przebiegów sinusoidalnych oraz do obliczania prędkości obrotowej silnika. Odczytano 12-bitowy wynik pozycji enkodera, zmniejszono go do 9-bitów i wykorzystano do adresowania 3 tablic, w których znajdują się próbki przebiegów sinusoidalnych przesuniętych o 120°. Sposób uzyskania przebiegu sinusoidalnego na podstawie zredukowanego 9-bitowego wyniku pozycji enkodera przedstawiono na rys. 9.

Zawartość tablicy z funkcji sinus jest zamieniana na współczynnik wypełnienia modułu PWM procesora sygnałowego TMS320F2812. W ten sposób można sterować amplitudą przebiegu sinusoidalnego.

Rys. 9. Idea generacji funkcji sinus na podstawie sygnału z enkodera