2)测速精度具有非线性。在宽转速范围内,测速误差逐渐递增,不均匀,这不利于在整个转速范围内实现高精度转速控制。

3)同步M/T法和T法一样,计数时钟都利用单片机内部定时器的时钟很难做到与转速脉冲同步,即使做到与转速脉冲同步,测量的计数误差也会给测量精度带来影响。在同步M/T法中,测量精度本质上并没有显著提高。

2.2  转速测量原理

一般的转速长期测量系统是预先在轴上安装一个有60齿的测速齿盘,用变磁阻式或电涡流式传感器获得一转60倍转速脉冲,再用测频的办法实现转速测量。而临时性转速测量系统,多采用光电传感器,从转轴上预先粘贴的一个标志上获得一转一个转速脉冲,随后利用电子倍频器和测频方法实现转速测量文献综述。不论长期或临时转速测量,都可以在微处理器的参与下,通过测量转轴上预留的一转一齿的鉴相信号或光电信号的周期,换算出转轴的频率或转速。即通过速度传感器,将转速信号变为电脉冲,利用微机在单位时间内对脉冲进行计数,再经过软件计算获得转速数据。

在对转速波动较快系统或要求动态特性好而精度高的转速测控系统中,调节周期一般很短,相应的采样周期需取得很小,使得脉冲当量增高,从而导致整个系统测量精度降低,难以满足测控要求。提高采样速率通常就要减小采样时间T, 而T的减小会使采到的脉冲数值N下降,导致脉冲当量(每个脉冲所代表的转速)增高,从而使得测量精度变得粗糙。通过增加测速码盘的齿数可以提高精度,但是码盘齿数的增加会受到加工工艺的限制,同时会使转速测量脉冲的频率增高,频率的提升又会受到传感器中光电器或磁敏器或磁电器件最高工作频率的限制。凡此种种因素限制了常规智能转速测量方法的使用范围。

2.3  锁相环CD4046结构和工作原理

锁相环主要由鉴相器(PD)、压控振荡器(VCO)、环路滤波器(LF) 三部分组成, 如图2.1所示。其中 LF 为低通滤波器。     

 锁相环的基本组成框图

压控振荡器(VCO)的输出Uo接至鉴相器的一个输入端,其输出频率的高低由环路滤波器上建立起来的平均电压Ud大小决定。施加于鉴相器另一个输入端的外部输入信号Ui与来自VCO的输出信号Uo进行相位比较,比较结果产生一个与相位差成正比的误差电压UΨ,该电压经环路滤波器滤除高频分量后,得到一个缓慢变化的直流电压Ud作为控制电压,加到VCO上,从而控制VCO的振荡频率,使VCO输出频率不断改变,直至VCO的输出频率和输入信号频率获得一致。这时两个信号的频率相同,相位差保持恒定(即同步)称作相位锁定。

当锁相环入锁时,它还具有“捕捉”信号的能力,VCO可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化,如果输入信号频率在锁相环的捕捉范围内发生变化,锁相环能捕捉到输入信号频率,并强迫VCO锁定在这个频率上。锁相环应用非常灵活,如果输入信号频率f1不等于VCO输出信号频率f2,而要求两者保持一定的关系,例如比例关系或差值关系,则可以在外部加入一个运算器,以满足不同工作的需要。

锁相环CD4046是一种通用的CMOS数字锁相环。最高工作频率约1MHz。电源电压范围宽(为3~8V),输入阻抗高(约100MΩ),动态功耗极低,在中心频率f0为10kHz下功耗仅为600μW,属微功耗器件。

CD4046采用16脚双列直插式,其引脚排列如图2.2所示。源.自/优尔·论\文'网·www.youerw.com/

CD4046的内部电原理框图如图2.3所示。主要由压控振荡器(VCO)、源跟随器(A2)、稳压器、线性放大和整形电路(A1)以及两个鉴相器(Ⅰ、Ⅱ)组成。

鉴相器Ⅰ采用异或门结构,当两个输入信号Ui、Uo的电平状态相异时(即一个高电平,一个为低电平),输出信号UΨ为高电平;反之,Ui、Uo电平状态相同时(即两个均为高,或均为低电平),UΨ输出为低电平。当Ui、Uo的相位差Δφ在0~80°之间变化时,UΨ的脉冲宽度也将随之改变,即占空比亦在变化。对于鉴相器Ⅰ,它要求Ui、Uo的占空比均为50%(即方波),这样才能使锁定范围为最大