摘要：介绍了一种基于光学传感器、直线运动平台和clspic单片机的精密长度测量仪，并着重介绍了测量仪中以lmd18200为驱动芯片的直流电机控制系统。文章详细描述了该电机控制系统的硬件电路、控制策略和软件设计。经实验验证，该电机控制系统在低速时运行平稳、响应速度快、调速性能良好，可满足测量仪的性能要求，并且成本低廉，运行可靠。

关键词：长度测量仪；电机控制；lmd18200

中图分类号：tm381    文献标志码：a    文章编号：1001-6848-(2010)03-0073-03

     

o引言   

    到目前为止，国内外发展的精密长度测量方法有很多，主要分三大类：一是电学测量技术，包括电涡流传感器测量、电容传感器测量等；二是显微镜测量技术，以扫描隧道显微镜( stm)技术为代表；三是以备种激光干涉仪为代表的光学测量方法，其中包括x射线干涉仪、双频激光干涉仪，激光偏振干涉仪、光栅干涉测量、f p干涉仪等。这些测量方法精度较高，但是成本偏高，操作也较为复杂。

    本文提出了一种基于自动控制的新型精密测量系统，成本较低、操作简单。该测量系统可实现自动多次测量，并自动校正误差、处理数据。在理想情况下，本套系统的理论测量精度可以达到几十纳米。本文基于dspic单片机和lmd18200，开发了一个满足测量系统性能要求、成本较低的直流电机控制系统。

    测量系统原理如图l所示。本测量系统主要由黑白分明的重杆、光反射传感器、精密丝杠、光栅尺、旋转编码器、伺服电机以及控制电路组成。重杆靠自身重力压在物体表面后，单片机控制电机转动，电机带动连接在丝杠上的光反射传感器探测重杆的黑白分界线，然后单片机读起始位置和终止位置处光栅和编码器的脉冲数之差，并处理误差，计算得出长度，最后结果通过液晶显示。

    控制系统如图2所示，采用dspic30f6014a作为控制芯片，处理收集到的数据并发送控制命令。h桥组件lmd18200接收单片机发出的控制信号，在内部上控后加载到直流伺服电机上。电机位置和速度信号通过光电编码器反馈给单片机，而电路中电流信号则由lmd18200内置电流互感器输入到单片机ad口。

    lmd18200将pwm管脚与dir管脚配合供单极性和双极性两种驱动方式[3]。

    lmd18200内部集成电流检测电路。芯片每输出1a电流，其管脚8输出377 va。该电流经过采样电阻变为电压信号，输入到pic单片机的ad转换口，单片机处理后，通过控制pwm信号来控制电路中的电流，形成回路。不过该电流检测电路仅检测h桥臂上端晶体管中的电流，而不是反馈电流。

    lmd18200内部含有限流保护电路，用于检测器件中的浪涌电流，该电流接近10 a时，迅速关断功率器件。一旦外界短路故障消失，器件就恢复正常运行。由于短路将产生大量热量，在实际使用时，lmd18200必须配备面积足够大的散热器。同时，lmd18200还具有温度预警和过热保护功能。温度达145摄氏度时，有温度报警标志输出；当温度达170摄氏度时，组件进行热关断操作。

    本文中，对电机的速度和位置采用pid调节器，对电流采用pi调节器。本文采用的是双极性驱动方式（如图3所示）。