Quadrature Decoder

计算正交编码器的位置

自 R2020a 起

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库:
Motor Control Blockset / Sensor Decoders
Motor Control Blockset HDL Support / Sensor Decoders

描述

Quadrature Decoder 模块用于计算正交编码器的位置。

在计算正交编码器（和转子）的角位置（以度、弧度或标幺为单位）时，该模块会使用以下方法之一。

当前编码器计数值和前一个索引脉冲（如果索引脉冲可用）时编码器计数值之间的差值。
当前编码器计数器值（索引脉冲不可用时）。

下图显示了具有两个通道（QEPA 和 QEPB）和一个索引脉冲 (QEPI) 的正交编码器盘：

在此示例中，每通过编码器盘上的一个刻度线时，由 QEP 驱动的计时器数值会增加 4：

方程

该模块使用 Cnt 和 Idx 模块输入来计算正交编码器的角位置（以计数为单位）：

当 Cnt ≥ Idx 时：

$P o s i t i o n c o u n t = (C n t - I d x)$

当 Cnt < Idx 时：

$P o s i t i o n c o u n t = C o u n t s p e r r e v o l u t i o n + (C n t - I d x)$

当 Cnt（无符号整数）超出所选计数器大小的最大值时，该模块会在内部添加必要的补偿。

当您清除 External index count 复选框时，只有 Cnt 输入可用，因此：

$P o s i t i o n c o u n t = C n t$

其中：

$P o s i t i o n c o u n t$ 是正交编码器的角位置，以计数为单位。
$C o u n t s p e r r e v o l u t i o n$ 是正交编码器的一个旋转周期中的计数 (Counts per revolution = Encoder slits ⨯ Encoder counts per slit)。

该模块将输出 θ_m 计算为：

$θ_{m} = M a x P o s i t i o n \times (\frac{P o s i t i o n c o u n t}{E n c o d e r s l i t s \times E n c o d e r c o u n t s p e r s l i t}) = M a x P o s i t i o n \times (\frac{P o s i t i o n c o u n t}{C o u n t s p e r r e v o l u t i o n})$

其中，基于 Position unit 参数的所选值，MaxPosition = 360 (degrees) or 2π (radians) or 1 (per-unit)。

示例

PMSM 的正交编码器偏移量校准

此示例计算转子的 d 轴与正交编码器检测到的编码器索引脉冲位置之间的偏移量。控制算法（在磁场定向控制和参数估计示例中可用）使用此偏移值来计算转子的 d 轴的精确位置。控制器需要此位置以在转子磁通参考系（d-q 参考系）中正确实现磁场定向控制 (FOC)，从而正确运行永磁同步电机 (PMSM)。

打开模型

使用正交编码器的 PMSM 磁场定向控制

此示例采用磁场定向控制 (FOC) 方法来控制三相永磁同步电机 (PMSM) 的转速。FOC 算法需要转子位置反馈，该反馈通过正交编码器获得。有关 FOC 的详细信息，请参阅磁场定向控制 (FOC)。

打开示例

端口

输入

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Cnt — 正交编码器计数器值
标量

正交编码器计数器针对刻度线位置生成的值。该端口只接受基于 Counter size 参数的无符号标量整数。例如，如果您为 Counter size 选择 8 bits，则输入数据类型必须为 uint8。

数据类型: uint8 | uint16 | uint32

Idx — 最后一个索引脉冲的正交编码器计数器值
标量

正交编码器计数器在最后一次索引脉冲时针对刻度线位置生成的值。该端口只接受基于 Counter size 参数的无符号标量整数。例如，如果您为 Counter size 选择 8 bits，则输入数据类型必须为 uint8。

依存关系

要启用此端口，请选择 External index count 参数。

数据类型: uint8 | uint16 | uint32

CountsPerRev — 为每次旋转生成的计数数量
标量

正交编码器为每次旋转生成的计数数量。

CountsPerRev = Encoder slits ⨯ Encoder counts per slit

依存关系

要启用此端口，请选择 Use input port for computed parameters (run-time motor swap) 参数。

1/CountsPerRev — 为每次旋转生成的计数数量的倒数
标量

指定正交编码器在此端口为每次旋转生成的计数数量的倒数。Data type for 1/CountsPerRev input 参数定义此输入的数据类型。

依存关系

要启用此端口，请选择 Use input port for computed parameters (run-time motor swap) 参数。

数据类型: single | double | fixed point

注意

Cnt 和 Idx 端口上输入的数据类型必须相同。

输出

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θ_m — 正交编码器的角位置
标量

模块根据 Cnt 和 Idx 输入计算的角位置。

数据类型: single | double | fixed point

参数

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Encoder slits — 每个相位的刻度线数
`1000` (默认) | 标量

正交编码器的每个相位中可用的刻度线数。

依存关系

要启用此参数，请清除 Use input port for computed parameters (run-time motor swap) 参数。

Encoder counts per slit — 为每个刻度线生成的计数数
4 (默认) | 1 | 2

正交编码器为每个刻度线生成的计数数。一个计数表示一个刻度线位置。例如，如果您要编码器生成对应于 00、10、11 和 01 刻度线位置或值的四个计数，请选择 4（正交模式）。如果选择正交模式：

每次旋转的编码器计数（正交后）= Encoder counts per slit✖Encoder slits

依存关系

要启用此参数，请清除 Use input port for computed parameters (run-time motor swap) 参数。

Counter size — 正交编码器计数器的大小
16 bits (默认) | 8 bits | 32 bits

计数器大小表示处理器用于对正交编码器脉冲进行计数的计数器的寄存器大小。例如，当使用基于 TI’s C2000™ 的硬件时，它是来自 C2000™ Microcontroller Blockset 的 eQEP 模块的计数器输出的数据类型。

External index count — 启用 `Idx` 输入端口
`on` (默认) | `off`

仅当您选择此参数时，该模块才会启用 Idx 输入端口。Idx 输入端口期望在索引脉冲时有等于 Cnt 的值。

Position unit — 角位置输出的单位
Radians (默认) | Degrees | Per unit

角位置输出的单位。

Position data type — 角位置输出的数据类型
single (默认) | double | fixed point

角位置输出的数据类型。

注意

Quadrature Decoder 模块可以在需要时显示警告消息 'Wrap on overflow detected'。

高级选项

Use input port for computed parameters (run-time motor swap) — 启用 `CountsPerRev` 和 `1/CountsPerRev` 输入端口
`off` (默认) | `on`

仅当您选择此参数时，该模块才会启用 CountsPerRev 和 1/CountsPerRev 输入端口。选择此参数时，该模块还会禁用 Encoder slits 和 Encoder counts per slits 参数。

Data type for 1/CountsPerRev input — `1/CountsPerRev` 输入的数据类型
single (默认) | double | fixed point

指定 1/CountsPerRev 输入的数据类型。如果指定定点数据类型，则可以使用此参数指定 1/CountsPerRev 输入的精度。

依存关系

要启用此参数，请选择 Use input port for computed parameters (run-time motor swap) 参数。

扩展功能

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

HDL 代码生成
使用 HDL Coder™ 为 FPGA 和 ASIC 设计生成 VHDL、Verilog 和 SystemVerilog 代码。

HDL Coder™ 提供了影响 HDL 实现和综合逻辑的额外配置选项。

HDL 架构

此模块具有一个默认 HDL 架构。

HDL 模块属性


ConstrainedOutputPipeline	要通过移动设计中的现有延迟来放置在输出端的寄存器的数量。分布式流水线不会重新分布这些寄存器。默认值为 `0`。有关更多详细信息，请参阅 ConstrainedOutputPipeline (HDL Coder)。
InputPipeline	要在生成的代码中插入的输入流水线阶段数。分布式流水线和受限输出流水线可以移动这些寄存器。默认值为 `0`。有关更多详细信息，请参阅 InputPipeline (HDL Coder)。
OutputPipeline	要在生成的代码中插入的输出流水线阶段数。分布式流水线和受限输出流水线可以移动这些寄存器。默认值为 `0`。有关更多详细信息，请参阅 OutputPipeline (HDL Coder)。

限制

当您设置 Position data type 以及 CountsPerRev 和 1/CountsPerRev 输入值以使用相同的数据类型（浮点或定点）时，模块支持 HDL 代码生成。

Quadrature Decoder

描述

方程