运动控制模块在直流无刷电机伺服系统中的应用

关于反馈编码器

由于为实现精确定位,伺服系统必须有一个反馈信号使反馈形成闭环。而能提供这种反馈信号的装置包括光电编码器、旋转变压器和正交磁致伸缩线性位移传感器。

光电编码器输出一个数字方波信号,包括正交(增量)型、绝对值型和伪随机型。一个典型的光电编码器包括光发射器、光接收器、输出原始模拟信号的编码轮。模拟信号被送至编码器的处理电路,转换为数字信号输出。信号输出方式有集电极开路输出和单端输出,逻辑电平为5V至24V。为了降低噪声干扰,最可靠的输出是互补、差分的RS-422。正交光电编码器输出的反馈信号有A、B、Z三种形式的脉冲。信号A和B来自编码器码轮并具有90o的相差。当A超前于B时,表明编码器是顺时针旋转的,反之,编码器为逆时针旋转。因而由这两个信号就可得到位置、方向和速度数据。信号Z表示电机转子的位置和编码器的轴是否转过360o。它还能校验信号A和B的误算。采用 RS-422接口时, 编码器提供互补的A、B和Z输出。

绝对光电编码器采用的信号处理部件与正交光电编码器相似,只是它在每旋转一周时输出一个并行二进制字.一般是十二至十三位的BCD、格雷或自然二进制码,13位输出只用于低频响应(1200转/分输出12位;600转/分输出13位),但每转360o具有更精细的分辨率。这种类型的编码器很适于监测上电和掉电期间的轴的位置,因为和正交编码器不同的是,在编码器没有移动时,轴的位置也可通过编码输出读得。

新型的伪随机光电编码器输出3个信号：A和B给出了方向和空间同步信号,另一个信号给出位置数据这种编码器需要有1o到2o旋转才能确定位置。

旋转变压器是具有正弦和余弦信号输出的反馈编码器,通过伺服系统控制器的处理,可以从中获得速度和位置数据.当轴旋转时,旋转变压器的反馈信号能够提供绝对位置信息,但其低速性能较差.这种编码器的主要缺点是将信号转换为数字信号时,要对信号进行必要的处理,造价相对较高.

正交型磁致伸缩线性位移传感器(LDT)是用来测量直线移动的反馈编码器/传感器,不适用于转动位置测量。它的工作原理是：LDT的线性位移杆带动磁铁的移动,磁铁作用于磁致伸缩导线,产生一个电流脉冲信号,再由一个拾取传感据检测这个脉冲信号-模拟位置信号.最后由LDT对它进行处理,转换为和正交编码器相似的数字输出信号A,B、和Z.

结语

直流无刷电机伺服系统是一个坚固的具有容错能力的运动反馈控制系统。该系统的接收电路必须对产生的各种故障做出预知的反应,为了预防编码器数据的噪声问题,还要合理地设计接收器电路的印刷电路板。应用时也要考虑正交编码器的信号电缆系统,包括接收器电路的端接。有了这些预防措施,就可以用设计出性能稳定、故障期间具有预知状态的运动控制反馈系统。