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基于直流无刷伺服电机的的运动反馈控制系统的设计方案

2020-06-26 16:22 蓝鲸科创 炙年116°c
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基于直流无刷伺服电机的的运动反馈控制系统的设计方案

对高性能、高速的应用系统而言,直流无刷电机是可用的,在此所述系统均是直流无刷电机伺服系统。这种电机的轴端装有测定轴速和换向点的正交编码器,用于控制电机的线圈切换顺序。而第二个正交编码器安装在机械装置的旋转轴上,它输出旋转轴的位置数据信号,使由于传动装置和导螺杆中的齿隙(两个或多于齿轮间的间隙)所导致的误差而引起旋转轴的位置和电机轴的位置不一致问题得到解决。

接收器印刷电路板的设计;

随着功率电子技术、微电子技术、计算机技术及控制原理的进步,以交流伺服电动机为执行电动机的交流伺服驱动具有了可与直流伺服驱动相比拟的特性,从而使得交流伺服电动机固有的优势得到了充分的发挥,交流伺服驱动已成为现代伺服驱动发展的方向。交流伺服技术现已广泛应用于数控机床,印刷包装机械、纺织机械,自动化生产线等自动化领域。为用户提高加工精度和工艺水平,取得良好的经济技术效益,提供了最佳的解决方案。

从图1可见传动装置将运动控制模块与特定应用马达、编码器、限制器、用户(运动)I/O连接在一起,用一根控制电缆连接运动控制模块与传动装置,为全部的命令集与反馈信号提供一个通道。当传动装置的性能不能满足应用需要时,用户还可选择通用运动接口(UMI)螺丝接线端子附件,与第三方马达和驱动器/放大器连接。

运动控制模块的接收电路

而当今的应用,最迫切需要可以在苛刻条件下,一天24小时连续工作的、可靠耐用的工业机器人和自动机械装置。这样的系统要求远比以前具有精确的电机和反馈控制,今天的大多数性能改进要归功于新技术和微电子技术的发展。这些创新消除了机器人和自动机械装置共用工作空间时产生的碰撞,改进了任务分配并且提高了伺服系统的精确性,从而使自动机械系统更加可靠地工作。由于运动控制芯片或模块是能为一般伺服与步进应用提供精确、高性能的运动功能,故可以简单易用的运动控制模块、软件、以及外设为运动和测量集成需求提供最佳集成解决方案。本文着重讨论运动控制模块在直流无刷电机伺服系统中的应用, 并对其主要运动控制模块的接收电路与正交编码器信号电缆技术作分析说明。

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。

各接收器均具有内置的故障检测、±15kV ESD(静电释放)保护和32Mbps的数据速率。而MAX3098E能检测接收器输入开路和短路故障,也能检测低电压差分信号和共模范围超限等其它故障。它的逻辑电平输出能够指示哪一路接收器输入发生了故障。这种直接的故障报告降低了软件开销,并将外部逻辑元件减到最少。

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.

基于直流无刷伺服电机的的运动反馈控制系统的设计方案

因为一般盛行的的解决方案均为封闭式结构系统, 所以基于计算机的运动解决方案所拥有的附加灵活性及低成本潜力使其受到普遍欢迎。

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。

图1 为运动控制系统组成示意框图

任何一路正交编码器输出即控制模块的编码输入发生故障都会立即在相应输出发出逻辑高信号:ALARM A、ALARM B和ALARM Z。伺服系统移动缓慢时,会在正交编码器信号的过零区域产生瞬时故障,触发“假故障”。通过选择电容C-延迟的值,可将ALARM D输出(ALARM A、ALARM B和ALARM Z的逻辑或)延迟适当的时间。120Ω电阻为RS422电缆提供适当的端接。