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伺服电机编码器信号测量时的注意事项
作者: 来源:中国机电工程网    发布于:2019-06-04 21:15:57    文字:【】【】【

编码器信号的测量和处理是控制的一个重要问题,电机转子的位置,速度,加速度都是来自于编码器信号。编码器脉冲信号测量和处理好了,将会得到准确的信息,这是控制的基础。反之将会误导控制。

一.编码器脉冲信号:

通常编码器都有a, b, z脉冲信号,也有的另外加上有u, v, w脉冲信号。

a, b信号:为电机位置脉冲信号,通过a, b信号的相位差还可以辨别转向。a和b信号的频率相同,相位差90°,它们的占空比均为50%,通过电路可以将a, b信号的上升沿,下降沿分别处理成为脉冲,在一个a脉冲周期内,出现4个脉冲。

z信号:零位信号,电机每转一圈,在零位会产生z脉冲信号,为了使z信号更加可靠,一般规定只有在a,b信号都为高电平时出现z信号上升沿才能确定为z信号有效

u, v, w信号: 用于启动位置的判断,关于启动位置判断的细节,请参考有关书籍

二.a,b信号测量是注意事项:

a, b信号经过处理变成4倍频的脉冲,分别出现在a周期的0°,90°,180°,270°。但是这种理想状态是不存在的,通常a, b脉冲的相位差并不正好为90°,a, b脉冲的高电平和电平的时间也不恰好相等。可以参考编码器厂家给出的数据。也就是说,4个脉冲的时间间隔并不相等,如果采用t法进行测量,必定造成实际转速不变而转速测量值却有波动的情况,这是必须要避免的问题。

解决这个问题的方法:

1. 做t法测量时,不能使用两个相邻的脉冲,而是要用相同信号的相同沿。解释一下,所谓相同信号比如是a信号,相同沿比如是上升沿,也就是用a的上一个上升沿到a的这个上升沿去进行t法测量。也可以用a的下降沿到下降沿,或者b的相同沿。这样的好处是准确性获得保障,坏处是周期是相邻沿的4倍,增加了延时。

2. 事先对每个沿的间距做测量,并算出修正系数,进行实时修正。这样做的好处是延时只有上个方案的1/4,坏处是不能确保沿到沿的准确性,因为各个相邻脉冲的时间差可能随电机角度而改变,在震动强时也可能随转速而改变。准确性不能完全得到保证。

三.z信号测量时的注意事项:

z信号一旦受到干扰而产生误判,将会造成同步失败,电机电流将迅速增加而造成严重后果。所以对z信号要格外注意抗干扰处理。我们这里只涉及软件的处理。

上面讲了,z信号通过a,b,z之间的相关性来让抗干扰能力增加。这种方法将干扰的可能性降低为原来的1/4。但是在干扰严重的高频斩波的环境下,这个措施还是不够的。下面再介绍一种方法,窗口法。

窗口法就是在零位附近开个窗口,只有在这个窗口内出现的z信号,并同时满足a, b, z之间的电平关系,才认为是z信号。在窗口外产生的z信号不予认可。举个例子:采用每圈2500线的编码器,每圈所产生的4倍频脉冲为10000个。当脉冲达到9700到10300之间时,z信号有效,其它时候z信号均不认可。

有的先生可能会提出异议,既然z信号可能出现干扰,那么a, b信号也同样会出现干扰。他的这种疑虑是有道理的,确实a, b信号也同样会受到干扰,造成窗口位置不正确。我是这样考虑这个问题的,我们所面对的干扰相对有效信号来说,是少量的,否则任何措施都将是无效的。造成干扰的情况和正常情况比较仅仅只占很少的比例,例如100个脉冲只有1个干扰信号。那么可以认为a, b信号总体是可靠的,和真实情况相差不大。与其相信z信号,倒不如更多的相信a, b脉冲的位置积累信息。

有先生还会有疑虑,如果在窗口内z信号受到干扰,那怎么办呢?那么这时电机位置在不是零位时被设置为零位,会造成位置误差,将会对电机运转造成影响,但是由于窗口开在接近零位,所以影响不大,在下一次零位校正后就会恢复。

采取窗口法后,大幅度减少z信号受干扰的可能性。并且即使偶然受到干扰,也对电机运转的影响不大,很快就会恢复。

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