運動(dòng)控制模塊在直流無(wú)刷電機伺服系統中的應用

關(guān)于運動(dòng)控制及系統

應該說(shuō)運動(dòng)控制系統己經(jīng)問(wèn)世多年了，大家對此并不陌生，并在各個(gè)領(lǐng)域得到應用。

而運動(dòng)控制（包括軌跡控制、伺服控制）與順序控制、過(guò)程控制、傳動(dòng)控制并列為典型的控制模式，是一直以來(lái)扮演重要支柱技術(shù)角色的自動(dòng)控制系統，在許多高科技領(lǐng)域得到了非常廣泛的應用，如激光加工、機器人、數控機床、大規模集成電路制造設備、雷達和各種軍用武器隨動(dòng)系統，以及柔性制造系統（FMS-Flexible Maunfacturing systm）等等。運動(dòng)控制系統主要由五部分構成：被移動(dòng)的機械設備、帶反饋和運動(dòng)I/O的馬達（伺服或步進(jìn)）、馬達驅動(dòng)單元、運動(dòng)控制模塊、以及編程/操作接口軟件，見(jiàn)圖1所示，其運動(dòng)控制芯片或模塊是作為伺服與步進(jìn)控制用。

圖1：為運動(dòng)控制系統組成示意框圖

從圖1可見(jiàn)Power Drives（傳動(dòng)裝置）將運動(dòng)控制模塊與特定應用馬達、編碼器、限制器、用戶(hù)（運動(dòng)）I/O連接在一起，用一根控制電纜連接運動(dòng)控制模塊與Power Drives，為全部的命令集與反饋信號提供一個(gè)通道。當PowerDrive的性能不能滿(mǎn)足應用需要時(shí)，用戶(hù)還可選擇通用運動(dòng)接口（UMI）螺絲接線(xiàn)端子附件，與第三方馬達和驅動(dòng)器/放大器連接。

因為一般盛行的解決方案均為封閉式結構系統, 所以基于計算機的運動(dòng)解決方案所擁有的附加靈活性及低成本潛力使其受到普遍歡迎。

隨著(zhù)功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)及控制原理的進(jìn)步，以交流伺服電動(dòng)機為執行電動(dòng)機的交流伺服驅動(dòng)具有了可與直流伺服驅動(dòng)相比擬的特性，從而使得交流伺服電動(dòng)機固有的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，交流伺服驅動(dòng)已成為現代伺服驅動(dòng)發(fā)展的方向。

而當今的應用最迫切需要可以在苛刻條件下一天24小時(shí)連續工作的、可靠耐用的工業(yè)機器人和自動(dòng)機械裝置。這樣的系統要求遠比以前具有精確的電機和反饋控制，今天的大多數性能改進(jìn)要歸功于新技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展。這些創(chuàng )新消除了機器人和自動(dòng)機械裝置共用工作空間時(shí)產(chǎn)生的碰撞，改進(jìn)了任務(wù)分配并且提高了伺服系統的精確性，從而使自動(dòng)機械系統更加可靠地工作。由于運動(dòng)控制芯片或模塊能為一般伺服與步進(jìn)應用提供精確、高性能的運動(dòng)功能，故可以簡(jiǎn)單易用的運動(dòng)控制模塊、軟件、以及外設為運動(dòng)和測量集成需求提供最佳集成解決方案。本文著(zhù)重討論運動(dòng)控制模塊在直流無(wú)刷電機伺服系統中的應用，并對其主要運動(dòng)控制模塊的接收電路與正交編碼器信號電纜技術(shù)作分析說(shuō)明。

運動(dòng)控制模塊的應用—直流無(wú)刷電機伺服系統

運動(dòng)控制模塊要在直流無(wú)刷電機伺服系統中得到應用，它必須組成閉環(huán)的運動(dòng)控制系統，這是現代的自動(dòng)化系統為了完成運動(dòng)控制所持有的特征。

該直流無(wú)刷電機伺服系統由運動(dòng)控制模塊（卡）與伺服電機、驅動(dòng)器和反饋元件（反饋用正交編碼器）組合及編程/操作接口軟件等組成，它能對于速度和位置提供精確與穩定的控制。圖2所示為運動(dòng)控制模塊組成的直流無(wú)刷電機伺服系統方塊圖。

圖2：運動(dòng)控制模塊的應用－直流無(wú)刷伺服系統框圖

從圖2看出，該運動(dòng)控制系統是含有一個(gè)直流無(wú)刷電機的伺服系統，而其運動(dòng)控制模塊正交編碼器的接口電路，就是運動(dòng)控制模塊的編碼輸入電路，即接收器電路，它接收通過(guò)反饋編碼器電纜傳送來(lái)的正交編碼器的輸出信號。

對高性能、高速的應用系統而言，直流無(wú)刷電機是可用的，故此處所述系統均是直流無(wú)刷電機伺服系統。這種電機的軸端裝有測定軸速和換向點(diǎn)的正交編碼器，用于控制電機的線(xiàn)圈切換順序。而第二個(gè)正交編碼器安裝在機械裝置的旋轉軸上，它輸出旋轉軸的位置數據信號，使由于傳動(dòng)裝置和導螺桿中的齒隙（兩個(gè)或多于齒輪間的間隙）所導致的誤差而引起旋轉軸的位置和電機軸的位置不一致問(wèn)題得到解決。

典型的運動(dòng)控制模塊包含一個(gè)微處理器和一個(gè)用于處理高速編碼信號的DSP或定制ASIC（專(zhuān)用集成電路）。運動(dòng)控制模塊為驅動(dòng)器或放大器提供一個(gè)控制轉動(dòng)速度和方向的信號，驅動(dòng)器把它轉換為適當的電壓和電流（功率）去驅動(dòng)電機運轉。這樣的運動(dòng)控制模塊在直流無(wú)刷電機伺服系統中的應用就能使系統成為堅固的、具有容錯能力的運動(dòng)控制反饋系統。那么如何應用？也就說(shuō)是如何設計呢？.

■ 運動(dòng)控制模塊與正交編碼器輸出之間的接口電路，即運動(dòng)控制模塊的輸入電路-接收器電路，它是系統的關(guān)鍵；
■ 接收器印刷電路板的設計；
■ 正交編碼器信號電纜系統的應用。

運動(dòng)控制模塊的接收電路

1、運動(dòng)控制模塊的編碼輸入電路-接收器電路，實(shí)際上就是運動(dòng)控制模塊與正交編碼器輸出之間的接口電路。本系統采用MAX3095型芯片接收器電路與正交編碼器電纜-端子電阻匹配電路組合作為其接口電路。

IC1 MAX3095型芯片是一個(gè)10Mbps、5V、四通道RS-422/RS-485接收器，具有

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