sincos编码器数据采集卡.doc

sincos编码器数据采集卡
sincos编码器数据采集卡为电机编码器的脉冲发生器,是将sincos输出形式的编码器的信号进行转换、隔离,输出可以适应控制器的信号的设备,主要有:电平转换、模数转换、整形及分频等。常用于测量旋转角速度或线速度。
一、背景技术与趋势
随着自动化技术的发展,各种传感器广泛应用于数控机床,机器人等伺服控制系统的位置检测。目前常用的是高分辨率的光电编码器、旋转变压器、正余弦编码器。与其他系统相比,在提高动态特性方面,正余弦编码器有独特的优势。正余弦编码器输出正余弦波形的A通道和B通道反馈,通过硬件或者软件方法求其相应的角度。
正余弦编码器的一个主要优点就是EMC的良好的可靠性,这种可靠性是通过将几乎整个编码器电子器件集成到一个元件中来实现的。集成偏移、波幅控制和芯片内光学系统调节属于崭新的课题,在过去,如果有人希望得到低频率的高质量、精确的正弦波信号,就需要根据带宽情况进行采购。现在,通过内置波幅控制,能够满足这种看起来似乎是矛盾的要求,能够通过用一台装置在低速、最大频率为500 kHz的情况下发送谐波畸变小于1%的正弦信号。其最大优点是:如果需要在低速状态下实现精确性,再也不用降低生产率,因为正弦波编码器能够限制装置的最大速度,可以在精确性和速度两方面满足要求。
如图1所示,在理想情况下,正余弦编码器旋转一周期输出两相正交的电压信号(A相和B相)。


A
B
图1
上述A,B相电压信号可以表示为:
UA=Usin(θ+π/2) (1)
UB=Usinθ(2)
式中:U为正余弦编码器输出电压信号幅值;θ为电压信号相位角。
永磁同步电机正余弦编码数据采集卡是一种将差分信号转换为一连串数字脉冲信号与模拟信号的转换电路,是电机控制系统的基本理论依据,通过采集卡可以精确的控制电机的速度、方向与运行效果等等。
编码器与数据采集卡的连接方式如图2所示,一般通过带屏蔽层的15芯串口线连接。
数据采集卡脖子
屏蔽层接地
正余弦编码器器脖子
图2
由于数据采集是电机控制的必要条件,提高编码采集卡的抗干扰能力与采集精度,使其不受电机频率等相关运行参数的影响,同时使采集卡体积小、成本低,便于安装调试一直以来都是编码采集卡的研究与发展方向。
二、数据采集卡的原理
本文提供一种抗干扰能力强,对电机不同运行状态的影响小,成本低、安装调试方便的新型编码采集卡。
本方案包括经典的数字信号产生电路与基本无干扰的模拟量采集电路。尤其是数字信号产生电路,采用了比较、触发与电容滤波相结合的方式,巧妙的应用了电路自身存在的干扰,以及触发电路的独立性,产生了基本无干扰的数字信号,并且做到了与电机的运行状态的相对独立,使得在成本降低的情况下,编码采集卡获得了理想的信号采集波形。
数字信号产生原理图如图3,由编码器输出信号A+、A-比较得到A1信号(其中A+为近似正弦波,A-与A+相差90电角度),其中,滤波电容采用10P与360P相结合的方式,可以分别对两种不同频率的干扰信号进行过滤,能够有效去除多次谐波对变频器的扰动。
图3
通过D触发器,分别产生所需要的数字信号A2与A3,如图4所示,A2与A3相差一个CLK周期,用于合成B信号的时钟信号,触发器时钟信号CLK由CPU直接提供,不受电机运行频率的影响,且远