接纳单芯片编码器提高运动掌握使用的机能

接纳单芯片编码器提高运动掌握使用的机能  

   典范的尺度封装编码器是很多运动掌握使用的反应装备,可是提供给最终用户的很多设置是有限定的。一个替换和面向使用的办法是操纵更高集成度的和智能化的传感器手艺基于一个单芯片的编码器设想。这些供给了一个高度灵敏的和可设置的挑选,关于那些需求可以微调编码器输出而提高整体系统性能。

 上面的白皮书形貌了接纳单芯片编码器计划提高运动控制系统的机能。

目次:

1) 提高运动掌握使用的机能       P.3

2) 单芯片编码器设想办法       P.4

3) 单芯片编码器的范例和选项     P.6

4) 单芯片编码器提高机能的特性      P.8

5) 择要               P.13

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在运动掌握使用中,可提高运动反应回路的机能来加强系统性能。扭转和线性编码器供给这个反应来及时陈述速度和位置。

 

比方,能够由上面的方法提高体系的运动掌握机能:

* 提高定位精度

* 较高的运转速度

* 提高体系服从

* 提高可靠性和可重复性

比方,能够由上面的办法实现如许的性能指标:

*体系和部件装配校准

*及时设置调解

*削减机器公役

*增加机器定位调解

*预防性维修调解

  固然施行许多上面这些办法来提高体系的机能是可取的,但关于新的设想大概现有的设想不老是有可能的。并且,实现这些改动会影响体系设想的复杂性,可制造性,外形尺寸,本钱和上市工夫。但是,提高运动掌握的反应有助于提高系运动体系的机能,让我们胪陈一个编码器设想,能够削减这些身分大概完整消弭它们

2)单芯片编码器设想办法

  思索图1的尺度机电设置。这是一个尺度封装编码器被装到一个无刷直流电机来供给运动掌握使用的位置反应。一旦此机电设置被毗连到驱动使用体系,会有机器和电子的调理范围。大部分状况下,这是可完整承受的,可是对那些需求较高机能的体系,必需要求更多的编码器设置掌握来满意设想目的。

图1:BLDC直流无刷机电毗连自力封装编码器

 

留意:Comm 是换向旌旗灯号,ABZ是增量输出旌旗灯号,ABS是绝对位置输出

  如今来引见另一种单芯片编码器解决方案如图2所示。利用这个设想办法,一颗编码器芯片,利用一个现成的外壳解决方案。因为这个高集成度单芯片编码器芯片,只需求这个芯片自己再加上几个分立元件便到达所有的要求。另外,参考电路板设想和规划凡是可从编码器IC制造商处获得。

 

如图2所示,自力封装编码器计划被单芯片编码器设想代替,这个例子是一个iC-MH磁编码器IC。接纳此范例设想可经由过程一个数字接口来调解编码器的设置。

 

图2:直流无刷机电毗连基于单芯片设想的编码器

 

留意::Comm 是换向旌旗灯号,ABZ是增量输出旌旗灯号,ABS是绝对位置输出

Sin/Cos是模仿正弦和余弦输出,Config是编码器设置

 

  如图中所示,编码器芯片感知电机轴扭转的办法是经由过程一个径向磁化的圆柱状磁铁。此磁铁安装到贯穿的电机轴,许可间接检测机电的位置和速度。接纳单芯片编码器设想有可能供给增量输出,正弦/余弦模仿输出[4],以及为设置和绝对位置数据读出的数字串行接口。

 

3)单芯片编码器的范例和选项

 

  磁编码器和光学编码器如图3所示。准确挑选其中之一会严峻影响体系的机能。比方,选用磁编码器能够更好的顺应卑劣情况,以及装配较简朴,凡是它的分辨率和精度低于可比的光学编码器。思索图4的单芯片编码器选型指南。经由过程比力每一个编码器IC的多个特性,这将有助于为使用找到最好的解决方案。

图3:单芯片磁编码器IC与磁铁以及单芯片光学编码器IC与LED和码盘

图4:单芯片编码器IC选型指南

输出格局

如图5所示,单芯片编码器如IC-LNG供给差别输出格局并有许多是能够同时利用。

图5:iC-LNG光学绝对编码器IC展现很多可用的编码器输出格局

 


  关于某些编码器器件,比方iC-MH8,有一个源码开放的串行接口BiSS,它许可高速串行接口读取设置和绝对位置。有关更多的BiSS信息在BiSS的网站上能够找到。[1]

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4)单芯片编码器提高机能的特性

 

  如图7所示,此中一些特性包罗模仿旌旗灯号调度,数字正弦/余弦细分,毛病监督,自动增益控制,多种编码器输出格局,BLDC机电换向旌旗灯号输出,数字设置,线驱动才能以及在体系编程性。

 

  图7:iC-MH8磁编码器IC方框图


     这些设置能够经由过程串行接口编程,许多编码器IC供给一个计算机图形用户界面东西许可简朴和及时的交互编程此器件。一个计算机适配器用来做电路板上的编码器IC的接口,然后这个适配器经由过程USB毗连到计算机。这个计算机图形用户界面如图8所示。


 图8:iC-MH磁编码器计算机设置图形用户界面

  挑选BLDC机电换向极性设置许可此编码器装备适用于各类BLDC机电。所有的这些可调理设置存储到编码器芯片内部RAM,也可编程到片上非易失性PROM,许可这些设置在上电时读取利用。


  除了可设置特性以外,让我们思索以下这些会有助于提高运动掌握使用的系统性能特性。

 

分辨率

 

回忆图1和图2所示的设想,假如这个编码器输出是100 CPR(每扭转正交轮回次数)大概400正交沿,将其改动到一个较高的值如1000 CPR 大概4000正交沿,分辨率增长10倍。运动控制系统的角度分辨率从0.9度每扭转提高到0.09度每扭转。有一点需求留意的是运动控制器处置带宽和呼应工夫[3]。当10倍以上的脉冲加到控制器大概嵌入式微处理器,硬件和软件设计必需包管在中止和数据处理能呼应这个增加。

 

在许多状况下,调理分辨率需求置换编码器器件自己,但是,没有几个可选的磁和光学编码器能够用数字方法调理分辨率而无需改动编码器IC大概源磁铁/码盘。比方,iC-LNB光学编码器IC内建一个FlexCount模块,这个模块许可改动分辨率到任何要求的CPR,从1至65,536 CPR无需改动本身的码盘。

 

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  单芯片编码器供给了一个十分小的外形尺寸。小的封装尺寸许可编码器的电路板十分松散,能够在狭窄的空间利用。这就能够许可一个编码器解决方案利用到之前一个不能利用到的处所。

 

编码器传感器输入

 

  编码器输入的黑白决议它的输出,一个提高机能的简朴办法是改进编码器的输入来实现。关于磁编码器IC,这个能够是挑选更高质量的某种情势的磁铁,减小磁铁到编码器芯片之间的气隙以及优化机器齐心度设想。关于光学编码器IC,这能够是挑选更高质量的某种情势的LED,一样的也要减小气隙和优化机械设计。经由过程如许做来提高编码器反应来提高控制系统机能。

 

精度校准

 

  固然机器调解是一个可选办法以外,操纵单芯片编码器经由过程一个串行接口设置它的内部参数供给了一个更加准确的编码器校准计划。

  如图9所示,SinCosYzer是一个数据收罗体系。经由过程输入编码器的正弦和余弦旌旗灯号,很多差别的丈量值被显现用来协助校准。李育莎曲线,偏差曲线以及以位和度暗示的精度。因为这些设置是及时显现的,可无休止的调解,只需求经由过程编码器芯片计算机图形用户界面来完成,如图8所示,经由过程内部旌旗灯号幅度调度,偏置调度以致相位调度编码器的正弦和余弦旌旗灯号的办法改动编码器的内部设置。

 

图9:SinCosYzer 编码器校准东西

 

编码器旌旗灯号位置调解

 

  调解编码器的零位旌旗灯号供给另一种提高系统性能的办法。如图10所示,iC-MH磁编码器的索引或Z位置能够数字化的在1.4度的步长内调解。U脉冲的机电换向zero位置大概上升沿也能够在1.4度的步长内调解。这供给了一个在使用中灵敏界说原位置的办法。不像霍尔传感器感知BLDC机电磁极的位置是在一个牢固的处所,单芯片编码器能够发生这些机电换向旌旗灯号然后许可微调它们来加强驱动机电本身的机能。

图10:iC-MH ABZ和BLDC UVW机电换向旌旗灯号

 

5)择要

 

和尺度封型编码器比拟,单芯片编码器IC供给了一个高度灵敏和高度可设置的编码器计划。另外,基于单芯片编码器设想,具有了经由过程一个数字接口调理编码器设置的才能。经由过程进一步加强运动掌握反应来提高全部体系的机能。

 

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上传工夫:2013-07-16