葉云燕

    目前的應用正迫切需要可以在苛刻條件下一天24小時連續工作的、可靠耐用的工業機器人和自動機械裝置。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要歸功于新技術和微電子技術的發展。這些創新消除了機器人和自動機械裝置共用工作空間時產生的碰撞，改進了任務分配并且提高了伺服系統的精確性，從而使自動機械系統更加可靠地工作。一個堅固工作系統的關健在于它處理機械和電氣故障的方法。

    伺服系統

    現代的自動化系統為了完成運動控制都要組成閉環系統。運動控制系統一般都含有一個伺服系統，該系統電機驅動器和反饋元件組合而成，對于速度和位置提供精確、穩定的控制。一個典型的伺服系統的組成如圖1所示。

    對高性能、高速的應用系統，直流無刷電機是可取的。值此所述系統均采用的是無刷電機。這種電機的軸端裝有測定軸速和換向點的正交編碼器，用于控制電機的線圈切換順序。第二個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，由于傳動裝置和導螺桿中的齒隙所導致的誤差，使得旋轉軸的位置和電機軸的位置不一致。典型的運動控制卡或模塊包含一個運動控制芯片，一個微處理器和一個用于處理高速編碼信號的DSP或定制ASIC。控制器為驅動器或放大器提供一個控制轉動速度和方向的信號，驅動器把它轉換為適當的電壓和電流(功率)去驅動電機運轉。要設計一個堅固的、具有容錯能力的運動控制反饋系統，在設計過程中要涉及以下幾個方面的內容：

    ·控制器—編碼器輸入電路(接收器電路)

    ·接收器印刷電路板的設計

    ·編碼器信號電纜系統.

    控制器接收電路

    電機的正交編碼器輸出6路RS-422／RS—485(MAX3095)信號(A、 、B、B、INDEX和 )，通過電纜傳送至運動控制器的接收電路——編碼器信號輸入電路。接收電路把RS-422信號轉換為邏輯電平信號(由于系統只有一個發送器，現設定它是RS-422信號)，并把信號送至運動控制電路進行處理。接收電路必須對來自伺服系統的各種故障包括開路、短路、噪聲等做出反應。圖2所示是一個典型的運動控制器的編碼信號輸入接收電路。

    IC1是一個10Mbps、5V、四通道RS-422／RS-485接收器，具有引5kV ESD保護。對于一個容錯系統來講，由于編碼信號輸入電路要和外部元件相連接，ESD保護是必須的。省去外部ESD防護部件，可以大大減少印刷電路板的面積。從正交編碼器發出的信號通過雙絞線傳送到接收電路，每對互補信號線A、 或B、 之間跨接一個150Ω電阻提供適當的端接。當發生電纜斷裂或脫離等開路故障時，要想運動控制器采取適當的行動，首先必須檢測到這些故障。作為一種失效保護措施，當輸入信號線開路時，MAX3095接收器會輸出邏輯高。1kΩ偏置電阻使輸入端“A”的電壓至少比輸入端“B”高200mV。當有輸入端接電阻時，它們仍需保持失效保護輸出。這個電路具有ESD防護、開路檢測和輸出短路保護，但不能檢測輸人短路。

    另一種改進的電路(圖3)包含了2片IC，每片都包含三路RS—422／RS-485(MAX3098)接收器。各接收器均具有內置的故障檢測、±15kVESD保護和32Mbps的數據速率。MAX3098E能檢測接收器輸入開路和短路故障，也能檢測低電壓差分信號和共模范圍超限等其它故障。它的邏輯電平輸出能夠指示哪一路接收器輸入發生了故障。這種直接的故障報告降低了軟件開銷，并將外部邏輯元件減到最少。

    任何一路編碼器輸入發生故障都會立即在相應輸出發出邏輯高信號：ALARMA、ALARMB或ALARMZ。伺服系統移動緩慢時，會在正交編碼器信號的過零區域產生瞬時故障，觸發“假故障”。通過選擇電容C-延遲的值，可將ALARMD輸出(ALARMA、ALARMB和ALARMZ的邏輯或)延遲適當的時間。120Ω電阻為RS422電纜提供適當的端接。由于IC采用16引腳QSOP封裝，僅需很少的外圍元件，因而在印刷電路板上占用的空間也很小。      

    接收電路