基于电源线载波的伺服驱动系统与编码器通信技术研究

发布时间：2020-04-14 00:16

【摘要】：随着工业自动化水平的不断提高,伺服系统作为自动化生产中最主要的驱动设备得到了越来越广泛的应用。高性能的伺服系统往往采用高分辨率和高通信速度的编码器作为电机的位置传感器,以获得精确的位置和速度信息。而高分辨率和高速度的编码器通常采用全双工同步串行通讯方式。该方式利用时钟和数据两组信号进行信息传输,对信号相位同步要求高,需额外添加同步补偿功能才能获得较佳的传输速率和传输距离。随着通讯技术的进步,编码器接口正朝着总线式和网络化方向发展,而减少通讯线缆数量和接点数量也是目前长距离、高可靠数据传输的新趋势。基于此,本文提出了一种基于电源线载波技术的编码器接口通讯系统设计。本文首先概述了伺服系统载波通讯方案,并针对直流信道特点提出了基于RS485链路标准的载波系统设计。分析了传统载波信号调制方式,并最终采用差分曼彻斯特编码。然后对载波时序需求进行了详细分析,提出一种基于BiSS-C协议的电源线载波并行通信方法,该方法在满足传感器数据和控制信息位同步传输的前提下,最大程序上缩短了通信时延。其次,设计了整个系统的硬件电路,主要包括耦合电路、RS485接口电路和电源电路等,并重点分析了耦合电路的直流信道特征和耦合变压器的参数选取与设计过程。然后基于FPGA设计了控制器侧从机、编码器侧主机和差分曼彻斯特编解码器,并通过仿真及板级测试验证了各模块设计的合理性。最后,搭建了基于伺服系统的联机调试平台,完成了载波通讯结构下伺服控制系统的测试及结果分析。为进一步验证载波通讯系统的可靠性,进行了误码率测试和抗干扰测试。综上,本文以FPGA为核心,设计了载波硬件电路,规划了通信流程,制定了通信协议,实现了直流电源线数字载波通信。伺服电机闭环控制实验表明,系统运行稳定可靠,满足通讯要求。
【图文】：

伺服系统,平台,伺服电机,总体方案设计

第 2 章总体方案设计及时序分析1 总体方案设计.1 总体方案概述当前的伺服系统控制性能越来越好，这与光电编码器的迅速发展有着密切。如图 2.1 所示为课题研究的伺服系统平台。在伺服控制器和伺服电机间连两根电缆，一根是动力电缆，，向伺服电机供能，另一根是编码器电缆，其内 6 根导线，包含有两根电源线、两根时钟线和两根数据线，其充当控制器与器间信息交换的媒介。伺服电机内部编码器的电源由外部提供的 24V 直流伺服系统内的电源模块转换成 5V 后供给。沈阳工业大学硕士学位论文

载波通讯,结构方案

伺服系统内的电源模块转换成 5V 后供给。图 2.1 伺服系统平台Fig. 2.1 Platform of servo system课题研究利用电力线载波技术实现伺服控制器与旋转编码器间的通信，即两根电源线实现控制器与编码器间的可靠通信。具体设计方案是利用两个挂 24V 电源线两端的数字调制解调器实现对协议的解析及信号的调制。方案简图如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM921.541

【参考文献】