一种绝对式编码器零点调试仪的设计与实现

摘要

在现代工业生产中,永磁同步电机及其驱动部分组成的伺服控制系统占有举足轻重的地位。一个性能优异的伺服控制系统,除了要有合适的伺服控制策略,还需要安装灵敏度高、动态性能好、精度高、抗干扰能力强的传感器。编码器的种类繁多,绝对式光电编码器以其精度高、位置值唯一、无需掉电记忆等优点在工业系统中得到广泛的应用。伺服电机出厂前需要对安装的编码器进行零点校准以便于驱动器进行控制。多摩川绝对式编码器具有性能稳定,性价比高等优点,是市场上比较流行的绝对式光电编码器。因此设计一种操作方便、精度高的多摩川绝对式编码器零点调试仪具有非常重要的实用意义。
　　本文主要讨论多摩川绝对式编码器零点调试仪的设计与实现。通过分析绝对式编码器的调零流程给出调零系统的总体设计方案,并选择技术成熟的矢量控制为系统的控制策略。根据功能的划分,调试仪分为硬件设计和软件设计两部分。其中硬件部分由控制板和功率驱动板组成。控制板采用ARM+FPGA的硬件架构,主要电路包括以ARM为核心控制芯片的最小系统电路和基于FPGA的编码器硬件接口等。功率驱动板输出三相电流直接控制电机转动,主要电路为整流电路和逆变电路。软件设计采用模块化思想和有限状态机设计方法,其中主控芯片ARM进行伺服电机算法处理、调零流程控制和系统参数设置等,FPGA完成ARM与多摩川绝对式编码器的通信。搭建一个系统实验平台,对调试仪软硬件性能指标进行测试。实验结果表明,该调试仪能够快速准确地完成多摩川绝对式编码器的零点校准,实现预期的设计目标。
　　目前本文设计的多摩川绝对式光电编码器零点调试仪已投入实际使用,在生产中取得良好效果,极大地提高了电机厂家的生产效率。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景与研究意义

1.3 本文主要研究内容及组织结构

2 光电编码器与调零介绍

2.1 光电编码器分类

2.2 绝对式编码器的调零定位

2.3本章小结

3 多摩川绝对式编码器调零系统

3.1 引言

3.2 调零系统总体方案

3.3 伺服电机调控策略

3.4 本章小结

4 多摩川绝对式编码器零点调试仪硬件设计

4.1 控制板硬件设计

4.2 驱动板硬件设计

4.3 本章小结

5 多摩川绝对式编码器零点调试仪软件设计

5.1 主控制程序设计

5.2 多摩川绝对式编码器接口程序设计

5.3 本章小结

6 实验与样机测试

6.1 系统实验平台

6.2 实验与测试

6.3 本章小结

7 全文总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文