基于重载型编码器的重载闭环驱动系统的制作方法

本发明涉及重载编码器，具体为一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统。

背景技术：

1、为了适应更苛刻的工业环境，重载编码器专门被研发出来。与传统的工业编码器相比，重载编码器具有更强的抗冲击和震动的能力，他们的外壳也可以适应各种恶劣的环境；

2、重载编码器一般采用磁阻技术以实现更高的稳定性，磁性编码器从原理上克服了传统光电编码器的不足，保证了重载场合的可靠运行。如果是采用光学原理，那么码盘也一定采用不会破碎的材料来制成，一般为金属或者聚酯薄膜材料。在结构上为了配合大功率电机的应用，重载编码器一般都采用超大孔径设计，而且可以直接安装在各类电机的端面上。在轴的保护上一般都具有热隔离和电气隔离；

3、重载场合运行中存在较大的位能负载，必须采用通过编码器反馈信号进行自动控制的闭环控制系统，如果将变频器驱动系统设定为开环控制，当重载场合设备工作角度过大时，其位能负载增大，驱动系统输出的驱动重力不能平衡稳定，使得变频器检测变化较大，造成力矩输出时通时断，运行时动作时有时无，从而容易导致重载设备发生故障；

4、于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，包括：plc控制器、变频驱动系统、电机和编码器，所述plc控制器电性连接有变频驱动系统，所述变频驱动系统电性连接有电机，所述电机的输出端通过编码器与plc控制器相连接。

3、进一步的，所述plc控制器、变频驱动系统和电机之间构成串联结构，且变频驱动系统程序设置为编码器控制，并且变频驱动系统程序与编码器系统参数相匹配。

4、进一步的，所述plc控制器、变频驱动系统和电机之间采用自动化netlinx开放网络体系结构，且兼容了所有源/目的地模式所具备的通讯能力，同时具备更高的数据传输效率，因此它能有效地控制、组态、采集信息和数据。

5、进一步的，所述变频驱动系统的pid控制主要包括速度闭环、角度闭环和换相角相位延迟调节闭环，且电机的其反馈量为前一次编码器采样到的输出量，与给定的量进行比较，经过pid调节算法，具体如下列公式⑥：

6、

7、式⑥中：kp是比例系数；kt；是积分系数；kd是微分系数；zc和zk-1是第k、k-1采样时刻输人的偏差值。

8、进一步的，所述电机的输出端与编码器中心孔进行柔性机械连接，且电机的输出端每转动1圈编码器就会提供1024个脉冲反馈。

9、进一步的，所述电机同一时刻只有两个绕组通电，电机工作时，有如下关系式①：

10、

11、式①中：ua是母线电压；ra是电流检测电阻；i是通电绕组中电流；e是通电绕组中的感应电势；

12、反电势有如下关系式②：

13、e＝2pnfτbmω②

14、式②中：p是电机极对数；n是电机绕组匝数；f是导体有效长度；τ是电机的极距；bm是转子水磁体气缝磁密分布的最大值；ω是电机转速；

15、将式①代入式②并简化，如下列公式③：

16、

17、式③中：ra是绕组线电阻与电流检测电阻的差，ra＝2r-r；k1是反电势系数，k1＝2pnfτbmω，ω是电机转速；

18、将式③中电流i用角速度表示，得到公式④：

19、

20、式④中：kr是电机转矩系数；j是转子转动惯量；b、是黏滞摩擦系数；t、是电机转负载；

21、其中，电机角速度ω与转角的如下关系式⑤：

22、

23、进一步的，所述电机、编码器与变频驱动系统之间采用反电势过零点检测法，且通过检测不同电相绕组中的反电动势电压过零点，在过零点处延迟30°角，即可得到电机换相。

24、进一步的，所述编码器采用增量型双通道旋转型编码器，其主要技术参数如下：工作电压为12vdc(由变频器提供)，分辨率为1024p/r，输出电压为9vdc，输出相为a/b双通道(a、a-，b、b-)。

25、进一步的，所述编码器的a/b双通道输出脉冲之间的相位差为90°[t/4，t＝a(b)相的一个周期]，且编码器脉冲波形为方波。

26、进一步的，所述编码器内部信号检测系统一般采用光电检测系统，且检测透光板一般采用厚度小于0.05mm的合金薄板。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1.本发明通过netlinx采用通用的应用层协议--控制与信息协议。控制与信息协议是基于netlinx架构的核心网络，控制协议适用于实时i/0；信息协议适用于显式报文传送，主要用于组态、数据采集和诊断，以及在基于cip协议的网络间实现路由功能，ether-net/ip可实现非时间关键的数据交换、过程监视，可以连接无限的节点，传输速率为10/100mbps，可传输1500b大小的数据包；controlnet可实现实时确定性控制、冗余系统，可以连接99个节点/网络，传输速率为5mbps，可传输510b的数据包(分组)；devicenet可连接带有诊断功能的智能设备和常检查保养，可以杜绝这类故障的发生；

29、2.本发明通过将电机绕组反电动势经过反电势过零点检测电路滤波后，进行频率检测，检测后经过查表可以得到对应的延迟角度，并与30°角做差后，即得到对当前换相顺序的延迟角度，形成换相角相位延迟调节闭环。系统输人量是角度值时，表示利用电机进行角度定位；输人量是速度值时，表示利用电机速度进行控制，从而形成角度闭环和速度闭环。

技术特征：

1.一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，包括：plc控制器(1)、变频驱动系统(2)、电机(3)和编码器(4)，其特征在于，所述plc控制器(1)电性连接有变频驱动系统(2)，所述变频驱动系统(2)电性连接有电机(3)，所述电机(3)的输出端通过编码器(4)与plc控制器(1)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述plc控制器(1)、变频驱动系统(2)和电机(3)之间构成串联结构，且变频驱动系统(2)程序设置为编码器(4)控制，并且变频驱动系统(2)程序与编码器(4)系统参数相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述plc控制器(1)、变频驱动系统(2)和电机(3)之间采用自动化netlinx开放网络体系结构，且兼容了所有源/目的地模式所具备的通讯能力，同时具备更高的数据传输效率，因此它能有效地控制、组态、采集信息和数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述变频驱动系统(2)的pid控制主要包括速度闭环、角度闭环和换相角相位延迟调节闭环，且电机(3)的其反馈量为前一次编码器(4)采样到的输出量，与给定的量进行比较，经过pid调节算法，具体如下列公式⑥：

5.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述电机(3)的输出端与编码器(4)中心孔进行柔性机械连接，且电机(3)的输出端每转动1圈编码器(4)就会提供1024个脉冲反馈。

6.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述电机(3)同一时刻只有两个绕组通电，电机(3)工作时，有如下关系式①：

7.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述电机(3)、编码器(4)与变频驱动系统(2)之间采用反电势过零点检测法，且通过检测不同电相绕组中的反电动势电压过零点，在过零点处延迟30°角，即可得到电机(3)换相。

8.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述编码器(4)采用增量型双通道旋转型编码器，其主要技术参数如下：工作电压为12vdc(由变频器提供)，分辨率为1024p/r，输出电压为9vdc，输出相为a/b双通道(a、a-，b、b-)。

9.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述到编码器(4)的a/b双通道输出脉冲之间的相位差为90°[t/4，t＝a(b)相的一个周期]，且编码器(4)脉冲波形为方波。

10.根据权利要求1所述的一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，其特征在于，所述编码器(4)内部信号检测系统一般采用光电检测系统，且检测透光板一般采用厚度小于0.05mm的合金薄板。

技术总结
本发明公开了一种基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，本发明涉及重载编码器技术领域，包括：PLC控制器、变频驱动系统、电机和编码器，所述PLC控制器电性连接有变频驱动系统，所述变频驱动系统电性连接有电机，所述电机的输出端通过编码器与PLC控制器相连接，所述PLC控制器、变频驱动系统和电机之间构成串联结构，且变频驱动系统程序设置为编码器控制，并且变频驱动系统程序与编码器系统参数相匹配。该基于重载型编码器的重载闭环驱动系统，通过NetLinx采用通用的应用层协议‑‑控制与信息协议，控制与信息协议是基于NetLinx架构的核心网络，控制协议适用于实时I/0，信息协议适用于显式报文传送，主要用于组态、数据采集和诊断。

技术研发人员：李玉宝
受保护的技术使用者：无锡麦德瑞光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14