應(yīng)該說運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)己經(jīng)問世多年了，大家對此并不陌生，并在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
而運(yùn)動(dòng)控制（包括軌跡控制、伺服控制）與順序控制、過程控制、傳動(dòng)控制并列為典型的控制模式，是一直以來扮演重要支柱技術(shù)角色的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在許多高科技領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、大規(guī)模集成電路制造設(shè)備、雷達(dá)和各種軍用武器隨動(dòng)系統(tǒng)，以及柔性制造系統(tǒng)（FMS-FlexibleMaunfacturingsystm）等等。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由五部分構(gòu)成：被移動(dòng)的機(jī)械設(shè)備、帶反饋和運(yùn)動(dòng)I/O的馬達(dá)（伺服或步進(jìn)）、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元、運(yùn)動(dòng)控制模塊、以及編程/操作接口軟件，見圖1所示，其運(yùn)動(dòng)控制芯片或模塊是作為伺服與步進(jìn)控制用。
可見PowerDrives（傳動(dòng)裝置）將運(yùn)動(dòng)控制模塊與特定應(yīng)用馬達(dá)、編碼器、限制器、用戶（運(yùn)動(dòng)）I/O連接在一起，用一根控制電纜連接運(yùn)動(dòng)控制模塊與PowerDrives，為全部的命令集與反饋信號提供一個(gè)通道。當(dāng)PowerDrive的性能不能滿足應(yīng)用需要時(shí)，用戶還可選擇通用運(yùn)動(dòng)接口（UMI）螺絲接線端子附件，與第三方馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器/放大器連接。
因?yàn)橐话闶⑿械慕鉀Q方案均為封閉式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),所以基于計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)解決方案所擁有的附加靈活性及低成本潛力使其受到普遍歡迎。
隨著功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制原理的進(jìn)步，以交流伺服電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的交流伺服驅(qū)動(dòng)具有了可與直流伺服驅(qū)動(dòng)相比擬的特性，從而使得交流伺服電動(dòng)機(jī)固有的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，交流伺服驅(qū)動(dòng)已成為現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)發(fā)展的方向。
而當(dāng)今的應(yīng)用最迫切需要可以在苛刻條件下一天24小時(shí)連續(xù)工作的、可靠耐用的工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)機(jī)械裝置。這樣的系統(tǒng)要求遠(yuǎn)比以前具有精確的電機(jī)和反饋控制，今天的大多數(shù)性能改進(jìn)要?dú)w功于新技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展。這些創(chuàng)新消除了機(jī)器人和自動(dòng)機(jī)械裝置共用工作空間時(shí)產(chǎn)生的碰撞，改進(jìn)了任務(wù)分配并且提高了伺服系統(tǒng)的精確性，從而使自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)更加可靠地工作。由于運(yùn)動(dòng)控制芯片或模塊能為一般伺服與步進(jìn)應(yīng)用提供精確、高性能的運(yùn)動(dòng)功能，故可以簡單易用的運(yùn)動(dòng)控制模塊、軟件、以及外設(shè)為運(yùn)動(dòng)和測量集成需求提供最佳集成解決方案。本文著重討論運(yùn)動(dòng)控制模塊在直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對其主要運(yùn)動(dòng)控制模塊的接收電路與正交編碼器信號電纜技術(shù)作分析說明。
運(yùn)動(dòng)控制模塊的應(yīng)用—直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)
運(yùn)動(dòng)控制模塊要在直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)中得到應(yīng)用，它必須組成閉環(huán)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，這是現(xiàn)代的自動(dòng)化系統(tǒng)為了完成運(yùn)動(dòng)控制所持有的特征。
該直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制模塊（卡）與伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和反饋元件（反饋用正交編碼器）組合及編程/操作接口軟件等組成，它能對于速度和位置提供精確與穩(wěn)定的控制。圖2所示為運(yùn)動(dòng)控制模塊組成的直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)方塊。
該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是含有一個(gè)直流無刷電機(jī)的伺服系統(tǒng)，而其運(yùn)動(dòng)控制模塊正交編碼器的接口電路，就是運(yùn)動(dòng)控制模塊的編碼輸入電路，即接收器電路，它接收通過反饋編碼器電纜傳送來的正交編碼器的輸出信號。
關(guān)于運(yùn)動(dòng)控制及系統(tǒng)
應(yīng)該說運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)己經(jīng)問世多年了，大家對此并不陌生，并在各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
而運(yùn)動(dòng)控制（包括軌跡控制、伺服控制）與順序控制、過程控制、傳動(dòng)控制并列為典型的控制模式，是一直以來扮演重要支柱技術(shù)角色的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在許多高科技領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，如激光加工、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、大規(guī)模集成電路制造設(shè)備、雷達(dá)和各種軍用武器隨動(dòng)系統(tǒng)，以及柔性制造系統(tǒng)（FMS-FlexibleMaunfacturingsystm）等等。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由五部分構(gòu)成：被移動(dòng)的機(jī)械設(shè)備、帶反饋和運(yùn)動(dòng)I/O的馬達(dá)（伺服或步進(jìn)）、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元、運(yùn)動(dòng)控制模塊、以及編程/操作接口軟件，見圖1所示，其運(yùn)動(dòng)控制芯片或模塊是作為伺服與步進(jìn)控制用。
可見PowerDrives（傳動(dòng)裝置）將運(yùn)動(dòng)控制模塊與特定應(yīng)用馬達(dá)、編碼器、限制器、用戶（運(yùn)動(dòng)）I/O連接在一起，用一根控制電纜連接運(yùn)動(dòng)控制模塊與PowerDrives，為全部的命令集與反饋信號提供一個(gè)通道。當(dāng)PowerDrive的性能不能滿足應(yīng)用需要時(shí)，用戶還可選擇通用運(yùn)動(dòng)接口（UMI）螺絲接線端子附件，與第三方馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器/放大器連接。
因?yàn)橐话闶⑿械慕鉀Q方案均為封閉式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),所以基于計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)解決方案所擁有的附加靈活性及低成本潛力使其受到普遍歡迎。
隨著功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制原理的進(jìn)步，以交流伺服電動(dòng)機(jī)為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的交流伺服驅(qū)動(dòng)具有了可與直流伺服驅(qū)動(dòng)相比擬的特性，從而使得交流伺服電動(dòng)機(jī)固有的優(yōu)勢得到了充分的發(fā)揮，交流伺服驅(qū)動(dòng)已成為現(xiàn)代伺服驅(qū)動(dòng)發(fā)展的方向。
而當(dāng)今的應(yīng)用最迫切需要可以在苛刻條件下一天24小時(shí)連續(xù)工作的、可靠耐用的工業(yè)機(jī)器人和自動(dòng)機(jī)械裝置。這樣的系統(tǒng)要求遠(yuǎn)比以前具有精確的電機(jī)和反饋控制，今天的大多數(shù)性能改進(jìn)要?dú)w功于新技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展。這些創(chuàng)新消除了機(jī)器人和自動(dòng)機(jī)械裝置共用工作空間時(shí)產(chǎn)生的碰撞，改進(jìn)了任務(wù)分配并且提高了伺服系統(tǒng)的精確性，從而使自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)更加可靠地工作。由于運(yùn)動(dòng)控制芯片或模塊能為一般伺服與步進(jìn)應(yīng)用提供精確、高性能的運(yùn)動(dòng)功能，故可以簡單易用的運(yùn)動(dòng)控制模塊、軟件、以及外設(shè)為運(yùn)動(dòng)和測量集成需求提供最佳集成解決方案。本文著重討論運(yùn)動(dòng)控制模塊在直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用，并對其主要運(yùn)動(dòng)控制模塊的接收電路與正交編碼器信號電纜技術(shù)作分析說明。
運(yùn)動(dòng)控制模塊的應(yīng)用—直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)
運(yùn)動(dòng)控制模塊要在直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)中得到應(yīng)用，它必須組成閉環(huán)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，這是現(xiàn)代的自動(dòng)化系統(tǒng)為了完成運(yùn)動(dòng)控制所持有的特征。
該直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制模塊（卡）與伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和反饋元件（反饋用正交編碼器）組合及編程/操作接口軟件等組成，它能對于速度和位置提供精確與穩(wěn)定的控制。圖2所示為運(yùn)動(dòng)控制模塊組成的直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)方塊。
該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是含有一個(gè)直流無刷電機(jī)的伺服系統(tǒng)，而其運(yùn)動(dòng)控制模塊正交編碼器的接口電路，就是運(yùn)動(dòng)控制模塊的編碼輸入電路，即接收器電路，它接收通過反饋編碼器電纜傳送來的正交編碼器的輸出信號。
輸入線上的ESD保護(hù)以及延遲的告警/故障輸出
2、另一種改進(jìn)的電路（圖4）包含了2片IC（MAX3098），每片都包含三路RS-422/RS-485接收器。
各接收器均具有內(nèi)置的故障檢測、±15kVESD（靜電釋放）保護(hù)和32Mbps的數(shù)據(jù)速率。而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(fā)生了故障。這種直接的故障報(bào)告降低了軟件開銷，并將外部邏輯元件減到最少。
任何一路正交編碼器輸出即控制模塊的編碼輸入發(fā)生故障都會立即在相應(yīng)輸出發(fā)出邏輯高信號：ALARM（報(bào)警）A、ALARM（報(bào)警）B和ALARM（報(bào)警）Z。伺服系統(tǒng)移動(dòng)緩慢時(shí)，會在正交編碼器信號的過零區(qū)域產(chǎn)生瞬時(shí)故障，觸發(fā)“假故障”。通過選擇電容C-延遲的值，可將ALARM（報(bào)警）D輸出（ALARM（報(bào)警）A、ALARM（報(bào)警）B和ALARM（報(bào)警）Z的邏輯或）延遲適當(dāng)?shù)臅r(shí)間。120Ω電阻為RS422電纜提供適當(dāng)?shù)亩私?。由于IC采用16引腳QSOP（四分之一外形封裝）型，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。
接收電路印制板布局
MAX3098ERS-422/RS485三接收器的印刷電路電路的正確走線和元件位置
正確的接收電路布局要從RS-422編碼器輸入連接器開始。差分信號對A/A—、B/B—和INDEX/INDEX—必須占據(jù)連接器的相鄰引腳。這種方式可使各差分對的信號電流通路相疊相消。為保證印刷電路板上每一條走線有相同的寄生電容，每對信號線要盡量靠近、長度相同并且盡量對稱。為減小數(shù)字信號的感性和容性串?dāng)_，并降低電感，來自于連接器和接收電路的差分RS-422信號應(yīng)該布置在大面積地層上，接地層通常位于印制板中間。這個(gè)接地層上不應(yīng)有大電流信號流動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制器電路中的高速電流切換會產(chǎn)生共模噪聲。使用濾波器和旁路電容有助于減小耦合到供電線路中的共模電壓?？梢跃o靠接收器的Vcc輸入端放置一個(gè)0.1uf的旁路電容。為減小旁路回路的電感，電容器的接地引腳應(yīng)直接接到地線層,芯片的接地引腳也是一樣，應(yīng)通過一個(gè)靠近的穿孔打到地。最后，為減小耦合到接收器電路中的噪聲，應(yīng)避免接收器的信號線靠近功率電路。
正交編碼器信號電纜的應(yīng)用
由于正交編碼器的差分信號是平衡的，因而可以在常規(guī)電纜上傳送。不過，雙絞線更好一點(diǎn)。雙絞線具有很低的感應(yīng)耦合，在高達(dá)數(shù)兆赫茲的頻率范圍具有恒定的阻抗，特別適合于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的高速特性。雙絞線也有助于減小輻射和接收電磁干擾（EMl）。
雙絞線有屏蔽和非屏蔽兩種。非屏蔽線尺寸小、造價(jià)低、重量輕，彎曲半徑小等特點(diǎn)。然而，差分正交編碼器信號必須使用屏蔽線。由于屏蔽層可提供額外的EMI防護(hù)，屏蔽雙絞線具有更好的共模抑制。實(shí)際的非屏蔽雙絞線中不太理想的絞合會產(chǎn)生顯著增加的EMI噪聲。在編碼信號輸入連接器中應(yīng)把屏蔽層接至接收器的地線上。<
