【摘要】：隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高,伺服系統(tǒng)作為自動化生產(chǎn)中最主要的驅(qū)動設(shè)備得到了越來越廣泛的應(yīng)用。高性能的伺服系統(tǒng)往往采用高分辨率和高通信速度的編碼器作為電機的位置傳感器,以獲得精確的位置和速度信息。而高分辨率和高速度的編碼器通常采用全雙工同步串行通訊方式。該方式利用時鐘和數(shù)據(jù)兩組信號進行信息傳輸,對信號相位同步要求高,需額外添加同步補償功能才能獲得較佳的傳輸速率和傳輸距離。隨著通訊技術(shù)的進步,編碼器接口正朝著總線式和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,而減少通訊線纜數(shù)量和接點數(shù)量也是目前長距離、高可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)男纶厔��；诖?本文提出了一種基于電源線載波技術(shù)的編碼器接口通訊系統(tǒng)設(shè)計。本文首先概述了伺服系統(tǒng)載波通訊方案,并針對直流信道特點提出了基于RS485鏈路標(biāo)準(zhǔn)的載波系統(tǒng)設(shè)計。分析了傳統(tǒng)載波信號調(diào)制方式,并最終采用差分曼徹斯特編碼。然后對載波時序需求進行了詳細(xì)分析,提出一種基于BiSS-C協(xié)議的電源線載波并行通信方法,該方法在滿足傳感器數(shù)據(jù)和控制信息位同步傳輸?shù)那疤嵯?最大程序上縮短了通信時延。其次,設(shè)計了整個系統(tǒng)的硬件電路,主要包括耦合電路、RS485接口電路和電源電路等,并重點分析了耦合電路的直流信道特征和耦合變壓器的參數(shù)選取與設(shè)計過程。然后基于FPGA設(shè)計了控制器側(cè)從機、編碼器側(cè)主機和差分曼徹斯特編解碼器,并通過仿真及板級測試驗證了各模塊設(shè)計的合理性。最后,搭建了基于伺服系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試平臺,完成了載波通訊結(jié)構(gòu)下伺服控制系統(tǒng)的測試及結(jié)果分析。為進一步驗證載波通訊系統(tǒng)的可靠性,進行了誤碼率測試和抗干擾測試。綜上,本文以FPGA為核心,設(shè)計了載波硬件電路,規(guī)劃了通信流程,制定了通信協(xié)議,實現(xiàn)了直流電源線數(shù)字載波通信。伺服電機閉環(huán)控制實驗表明,系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠,滿足通訊要求。
【圖文】：

第 2 章 總體方案設(shè)計及時序分析1 總體方案設(shè)計.1 總體方案概述當(dāng)前的伺服系統(tǒng)控制性能越來越好，這與光電編碼器的迅速發(fā)展有著密切。如圖 2.1 所示為課題研究的伺服系統(tǒng)平臺。在伺服控制器和伺服電機間連兩根電纜，一根是動力電纜，，向伺服電機供能，另一根是編碼器電纜，其內(nèi) 6 根導(dǎo)線，包含有兩根電源線、兩根時鐘線和兩根數(shù)據(jù)線，其充當(dāng)控制器與器間信息交換的媒介。伺服電機內(nèi)部編碼器的電源由外部提供的 24V 直流伺服系統(tǒng)內(nèi)的電源模塊轉(zhuǎn)換成 5V 后供給。沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文

伺服系統(tǒng)內(nèi)的電源模塊轉(zhuǎn)換成 5V 后供給。圖 2.1 伺服系統(tǒng)平臺Fig. 2.1 Platform of servo system課題研究利用電力線載波技術(shù)實現(xiàn)伺服控制器與旋轉(zhuǎn)編碼器間的通信，即兩根電源線實現(xiàn)控制器與編碼器間的可靠通信。具體設(shè)計方案是利用兩個掛 24V 電源線兩端的數(shù)字調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)對協(xié)議的解析及信號的調(diào)制。方案簡圖如圖 2.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM921.541

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本文編號：2626626