定位控制系統(tǒng)的抗干擾分析_secret

1、 一、引言 隨著計算機(jī)電子電力和傳感器技術(shù)的發(fā)展，我國的機(jī)電一體化水平也越來越高，機(jī)床、汽車、儀表、家用電器、輕工機(jī)械、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、化工機(jī)械以及工業(yè)機(jī)器人、智能機(jī)器人等許多門類產(chǎn)品每年都有新發(fā)展。因此，機(jī)電一體化技術(shù)已越來越受到各方面的關(guān)注，它在改善人民生活、提高工作效率、節(jié)約能源、降低材料消耗、增強(qiáng)企業(yè)競爭力等方面起著極大的作用。 目前，很多的自動化設(shè)備對定位的要求越來越嚴(yán)格，定位控制技術(shù)作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心部分，其可靠性和穩(wěn)定性直接影響設(shè)備的性能，影響其可靠性和穩(wěn)定性的主要因素之一是抗干擾問題，如何有效地解決干擾問題是定位控制系統(tǒng)的設(shè)計中的一個不容忽視的課題

2、。 二、定位控制系統(tǒng)的組成 一個完整的定位控制系統(tǒng)一般是由上位控制器、執(zhí)行電機(jī)、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和位置檢測元件等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： 上位控制器將分析、計算所得出的運(yùn)動命令以數(shù)字脈沖信號或模擬量的形式送到電機(jī)驅(qū)動器中，驅(qū)動器進(jìn)行功率變換，并驅(qū)動電機(jī)根據(jù)上位控制指令轉(zhuǎn)動，同時，若執(zhí)行機(jī)構(gòu)為交流伺服系統(tǒng)，電機(jī)端部的光電編碼器或檢測直線軌跡的光柵（或磁柵尺）將檢測到的位置反饋到控制器或驅(qū)動器中，構(gòu)成半閉環(huán)或全閉環(huán)控制。 三、干擾現(xiàn)象 在應(yīng)用中，常會遇到以下幾種主要干擾現(xiàn)象： 1、控制系統(tǒng)未發(fā)指令時，電機(jī)無規(guī)則地轉(zhuǎn)動。2、伺服電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時，我們讀電機(jī)的實(shí)際位置時，由電機(jī)端部的光電編碼器反饋回的

3、數(shù)值是亂跳的 3、伺服電機(jī)運(yùn)行時，所讀取的編碼器的值與所發(fā)出指令值不吻合，且誤差值是隨機(jī)的，無規(guī)律的。 4、伺服電機(jī)運(yùn)行時，所讀取的編碼器的值與所發(fā)出指令值的差值為一穩(wěn)定的值或呈周期性變化。 5、使交流伺服系統(tǒng)共用同一電源的設(shè)備（如顯示器等）工作不正常。 四、干擾源分析 干擾進(jìn)入定位控制系統(tǒng)的渠道主要有兩類：信號傳輸通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相聯(lián)的信號輸入通道、輸出通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾。 信號傳輸通道是控制系統(tǒng)或驅(qū)動器接收反饋信號和發(fā)出控制信號的途徑，因?yàn)槊}沖波在傳輸線上會出現(xiàn)延時、畸變、衰減與通道干擾，在傳輸過程中，長線的干擾是主要因素。 任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻，正是這些內(nèi)阻才引起了電

4、源的噪聲干擾，如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會被電源短路吸收，在線路中不會建立起任何干擾電壓，此外，交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動器本身也是較強(qiáng)的干擾源，它可以通過電源對其他設(shè)備進(jìn)行干擾。 五、抗干擾的措施 1、供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 （1）實(shí)行電源分組供電，例如，將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動電源與控制電源分開，以防止設(shè)備間的干擾。（2）采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅(qū)動器對其他設(shè)備的干擾。該措施對以上幾種干擾現(xiàn)象都可以有效地抑制。（3）采用隔離變壓器，考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初次級線圈的互感耦合，而是靠初次級寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抗共模干擾能力。

5、 2、信號傳輸通道的抗干擾設(shè)計 （1）光電耦合隔離措施 在長距離傳輸過程中，采用光電耦合器，可以將控制系統(tǒng)與輸入通道、輸出通道以及伺服驅(qū)動器的輸入、輸出通道切斷電路之間的聯(lián)系。如果在電路中不采用光電隔離，外部的尖峰干擾信號會進(jìn)入系統(tǒng)或直接進(jìn)入伺服驅(qū)動裝置，產(chǎn)生第一種干擾現(xiàn)象。 光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾 ， 從而使信號傳輸過程中的信噪比大大提高。主要原因是：干擾噪聲雖然有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，一般導(dǎo)通電流為10-15mA，所以即使有很高的大雅幅度的干擾，由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。 （2

6、）雙絞屏蔽線長線傳輸 信號在傳輸過程中會受到電場、磁場和地阻抗等干擾因素的影響，采用接地屏蔽線可以減小電場的干擾。 雙絞線與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強(qiáng)，能使各個小環(huán)節(jié)的電磁感應(yīng)干擾相互抵消。 另外，在長距離傳輸過程中，一般采用差分信號傳輸，提高抗干擾性能。采用雙絞屏蔽線長線傳輸可以有效地抑制第二、三、四種干擾現(xiàn)象的產(chǎn)生。 （3）接地 接地可以消除電流流經(jīng)地線時所產(chǎn)生的噪聲電壓，除了要將伺服系統(tǒng)接大地外，信號屏蔽線也要接地，防止靜電感應(yīng)和電磁干擾。如果沒有正確的接地，則可能會出現(xiàn)第二種干擾現(xiàn)象。 六、小結(jié) 抗干擾是一個非常復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的問題，一種干擾現(xiàn)象可能時由若干因