增量式编码器的故障检测方法技术

增量式编码器的故障检测方法，属于编码器的故障检测领域，解决了现有技术不能对增量式编码器的非断线故障进行检测的问题。它将增量式编码器相位相差９０°的电脉冲信号Ａ和Ｂ相异或，得到同步时钟信号Ｃｌｏｃｋ，根据Ｃｌｏｃｋ的每相邻周期的上升沿时刻电脉冲信号Ａ和Ｂ的状态，定义两个上升沿触发的ＪＫ触发器ＦＦ２、ＦＦ１的电路输出状态Ｑ２Ｑ１，通过Ｑ２Ｑ１的输出状态对增量式编码器的故障进行判断；它还包括对增量式编码器的Ｚ脉冲信号的检测：采用Ｚ脉冲信号对级联计数器预置操作，对增量式编码器每旋转一周同步时钟信号Ｃｌｏｃｋ输出的脉冲数进行计数，由级联计数器是否溢出判断Ｚ脉冲信号故障。本发明专利技术用于增量式编码器的故障检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于编码器的故障检测领域。
技术介绍
目前常用的编码器有增量式编码器和绝对式编码器，增量式编码器由于成本低而 比绝对式编码器的应用范围广得多。增量式编码器的光电码盘由一块玻璃圆盘上镀上一层 不透光的金属薄膜，然后在金属薄膜上面制作圆周等距的透光与不透光相间的条纹制成， 当光电码盘旋转时，透光的条纹有光线透过，不透光的条纹无光线透过，由此产生的明暗相 间的信号由光敏元件接收，再转换成电脉冲信号输出。增量式编码器的码盘通常刻两个码 道，每个码道对应一个发光元件和一个光敏接收元件，两个码道具有相同数目的等间隔光 栅条纹线，在光电码盘正常工作时，可输出相位相差90度的A、B电脉冲信号，同时编码器每 旋转一周会提供一个Z脉冲信号，如图1所示。增量式编码器用于电机的转速测量时，将其与电机同轴连接，在电机旋转的一个 固定时间段之内，通过查询编码器输出的A、B电脉冲信号的个数，可计算得到电机的转速。 但当编码器发生故障时，如电脉冲信号A或B丢失，则会造成测速不准，这极有可能使电机 发生“飞车”现象。由此对编码器的工作状态进行监测非常必要，以在故障发生时，及时调整 控制器的工作状态，确保设备安全运行。现有技术中对增量式编码器进行的故障检测主要 是针对断线检测，如图2所示。当光电码盘输出的信号A、B、Z无断线时，由于其信号为TTL 电平，无法导通稳压二极管D1，三极管Q1截止；当A、B、Z出现断线时，稳压二极管在12V电 源作用下导通，三极管Q1导通；以此来判断编码器是否出现断线故障。由于电机系统的工作环境恶劣，增量式编码器还经常会出现下列原因引起的非断 线故障一、光电码盘的码道被化学腐蚀或被污物覆盖，导致在连线正常时，编码器所输出 的A、B电脉冲信号部分缺失；二、当光电码盘轴与电机轴安装出现严重偏心误差时，造成的A、B电脉冲信号缺失。这两种原因造成的增量式编码器故障，常常难以被使用者发现，它会使对电机速 度的检测出现误差，从而降低整个系统的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，它解决了现有技术不能 对增量式编码器的非断线故障进行检测的问题。对增量式编码器的电脉冲信号A和B的检测将增量式编码器两个码道正常工作 状态下输出的相位相差90°的电脉冲信号A和B相异或，得到同步时钟信号Clock，所述同 步时钟信号Clock的每相邻周期的上升沿时刻，电脉冲信号A和B的状态在A = 1、B = 0和A = 0、B = 1之间循环；定义两个上升沿触发的JK触发器FF2、FF1的电路输出状态Q2Q1为SQ = 00，正常态序；Si = 01，正常态序；S2 = 10，故障态序；S3=ll，无关态序;将同步时钟信号Clock的每相邻两个周期中，前一个周期的上升沿时刻，电脉冲 信号A和B相反的状态通过Q2Q1的& = 00的电路状态输出；后一个周期的上升沿时刻， 电脉冲信号A和B的相反的状态通过Q2Q1的Si = 01的电路状态输出，并且后一个周期的 上升沿时刻，电脉冲信号A和B的状态各自为前一个周期上升沿时刻A和B的状态的反变 量；当Q2Q1的电路输出状态在& = 00和Si = 01之间循环时，判定增量式编码器的 电脉冲信号A、B无故障；当Q2Q1的电路输出状态不在& = 00和Si = 01之间循环时，通 过Q2Q1的& = 10的电路状态输出，判定增量式编码器的A、B信号出现故障。本专利技术还提供另一种，是对增量式编码器的Z脉冲 信号的检测将增量式编码器两个码道正常工作状态下输出的相位相差90°的电脉冲信 号A和B相异或，得到同步时钟信号Clock ；采用Z脉冲信号对级联计数器进行预置操作， 预置计数值为级联计数器的最大计数值与增量式编码器每旋转一周同步时钟信号Clock 输出的脉冲数的差，在增量式编码器的旋转过程中，采用级联计数器对同步时钟信号Clock 进行计数，并且增量式编码器每旋转一周，Z脉冲信号对级联计数器进行一次预置操作，当 级联计数器计数无溢出，判定Z脉冲信号无故障；当级联计数器计数溢出，判定增量式编码 器的Z脉冲信号缺失，出现故障。本专利技术的优点是本专利技术方法通过对增量式编码器的电脉冲信号A、B和Z脉冲信号的缺失的检测， 来实现对增量式编码器的断线或非断线故障的判断，对增量式编码器与控制电路之间出现 的某一相的断线故障，或者由于增量式编码器的长期使用造成的轴偏心、码道腐蚀引起的 脉冲信号的缺失引起的故障，能够准确的进行检测，并且实现电路简单，特别适合用CPLD 或FPGA等可编程逻辑器件实现，是现有技术中对断线故障进行检测的有益补充。附图说明图1为增量式编码器输出的A、B、Z脉冲信号图；图2为现有增量式编码器的断线 故障检测电路图；图3为增量式编码器正常工作状态下电脉冲信号A和B与同步时钟信号 Clock的波形图，图中第四条曲线的00段对应于Q2Q1的电路输出状态&，01段对应于Q2Q1 的电路输出状态Si ；图4为本专利技术方法的电路输出状态转换及其转换条件图；图5为实施 方式二所述的本专利技术检测方法的实现电路图；图6为实施方式二和三所述的本专利技术检测方 法同时实现的电路图；图7为增量式编码器的电脉冲信号A和B正常时的仿真实验结果图； 图8为增量式编码器的电脉冲信号A正常，B固定为高电平输出时的仿真实验结果图；图9 为增量式编码器的电脉冲信号A正常，B固定为低电平输出时的仿真实验结果图；图10为 增量式编码器的电脉冲信号A正常，B部分缺失输出时的仿真实验结果图；图11为实施方式四所述的本专利技术检测方法的实现电路图；图12为增量式编码器的Z脉冲信号正常输出时 的仿真实验图；图13为增量式编码器的Z脉冲信号丢失时的仿真实验图。具体实施例方式具体实施方式一下面结合图3说明本实施方式，本实施方式为对增量式编码器 的电脉冲信号A和B的检测将增量式编码器两个码道正常工作状态下输出的相位相差 90°的电脉冲信号A和B相异或，得到同步时钟信号Clock，所述同步时钟信号Clock的每 相邻周期的上升沿时刻，电脉冲信号A和B的状态在A = 1、B = 0和A = 0、B = 1之间循 环；定义两个上升沿触发的JK触发器FF2、FF1的电路输出状态Q2Q1为SQ = 00，正常态序；Si = 01，正常态序;S2 = 10，故障态序；S3=ll，无关态序；将同步时钟信号Clock的每相邻两个周期中，前一个周期的上升沿时刻，电脉冲 信号A和B相反的状态通过Q2Q1的& = 00的电路状态输出；后一个周期的上升沿时刻， 电脉冲信号A和B的相反的状态通过Q2Q1的Si = 01的电路状态输出，并且后一个周期的 上升沿时刻，电脉冲信号A和B的状态各自为前一个周期上升沿时刻A和B的状态的反变 量；当Q2Q1的电路输出状态在& = 00和= 01之间循环时，判定增量式编码器的 电脉冲信号A、B无故障；当Q2Q1的电路输出状态不在& = 00和Si = 01之间循环时，通 过Q2Q1的& = 10的电路状态输出，判定增量式编码器的A、B信号出现故障。本专利技术方法的原理正常编码器的电脉冲信号A、B的输出相位相差90度，将A和B相异或，得到同步时 钟信号Cloc本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增量式编码器的故障检测方法，其特征在于：对增量式编码器的电脉冲信号Ａ和Ｂ的检测：将增量式编码器两个码道正常工作状态下输出的相位相差９０°的电脉冲信号Ａ和Ｂ相异或，得到同步时钟信号Ｃｌｏｃｋ，所述同步时钟信号Ｃｌｏｃｋ的每相邻周期的上升沿时刻，电脉冲信号Ａ和Ｂ的状态在Ａ＝１、Ｂ＝０和Ａ＝０、Ｂ＝１之间循环；定义两个上升沿触发的ＪＫ触发器ＦＦ２、ＦＦ１的电路输出状态Ｑ２Ｑ１为：Ｓ０＝００，正常态序；Ｓ１＝０１，正常态序；Ｓ２＝１０，故障态序；Ｓ３＝１１，无关态序；将同步时钟信号Ｃｌｏｃｋ的每相邻两个周期中，前一个周期的上升沿时刻，电脉冲信号Ａ和Ｂ相反的状态通过Ｑ２Ｑ１的Ｓ０＝００的电路状态输出；后一个周期的上升沿时刻，电脉冲信号Ａ和Ｂ的相反的状态通过Ｑ２Ｑ１的Ｓ１＝０１的电路状态输出，并且后一个周期的上升沿时刻，电脉冲信号Ａ和Ｂ的状态各自为前一个周期上升沿时刻Ａ和Ｂ的状态的反变量；当Ｑ２Ｑ１的电路输出状态在Ｓ０＝００和Ｓ１＝０１之间循环时，判定增量式编码器的电脉冲信号Ａ、Ｂ无故障；当Ｑ２Ｑ１的电路输出状态不在Ｓ０＝００和Ｓ１＝０１之间循环时，通过Ｑ２Ｑ１的Ｓ２＝１０的电路状态输出，判定增量式编码器的Ａ、Ｂ信号出现故障。...

【技术特征摘要】
一种增量式编码器的故障检测方法，其特征在于对增量式编码器的电脉冲信号A和B的检测将增量式编码器两个码道正常工作状态下输出的相位相差90°的电脉冲信号A和B相异或，得到同步时钟信号Clock，所述同步时钟信号Clock的每相邻周期的上升沿时刻，电脉冲信号A和B的状态在A＝1、B＝0和A＝0、B＝1之间循环；定义两个上升沿触发的JK触发器FF2、FF1的电路输出状态Q2Q1为S0＝00，正常态序；S1＝01，正常态序；S2＝10，故障态序；S3＝11，无关态序；将同步时钟信号Clock的每相邻两个周期中，前一个周期的上升沿时刻，电脉冲信号A和B相反的状态通过Q2Q1的S0＝00的电路状态输出；后一个周期的上升沿时刻，电脉冲信号A和B的相反的状态通过Q2Q1的S1＝01的电路状态输出，并且后一个周期的上升沿时刻，电脉冲信号A和B的状态各自为前一个周期上升沿时刻A和B的状态的反变量；当Q2Q1的电路输出状态在S0＝00和S1＝01之间循环时，判定增量式编码器的电脉冲信号A、B无故障；当Q2Q1的电路输出状态不在S0＝00和S1＝01之间循环时，通过Q2Q1的S2＝10的电路状态输出，判定增量式编码器的A、B信号出现故障。2.根据权利要求1所述的增量式编码器的故障检测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泳，徐冰，徐殿国，杨荣峰，王高林，丛培城，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]