一种数字增量式编码器断线实时检测的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种数字增量式编码器断线实时检测的方法和系统，该方法包括：将Ａ相、Ｂ相、Ｚ相差分信号分别转换为Ａ相、Ｂ相、Ｚ相单端信号；根据所述Ａ相单端信号和Ｂ相单端信号保持正交脉冲的物理特性对Ａ相单端信号和Ｂ相单端信号是否断线进行判断；根据Ｚ相单端信号脉冲的机械角度固定的特性对Ｚ相单端信号是否断线进行判断；根据上述判断结果输出故障状态。以提供一种能够实时监测，且监测精度高的对数字增量式编码器进行断线实时检测的方法和系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字增量式编码器，更具体的说，涉及一种对数字增量式编码器 进行断线实时检测的方法和系统。
技术介绍
目前，在运动控制和电气传动领域内，由于数字增量式编码器耐用、抗冲击、抗震 动、不易受干扰、精度高、解码简单等优点，得到了广泛应用。特别是在伺服电机驱动控制 中，数字增量式编码器更是占据了绝大部分市场。不过，在伺服电机驱动控制中，如果数字 增量式编码器的某一根线断线，则伺服驱动器就不能正确的驱动控制伺服电机。如果不能 准确快速的进行报警，有可能会出现电机飞车，甚至更严重的有可能会导致伺服驱动器损 坏。所以准确快速的对数字增量式编码器进行断线检测和报警，对伺服驱动器而言，非常重 要。目前，数字增量式编码器主要有两种，一种有A、B、Z、U、V、W信号，另一种只有A、 B、Z信号。其中UVW信号主要用来上电时检测伺服电机转子的初始位置，不过，由于目前已 经有不需要UVW信号而可以在上电时有效准确的检测伺服电机转子的初始位置的算法，所 以带UVW信号的数字增量式编码器由于成本较高而逐渐被淘汰。本专利技术只针对有ABZ信号 的数字增量式编码器。数字增量式编码器的AB信号为正交脉冲信号，经过解码后可以进 行计数，也可以判断出伺服电机转子的旋转方向。数字增量式编码器的Z信号为机械角度 校准信号，伺服电机每转一圈都会在固定的机械角度产生一个窄脉冲信号，这就是Z信号。 由于它相对伺服电机转子的机械角度固定，所以它被用来校准经过软件计算出来的机械角 度，避免产生累计误差。目前，数字增量式编码器断线检测技术主要有以下几种方法1)速度反馈值一般 都是根据编码器反馈信号而得到。在运行状态下，速度指令不为0，在限定时间内检测到的 速度反馈值一直为0，认为是编码器断线。2)直接检测编码器信号线的电平变化。如果在 限定的时间内，检测不到编码器信号线的任何电平变化，认为是编码器断线。不过在待机状 态下和零速状态下，速度反馈值一直为0，编码器信号线电平也不会有变化。即使在超低速 下，由于电机运行不能够非常平稳，也有可能出现在限定的时间内，速度反馈值一直为0，而 且在超低速下编码器信号线电平本身变化就非常缓慢。当编码器断线时，编码器信号输入 电路悬空，有可能出现由于干扰的影响，导致编码器信号输入电路还有电平的变化，这样就 有可能出现编码器已经断线，但是检测程序可以继续检测到编码器信号电平的变化，速度 反馈值也不为0。由此看出，以上两种方法都存在待机状态下无法进行检测，零速状态下无 法进行检测，检测需要时间过长以及超低速下和有干扰下检测准确度不高的缺点。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种能够实时监测，且监 测精度高的对数字增量式编码器进行断线实时检测的方法和系统。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案一种数字增量式编码器断线实时检测的方法，包括(a)将A相、B相、Z相差分信号分别转换为A相、B相、Z相单端信号；(b)根据所述A相单端信号和B相单端信号保持正交脉冲的物理特性对A相单端 信号和B相单端信号是否断线进行判断；(C)根据Z相单端信号脉冲的机械角度固定的特性对Z相单端信号是否断线进行 判断；(d)根据步骤(b)和步骤(C)的判断结果输出故障状态。其中，依据上述主要技术特征所述步骤(b)进一步包括(bl)对A相、B相单端信号进行滤波处理，采用有效电平判断法进行滤波；(b2)捕捉A相单端信号的上升沿和下降沿，以及检测此时B相单端信号的电平；(b3)捕捉B相单端信号的上升沿和下降沿，以及检测此时A相单端信号的电平；(b4)对A相单端信号和B相单端信号进行正交脉冲信号解码，得到编码器旋转的 方向；(b5)如果顺时针方向执行步骤(b6)，如果逆时针方向执行步骤(b7)；(b6)根据顺时针方向时信号沿和电平之间的物理关系，判断A相、B相单端信号是 否有断线；(b7)根据逆时针方向时信号沿和电平之间的物理关系，判断A相、B相单端信号是 否有断线；(b8)根据步骤(b6)和步骤(b7)的判断输出故障状态，如果没有故障，执行步骤 (bl)。其中，依据上述主要技术特征所述步骤(C)进一步包括(cl)对Z相单端信号进行滤波处理，采用有效电平判断法进行滤波；(c2)捕捉Z相单端信号的上升沿；(c3)在Z相单端信号的上升沿，记忆计数器的数值，然后对计数器清零，清零之后 触发脉冲计数单元开始工作，对A相或者B相脉冲信号进行计数；(c4)计数器数值是否大于编码器线数，如果大于，直接置故障位为1，如果小于， 执行步骤(c5)；(c5)比较相邻两个计数器的数值，如果不等，直接置故障位为1 ；如果相等，执行 步骤(cl)；本专利技术还提供一种数字增量式编码器断线实时检测的系统，包括差分信号转换 单元、AB相单端信号判断单元、Z相单端信号判断单元和结果输出单元；其中所述差分信号转换单元，用于将A相、B相、Z相差分信号分别转换为A相、B相、Z 相单端信号； 所述AB相单端信号判断单元，用于根据所述A相单端信号和B相单端信号保持正交脉冲的物理特性对A相单端信号和B相单端信号是否断线进行判断； 所述Z相单端信号判断单元，用于根据Z相单端信号脉冲的机械角度固定的特性对Z相单端信号是否断线进行判断；所述结果输出单元，用于根据所述AB相单端信号判断单元和所述Z相单端信号判 断单元的判断结果输出故障状态。其中，依据上述主要技术特征所述AB相单端信号判断单元包括第一滤波处理单元、正交脉冲解码单元、信号 捕捉和电平检测单元和第一断线判断单元所述第一滤波处理单元，用于分别对A相、B相两路单端信号进行滤波处理，采用 有效电平判断法进行滤波，以便滤除掉干扰脉冲；所述正交脉冲解码单元，用于对A相、B相两路单端信号进行正交脉冲信号解码；所述信号捕捉和电平检测单元，用于捕捉A相单端信号的上升沿和下降沿，以及 检测此时B相单端信号的电平；和用于捕捉B相单端信号的上升沿和下降沿，以及检测此时 A相单端信号的电平；所述第一断线判断单元，用于根据顺时针方向时信号沿和电平之间的物理关系， 判断A相、B相单端信号是否有断线；或者根据逆时针方向时信号沿和电平之间的物理关 系，判断A相、B相单端信号是否有断线；所述结果输出单元，用于根据所述第一断线判断单元的判断结果输出故障状态。其中，依据上述主要技术特征所述Z相单端信号判断单元包括第二滤波处理单元、信号捕捉单元、脉冲计数单 元、第一比较单元和第二比较单元所述第二滤波处理单元，用于对Z相单端信号进行滤波处理，采用有效电平判断 法进行滤波；所述信号捕捉单元，用于捕捉Z相单端信号的上升沿；所述脉冲计数单元，用于在Z相单端信号的上升沿，记忆计数器的数值，然后对计 数器清零，清零之后触发脉冲计数单元开始工作，对A相或者B相脉冲信号进行计数；所述第一比较单元，用于判断计数器数值是否大于编码器线数，如果大于，直接置 故障位为1，如果小于，则触发第二比较单元；所述第二比较单元，用于根据第一比较单元的触发比较相邻两个计数器的数值， 如果不等，直接置故障位为1 ；如果相等，则触发所述第二滤波处理单元；所述第二断线判断单元，用于根据所述第一比较单元和第二比较单元的比较结果 对Z相单端信号线是否断线进行判断；所述结果输出单元，用于根据第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字增量式编码器断线实时检测的方法，其特征在于，包括：（ａ）将Ａ相、Ｂ相、Ｚ相差分信号分别转换为Ａ相、Ｂ相、Ｚ相单端信号；（ｂ）根据所述Ａ相单端信号和Ｂ相单端信号保持正交脉冲的物理特性对Ａ相单端信号和Ｂ相单端信号是否断线进行判断；（ｃ）根据Ｚ相单端信号脉冲的机械角度固定的特性对Ｚ相单端信号是否断线进行判断；（ｄ）根据步骤（ｂ）和步骤（ｃ）的判断结果输出故障状态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李永利，张科孟，凡峻，
申请(专利权)人：深圳市英威腾电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]