Анализ и решения проблем источников помех в энкодере шпиндельного двигателя
2025-07-31
Энкодеры для высокоскоростных двигателей используются во многих областях, и высокоскоростные энкодеры для высокоскоростных двигателей широко применяются, особенно в системах управления движением, где они являются основным компонентом некоторого автоматизированного оборудования. Надёжность и стабильность высокоскоростных энкодеров для двигателей напрямую влияют на производительность оборудования, а одним из основных факторов, влияющих на их надёжность и стабильность, является помехоустойчивость. В данной статье рассматривается проблема помехоустойчивости и способы её решения.
Ⅰ. Интерференционные явления в энкодерах высокоскоростных шпиндельных двигателей
В приложениях часто встречаются следующие основные интерференционные явления:
1. Двигатель вращается хаотично, когда система управления не выдаёт команды.
2. Устройства, использующие тот же источник питания, что и сервосистема переменного тока (например, дисплеи), неисправны.
3. При остановке серводвигателя значение, возвращаемое высокоскоростным энкодером двигателя на конце двигателя, хаотично изменяется, когда контроллер движения считывает положение двигателя.
4. При работе серводвигателя значение, считываемое высокоскоростным энкодером двигателя, не соответствует заданному значению, и ошибка носит случайный и нерегулярный характер.
5. При работе серводвигателя разница между значением, считываемым высокоскоростным энкодером двигателя, и заданным значением либо стабильна, либо периодически изменяется.
Ⅱ、Анализ источников помех в энкодерах высокоскоростных шпиндельных двигателей
Помехи проникают в системы управления движением по двум основным каналам:
Первый — это помехи в канале передачи сигнала, которые поступают через входные и выходные каналы, подключенные к системе; второй — помехи в системе питания.
Канал передачи сигнала — это средство, с помощью которого система управления или драйвер получает сигналы обратной связи и выдает управляющие сигналы. Поскольку импульсные волны испытывают задержки, искажения, затухание и помехи в канале по линии передачи, помехи на больших расстояниях являются основным фактором в процессе передачи.
Любой источник питания и линия передачи имеют внутреннее сопротивление, что и вызывает помехи от источника питания. Без внутреннего сопротивления любые помехи поглощались бы коротким замыканием источника питания, предотвращая накопление помех в линии. Более того, драйвер сервосистемы переменного тока сам по себе является значительным источником помех, потенциально создавая помехи для других устройств через источник питания.
Ⅲ、 Меры по защите от помех для высокоскоростных энкодеров шпиндельных двигателей
1. Проектирование системы питания с защитой от помех
(1) Группировка источников питания, например, разделение питания привода двигателя актуатора и источника питания системы управления для предотвращения помех между устройствами.
(2) Использование фильтров подавления помех для эффективного подавления помех от сервоприводов переменного тока на других устройствах. Эта мера позволяет эффективно подавить вышеупомянутые помехи.
(3) Использование изолирующих трансформаторов. Учитывая, что высокочастотные помехи проходят через трансформаторы в основном через паразитную емкостную связь первичной и вторичной обмоток, а не через взаимную индуктивную связь между первичной и вторичной обмотками, первичная и вторичная обмотки изолирующего трансформатора изолированы экранирующим слоем для уменьшения его распределенной емкости и повышения устойчивости к синфазным помехам.
2. Помехоустойчивая конструкция канала передачи сигнала
(1) Оптоэлектронные развязки
При передаче на большие расстояния оптоэлектронные развязки используются для разрыва цепи между системой управления и входным каналом, выходным каналом, а также входными и выходными каналами сервопривода. Если оптоэлектронная развязка не используется в схеме, внешние импульсные помехи будут попадать в систему или непосредственно в сервопривод, вызывая явление первой помехи.
(2) Передача на большие расстояния по экранированным витым парам
Во время передачи сигналы подвергаются влиянию таких факторов помех, как электрические и магнитные поля, а также сопротивление заземления. Использование экранированных витых пар позволяет снизить уровень помех, вызванных электрическим полем. По сравнению с коаксиальными кабелями, витые пары имеют более низкую полосу частот, но обладают высоким волновым сопротивлением и высокой устойчивостью к синфазным помехам, что позволяет компенсировать электромагнитные помехи, возникающие в каждом небольшом звене. Кроме того, при передаче на большие расстояния обычно используется дифференциальная передача сигнала для повышения помехоустойчивости. Использование экранированных витых пар для передачи на большие расстояния позволяет эффективно подавлять помехи второго, третьего и четвертого типов.
(3) Заземление
Заземление позволяет устранить помехи, возникающие при протекании тока по заземляющему проводу. Помимо заземления сервосистемы, необходимо также заземлить экранирующую линию сигнала для предотвращения электростатической индукции и электромагнитных помех. Неправильное заземление может привести к возникновению второго типа помех.
Подводя итог, можно сказать, что существует два основных источника помех для энкодера двигателя шпинделя, и существуют две меры защиты от помех: помехозащищённая конструкция системы питания и помехозащищённый дизайн канала передачи сигнала.
