叶云燕

    目前的应用正迫切需要可以在苛刻条件下一天24小时连续工作的、可靠耐用的工业机器人和自动机械装置。这样的系统要求远比以前具有精确的电机和反馈控制，今天的大多数性能改进要归功于新技术和微电子技术的发展。这些创新消除了机器人和自动机械装置共用工作空间时产生的碰撞，改进了任务分配并且提高了伺服系统的精确性，从而使自动机械系统更加可靠地工作。一个坚固工作系统的关健在于它处理机械和电气故障的方法。

    伺服系统

    现代的自动化系统为了完成运动控制都要组成闭环系统。运动控制系统一般都含有一个伺服系统，该系统电机驱动器和反馈元件组合而成，对于速度和位置提供精确、稳定的控制。一个典型的伺服系统的组成如图1所示。

    对高性能、高速的应用系统，直流无刷电机是可取的。值此所述系统均采用的是无刷电机。这种电机的轴端装有测定轴速和换向点的正交编码器，用于控制电机的线圈切换顺序。第二个正交编码器安装在机械装置的旋转轴上，它输出旋转轴的位置数据信号，由于传动装置和导螺杆中的齿隙所导致的误差，使得旋转轴的位置和电机轴的位置不一致。典型的运动控制卡或模块包含一个运动控制芯片，一个微处理器和一个用于处理高速编码信号的DSP或定制ASIC。控制器为驱动器或放大器提供一个控制转动速度和方向的信号，驱动器把它转换为适当的电压和电流(功率)去驱动电机运转。要设计一个坚固的、具有容错能力的运动控制反馈系统，在设计过程中要涉及以下几个方面的内容：

    ·控制器—编码器输入电路(接收器电路)

    ·接收器印刷电路板的设计

    ·编码器信号电缆系统.

    控制器接收电路

    电机的正交编码器输出6路RS-422／RS—485(MAX3095)信号(A、 、B、B、INDEX和 )，通过电缆传送至运动控制器的接收电路——编码器信号输入电路。接收电路把RS-422信号转换为逻辑电平信号(由于系统只有一个发送器，现设定它是RS-422信号)，并把信号送至运动控制电路进行处理。接收电路必须对来自伺服系统的各种故障包括开路、短路、噪声等做出反应。图2所示是一个典型的运动控制器的编码信号输入接收电路。

    IC1是一个10Mbps、5V、四通道RS-422／RS-485接收器，具有引5kV ESD保护。对于一个容错系统来讲，由于编码信号输入电路要和外部元件相连接，ESD保护是必须的。省去外部ESD防护部件，可以大大减少印刷电路板的面积。从正交编码器发出的信号通过双绞线传送到接收电路，每对互补信号线A、 或B、 之间跨接一个150Ω电阻提供适当的端接。当发生电缆断裂或脱离等开路故障时，要想运动控制器采取适当的行动，首先必须检测到这些故障。作为一种失效保护措施，当输入信号线开路时，MAX3095接收器会输出逻辑高。1kΩ偏置电阻使输入端“A”的电压至少比输入端“B”高200mV。当有输入端接电阻时，它们仍需保持失效保护输出。这个电路具有ESD防护、开路检测和输出短路保护，但不能检测输人短路。

    另一种改进的电路(图3)包含了2片IC，每片都包含三路RS—422／RS-485(MAX3098)接收器。各接收器均具有内置的故障检测、±15kVESD保护和32Mbps的数据速率。MAX3098E能检测接收器输入开路和短路故障，也能检测低电压差分信号和共模范围超限等其它故障。它的逻辑电平输出能够指示哪一路接收器输入发生了故障。这种直接的故障报告降低了软件开销，并将外部逻辑元件减到最少。

    任何一路编码器输入发生故障都会立即在相应输出发出逻辑高信号：ALARMA、ALARMB或ALARMZ。伺服系统移动缓慢时，会在正交编码器信号的过零区域产生瞬时故障，触发“假故障”。通过选择电容C-延迟的值，可将ALARMD输出(ALARMA、ALARMB和ALARMZ的逻辑或)延迟适当的时间。120Ω电阻为RS422电缆提供适当的端接。由于IC采用16引脚QSOP封装，仅需很少的外围元件，因而在印刷电路板上占用的空间也很小。      

    接收电路