定位控制系統(tǒng)的抗干擾分析
摘要：本文闡述了在定位控制系統(tǒng)中所遇到的干擾現(xiàn)象，探討了干擾產(chǎn)生的原因，提出了相關(guān)抗干擾的措施。
關(guān)鍵詞：定位控制；干擾；抗干擾。
Abstract: In this text the disturbance phenomena that we often come across in the position control system are expatiated, the causation resulted by disturbance is discussed and measure about anti-jamming is put forward.
Key words: position control; disturbance; anti-jamming.
一、引言
隨著計(jì)算機(jī)電子電力和傳感器技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力等方面起著極大的作用。
目前，很多的自動(dòng)化設(shè)備對(duì)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(jì)中的一個(gè)不容忽視的課題。
二、定位控制系統(tǒng)的組成
一個(gè)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(dòng)機(jī)構(gòu)和位置檢測(cè)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(jì)算所得出的運(yùn)動(dòng)命令以數(shù)字脈沖信號(hào)或模擬量的形式送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行功率變換，并驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)上位控制指令轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，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(cè)直線軌跡的光柵（或磁柵尺）將檢測(cè)到的位置反饋到控制器或驅(qū)動(dòng)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(huì)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(shí)，電機(jī)無規(guī)則地轉(zhuǎn)動(dòng)。
2、伺服電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，我們讀電機(jī)的實(shí)際位置時(shí)，由電機(jī)端部的光電編碼器反饋回的數(shù)值是亂跳的
3、伺服電機(jī)運(yùn)行時(shí)，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(shí)，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(hào)傳輸通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相聯(lián)的信號(hào)輸入通道、輸出通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾。
信號(hào)傳輸通道是控制系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)器接收反饋信號(hào)和發(fā)出控制信號(hào)的途徑，因?yàn)槊}沖波在傳輸線上會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減與通道干擾，在傳輸過程中，長(zhǎng)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)阻才引起了電源的噪聲干擾，如果沒有內(nèi)阻，無論何種噪聲都會(huì)被電源短路吸收，在線路中不會(huì)建立起任何干擾電壓，此外，交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)器本身也是較強(qiáng)的干擾源，它可以通過電源對(duì)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(jì)
（1）實(shí)行電源分組供電，例如，將執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)器對(duì)其他設(shè)備的干擾。該措施對(duì)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(jí)線圈的互感耦合，而是靠初次級(jí)寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初次級(jí)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。
2、信號(hào)傳輸通道的抗干擾設(shè)計(jì)
（1）光電耦合隔離措施
在長(zhǎng)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(dòng)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(hào)會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)或直接進(jìn)入伺服驅(qū)動(dòng)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(hào)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）雙絞屏蔽線長(zhǎng)線傳輸
信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)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(chǎng)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(gè)小環(huán)節(jié)的電磁感應(yīng)干擾相互抵消。
另外，在長(zhǎng)距離傳輸過程中，一般采用差分信號(hào)傳輸，提高抗干擾性能。采用雙絞屏蔽線長(zhǎng)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(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓，除了要將伺服系統(tǒng)接大地外，信號(hào)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(huì)出現(xiàn)第二種干擾現(xiàn)象。
六、小結(jié)
抗干擾是一個(gè)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(shí)由若干因素引起的。因此，在定位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們不僅應(yīng)預(yù)先采取抗干擾的措施，在調(diào)試過程中還應(yīng)及時(shí)分析出遇到的現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)的電路原理、具體布線、屏蔽、防護(hù)形式不斷改進(jìn)，提高系統(tǒng)是可靠性和穩(wěn)定性。
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
服務(wù)咨詢