角位置控制（共3篇）
角位置控制 篇1
常用的测角传感器有光栅编码器、霍尔传感器和旋转变压器[1,2,3,4,5,6,7]。光栅编码器直接将转轴角度转换成数字信号, 应用简单方便, 但因环境适应性、价格等因素难以广泛应用;霍尔传感器结构简单, 但难以达到高精度角度测量要求而受到限制;旋转变压器因具有耐高温、耐潮湿、抗冲击、抗干扰、结构简单、坚固耐用等优点而获得广泛应用。但旋转变压器是一种模拟型机电元件, 输出信号为模拟量, 需与旋转变压器/数字转换器配合使用, 将其转换成数字量, 以实现与数字信号处理器等控制芯片的连接。系统采用美国AD公司的AD2S90作为旋转变压器/数字转换器[8,9], 其与控制器之间采用同步串行通信方式进行数据传输, 以实现轴角位置信号的数字化控制。
1 旋转变压器工作原理
旋转变压器是一种能输出与转子转角或位置呈某种函数关系电信号的交流微电机。旋转变压器种类很多, 但工作原理相同, 均是基于电磁感应原理的自整角机类位置传感器。其基本电磁结构是定子为一相励磁绕组, 转子为两相正交输出绕组。当定子励磁绕组加入一定幅值和频率的激励信号, 转子绕组中便产生大小与定转子绕组轴线之间夹角正、余弦值成正比的感应电动势。旋转变压器的电气原理如图1所示。
旋转变压器的输入、输出信号可用下式表示
式中, θ是转子转过的轴角;sinωt是转子上感应出的正弦波;E是电磁感应的幅值。
2 系统工作原理
基本工作原理如图2所示。AD2S99是AD公司专为其旋转变压器/数字转换器系列芯片提供的可编程正弦波发生器, 其为旋转变压器的原边提供高品质的激励信号, 同时还具有同步参考和信号丢失检测的功能。AD2S99产生的正弦波的频率由管脚SEL1、SEL2和FBIAS控制, SYNREF管脚提供一个同步基准输出信号, 该同步基准输出相序锁定其SIN和COS管脚, 而SIN和COS管脚连接到旋转变压器的副边, 因此, 能以旋转变压器的副边信号作为反馈, 动态补偿由温度和电缆导致的相序偏移, 从而不需要设计外部的相序补偿电路。AD2S99还可通过其“LOS”管脚检测传感器的副边线圈与AD2S99的SIN和COS管脚是否脱离, 正常工作时, “LOS”管脚输出低电平, 当检测到有信号丢失, 则“LOS”管脚被拉至5 V。
传感器的副边接到R/D转换器AD2S90中, 由AD2S90以鉴相方式将角度信号转换为数字信号, 并以串行数字输出方式从12位串行接口输出。AD2S90的串口是一个3线接口:数据输出DATA、片选输入CS和时钟输入SCLK。当CS为高电平时, DATA输出呈高阻态, CS必须有一个下降沿才能触发一次数据传输的开始, 然后在SCLK的每个下降沿发出1位2进制数据, 并且先送MSB (最高有效位) 。这样, 在SCLK连续12个脉冲的下降沿后即可从串行输出端口得到12位完整的位置数据。
考虑到电路的抗干扰能力, 接口电路设计还应注意:电路中所有的模拟地要以星形方式连接至AD2S90的引脚AGND;若旋转变压器的信号通过屏蔽双绞线传输时, 屏蔽层也要连接AGND引脚。AD2S99的输出信号SYNREF和AD2S90的输入引脚REF相连时, 为减小AD2S99的SYNREF信号的直流偏移, 需添加0.1μF的串联电容和100 kΩ的对地电阻。
3 检测电路的实现
为在使用旋转变压器测量轴角位置信号时, 当旋转变压器原边上的信号或副边上的信号发生故障时, 可以将故障迅速定位, 减少系统维护时间, 从而提高系统的测试性和维修性, 在系统设计中设置了原边激励开路检测电路、原边激励频率检测电路、副边信号开路检测电路[10,11]。
3.1 原边激励开路检测电路
当原边激励未发生开路故障时, 采样电阻R4两端会有电流流过, 在R4两端产生压差, 压差值经过求差电路后进行放大, 放大倍数为R7/R6=50, 此时运放D1B输出一个正弦波, 该正弦波再经过二级管进行半波整流, 成为一个只有正半周的正弦波, 经RC滤波电路进行电压平滑, 变为一个近似直流的电压信号输入到比较器的同向端, 与约0.4 V的参考电压进行比较。由于放大倍数为50, 采样电阻为40Ω, 所以只要采样电阻两端有0.22 m A电流流过, 比较器D2输出将被上拉至5 V。当原边激励发生开路故障时, 采样电阻R4两端则无电流流过, 不存在压差, 经过求差电路后, 运放D1B输出0 V, 比较器D2输出0 V。CPU通过采集比较器输出的状态位来判别是否发生原边激励开路故障。
3.2 原边激励频率检测电路
原边激励频率检测电路如图4所示。
原边激励信号经过LC滤波后的正弦波, 再经过电阻分压电路后输入到比较器的同相端, 与输入到反相端的直流参考电压进行比较, 参考电压值约为3 V, 比较器输出一个与被测信号频率一致的方波信号, 该信号输入到CPU中采用周期计数法实现频率测量。若采集到的频率值不在门限范围内, 则原边激励频率故障。
3.3 副边信号开路检测电路
副边信号开路检测电路图如图5所示。
传感器的副边信号经RC滤波后接至比较器的同相端, 与输入到反相端的1 V参考电压进行比较, 当传感器的副边未发生开路时, 传感器的副边输入信号将通过RC滤波衰减为幅值微小的正弦波, 比较器输出低电平, 当传感器的副边有任一路开路时, 则比较器输出上拉至5 V。CPU通过采集比较器输出的状态位来判断是否发生副边信号开路故障。
4 结束语
经实际应用证明, 该设计在使用过程中工作稳定、可靠, 其功能和性能均达到了预期的设计要求, 检测电路的设计大幅提高了系统的可靠性、可维护性和可维修性。所采用的器件以表贴型为主, 并采用了功能强大的智能芯片, 可减少对保护、补偿等电路的专门设计, 从而提高了模块的集成度, 使硬件电路简单、可靠, 并具有较高的精度。同时, 该系统成本较低, 应用前景广阔。
摘要：研究了一种检测转子位置的方法, 应用旋转变压器/数字转换器AD2S90, 将转子位置转换为数字量。并在给出旋转变压器工作原理的基础上, 研究了基于AD2S90的系统工作原理, 以及相关接口电路、检测电路的实现。实验结果表明, 系统设计合理可靠, 旋转变压器与AD2S90组成的数字位置检测电路正确可行。
关键词：旋转变压器,旋转变压器/数字转换器,信号检测
角位置控制 篇2
关键词：旋转编码器;PLC;变频器;成型机;位置控制
前言
改造之前的老式成型机利用接近开关来获得钢板的位置信息，通过调节接近开关的位置来预计电机和钢板的运动惯量，钢板在设定值停止的位置控制精度低，而且起动和刹车时的机械冲击大，经常出现故障。针对上述问题，我在这次改造中使用新的位置控制方式，利用旋转编码器、PLC、变频器等部件，目标是使位置控制的精度提高，使产品的长度误差在正负1mm以内。在自动模式下加工全程由程序控制，以双速运行使中间过程加快，同时可以实现成型机的牵引软启动和软制动使整个锟压过程平稳、无机械冲击。
1锟压成型机的基本结构
1。1锟压成型机主要由机架、锟轮机传动装置、放卷及切断装置组成
被压制材料通常是1。0mm～2。0mm厚镀锌带状钢板。主机的传动是通过链条实现的，先由牵引电机经减速机传给主动压锟，再由主动压锟用链条带动其他多道压锟。上下各有压锟。压锟是由模具和转动轴组成，压锟带动钢带前进。前进方向上各轴的模具是按逐渐加深的顺序来安装的，所以钢带在模具间走过就逐渐被压制成设计要求的形状。锟压成型机的主机结构如图1所示。
1。2液压切断装置
液压切断部分由剪切刀架体和模具组成。该装置采用落料切断，以油缸液压推动切刀起落。切断后型材产品直接落至托料架。
1。3液压站
主要用于向生产线剪切装置提供压力油，液压站放置在剪切装置旁的非操作侧。
2旋转编码器简介
2。1光电式旋转编码器的工作原理
光电式旋转编码器，是一种通过光电转换将轴的角位移量转换成脉冲或数字量的传感器。把它装在转轴上可以被用作速度控制或位置控制系统的检测元件。旋转编码器主要参数是分辨率，编码器的光电码盘在360度范围有的通或暗刻线的数量称为分辨率，或直接称多少线。它通过编码器每转输出的脉冲数反映出来。
2。2增量式旋转编码器的特点
角位置控制 篇3
近年来随着产品结构、功能和装配需要, 设计部门对齿轮齿或花键齿提出了更多更高位置要求, 如内外花键齿与内外直齿轮齿之间, 内外齿与某特定位置之间、内外直齿与内外斜齿之间、内外斜齿与内外斜齿之间等等, 而这些齿轮或花键却需采用插齿加工。这些角向位置精度有的要求很高, 如我公司某机型输出轴套要求其同步器一斜齿对离合器一斜齿角向位置误差要求±0.1° (见图1、图2) , 这类高精度位置要求的齿轮或花键的插齿, 如采用过去传统方法插齿, 其质量保证是极其困难的, 有的根本无法实现。特别是有角向位置要求的斜齿对斜齿的插齿在我公司从未加工过, 无现成的加工方法。据此, 迫切需要研究和探索采用新技术、新工艺、新方法解决这一加工难题。目前公司从国外引进了一台带电子螺旋导轨的数控插齿机, 运用数控插齿机自有的数控技术及软件技术, 插削各种高精度角向位置要求的齿轮或花键成为可能。本课题针对某机型上输出轴套上有角向位置要求的同步器斜齿需要插齿 (见图1、图2) , 通过理论论证, 运用插齿原理[1]、数控技术、软件技术、斜齿轮成形原理[1]等, 研究探索在数控插齿机上插齿的加工方法、控制手段、程序编制等。
1 技术难点
(1) 插齿刀初始切削齿位置的确定。
(2) 工件初始被切齿位置的确定。
(3) 程序参数的设定。
(4) 斜齿轮螺旋角对角向位置的影响, 如角向定位的准确性、计量的准确性、机床调整的正确性、理论角度计算的正确性等等。
2 技术方案及具体实施方式
根据对德国Liebherr公司生产的数控插齿机工作原理以及其工作轴运动特点、加工软件以及数字控制技术的研究、斜齿轮螺旋角对不同截面齿中心位置影响的研究, 本课题主要研究解决某机型上输出轴套上有角向位置要求的同步器齿的插齿。下面就此零件插齿过程中研究并实施所采取的方法及措施进行详细说明。
2.1 插齿刀初始切削齿位置的确定
数控插齿机设有刀具主轴原始零点坐标系, 角向原点为0°, 角度位置是相对的, 是变化的。插削有角向位置要求的零件齿应先确定插齿刀的初始切削齿位置:方法是选定刀具上某齿或齿槽, 将表架安放在工作台上, 在刀具上安放滚棒 (对斜齿插齿刀可直接找齿顶) , 然后点动刀具主轴旋转并移动X轴, 百分表读数应在0.01 mm以内, 从控制面板上读取当前插齿刀具角向位置 (度) , 此角度再加90°即为插齿刀的初始切削齿位置 (设定为C1) 。
2.2 工件初始被切齿位置的确定
数控插齿机设有工作台原始零点坐标系, 工作台设有角向原点0°, 其角度位置是相对的, 也是变化的。插削有角向位置要求的零件齿应先确定工件初始被切齿 (此齿即为有位置关系的待加工齿) 位置:方法是先确定夹具中心与工作台回转中心同心, 然后再确定夹具上角向基准找正面在工作台上的角向位置, 从控制面板上读取当前工作台角向位置, 此角度再加或减90°即为工件初始被切齿位置 (设定为C2) 。
2.3 插齿夹具的设计制造
插齿夹具应考虑并做到以下几点。
(1) 角向定位准确可靠。对外斜齿轮齿 (或齿槽) 作为角向基准时, 夹具定位块的设计应充分考虑到齿的方向、形状、螺旋角以及轴向位置的影响, 使之贴合准确可靠。
(2) 夹具上应有角向找正基准, 在保证角向定位装置与待加工齿之间规定的角度前提下使夹具的角向找正基准面与待加工齿之间成直角或180°, 也可以同向 (0°) , 以使C2角度计算简单。
2.4 插削内外斜齿时应考虑的附加要素
根据圆柱斜齿轮形成原理, 圆柱斜齿轮同一齿在不同截面上的齿中心位置是不同的, 其位置与螺旋角、分度圆以及轴向距离有关。因此圆柱斜齿轮在加工前须设定好插齿刀前端面至齿轮测量截面 (或齿端面) 距离L, 此值将直接影响工件初始被切齿位置, 其产生的角度变化值θ计算公式如下:
其中:
L表示轴向距离, 即插齿刀前端面至齿轮测量截面距离, 一般取10~20 mm;
θ在L长度上齿轮圆周方向上变化的角度;
Z表示零件齿数;
Mn表示齿轮法向模数;
β表示斜齿轮的螺旋角。
2.5 插齿程序的编制与参数的设定
插齿时只有精确确定插齿刀初始插削刀齿与零件初始被切齿位置, 才能确保所插齿角向位置要求, 在编制插齿程序时, 应考虑并做到以下几点:
(1) 在程序编制时应设定插齿刀与工件必须在相关位置状态;
(2) 按照上述第一条设定C1角度为插齿刀刀齿初始切削位置角度;
(3) 对插削直齿圆柱齿轮或花键, 按照上述第二条设定C2为工件初插起始位置角度;
(4) 对插削斜齿圆柱齿轮, 工件初插起始位置角度不仅取决于第二条确定的工件初始位置C2, 还取决于第四条确定的θ值。此种情况下工件初插起始位置角度=C2±θ, ±取决于工件螺旋方向, 工件旋转方向, 是内斜齿还是外斜齿等等。
2.6 插齿时的过程控制
(1) 对小模数齿轮或花键, 应备有插齿试料并先插试料;对模数大于3的齿轮或花键, 可不需专门的插齿试料, 先将零件粗插一刀, 插齿深度以够测量球头能有效接触到齿面即可。
(2) 计量角向是否正确, 如角向误差出差, 则将检测结果 (线性值) 转换为角度, 然后按此角度在程序中调整插齿刀或工件的角向位置, 一般以调整工件的角向位置简单、易行、直观。
(3) 插斜齿轮时, 刀具程序需要提供插齿刀的齿顶圆、变位系数、齿顶高系数、公法线长度等, 由于上述参数有的无法准确提供, 造成插齿深度难以准确, 因此需先试加工试料或粗插一刀, 待掌握规律后再最终确定进刀深度。
3 结论
运用前述技术方案和方法, 通过试插削某机型上输出轴套有角向位置要求的同步器外斜齿, 其角向位置度要求±0.1° (±6分) , 实际加工达到了±3分, 完全满足了设计和用户要求, 达到了预期目的。本课题通过探索、研究、试加工, 确立了在带电子螺旋导轨的数控插齿机上插削各种有角向位置要求的零件齿的工艺方法、理论计算方法, 具有极佳的应用推广价值。
参考文献