CN101046395A - 具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器 - Google Patents

Abstract

一种具伺服马达识别信息的省线型光学编码器，其应用省线设计的传输方式，提供伺服马达识别信息与编码反馈控制信号的处理电路及其处理方法，其通过微处理器与多任务器，及预存于上述微处理器的多个伺服马达识别信息，并连接编码器反馈信号的输出组件及驱动器，以构成省线的信号传输电路。利用微处理器控制多任务器执行信号的传输模式切换，以串行输出模式传送由韧体根据预存的伺服马达控制参数产生伺服马达识别数据及换相信号，在完成传输后切换模式，由相同的传输线持续传送转子运转信号，以降低成本、不变更架构的省线方式传输反馈信号及正确识别与有效控管伺服马达。

Description

具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器

技术领域

本发明涉及一种伺服马达，尤其涉及一种具有省线型串行输出伺服马达识别信息与编码反馈控制信号，具有改善多样性伺服马达与驱动器配对管控、误接及马达伺服控制问题。

背景技术

目前对于伺服马达的运转驱动控制，主要是通过伺服光学编码器反馈驱动器所需的马达转子位置、速度及旋转方向等相关信息，所以有良好的光学编码器(即，其信号处理电路设计及控制方法)，将会提高马达与驱动器之间的匹配、控管与配线成本。

公知应用于伺服马达的伺服光学编码器，主要结构包含光发射器、光接收器、转动编码盘、固定编码片、处理电路及机构本体。而伺服光学编码器与一般编码器不同点在于，除提供转子运转信号(A、B、Z)外，还利用具有换相信号输出的编码盘8上轨道设计，如图1所示，其中，条纹81对应A、B信号，而轨道82、83、84对应U、V、W换相信号，并且根据伺服马达各磁极转子个数不同而对应不同的换相信号分布的盘片数字编码，如图2所示为十个磁极伺服马达所对应的盘片数字编码，而进一步提供换相信号(U、V、W)，其中转子运转信号(A、B、Z)在反馈运转时使驱动器精确控制位置、速度及圈数等相关信息；换相信号(U、V、W)在于反馈起动前转子磁场位置以提供驱动器换相决策，这些信号取决于编码盘片的设计，图案的分布会因伺服马达极数的不同而有所差异。

另外，公知的伺服光学编码器的信号大多成对输出，如图3所示，包含电源输入总共需要14条芯线，但在其中，换相信号(U、V、W)主要在于提供马达转子磁极位置，使得驱动器得以顺着磁场方向运转马达，因此，换相信号(U、V、W)通常仅需于马达起动前提供即可，换言之，当马达于启动正常运转后，用以成对传输换相信号(U、V、W)的六条传输线将处于闲置状态，造成传输线配置成本的浪费，因此，需要节省配线降低成本与配线。

在美国专利第5684373号发明专利中，运用定时器(Timer)及多任务器(Multiplexer)等电子组件，将换相信号(U、V、W)在送电后约数百毫秒时予以传出，随后在传算完毕后由同样的传输线送出转子运转信号(A、B、Z)，以反馈驱动器所需的运转控制相关信息，这样，仅需使用8条传输线配置传输信号，达到省配线、降低成本的要求。

然而，随着伺服马达的普及化，于不同应用场合会有不同的驱动器及马达组合，不同特性的马达具有不同的控制参数。为了有效控管马达，尤其能将识别马达的相关信息诸如额定转速，功率及外观几何尺寸等，纳入伺服光学编码器传送的信号中，以传输相关信息，一方面将驱动器得对应到相关的马达参数，以使马达实现相关控制；另一方面使驱动器判别马达是否匹配，以避免使用者的误用。但是，公知的伺服编码器及上述美国专利所提供的信息显然不足，并无额外提供马达识别相关信息。其中，如果使用公知的伺服光学编码器的一般配线输出方式，需要额外提供马达识别相关信息，则其配设线数会相随增多，当然在配线与成本上亦更为提高。在上述美国专利中，若要额外提供马达识别相关信息又不增设配线要件，则需要通过更多电子组件数来达成需求。因此，不管采取公知的伺服光学编码器或美国专利申请中的省线型光学编码器的处理电路架构与传输控制方法，皆无法在不改变现有架构的情况下随应用的不同而变化。

发明内容

本发明的主要目的，在于解决上述传统缺失，避免缺失存在，本发明以串行信号、共享传输线方式设计，并通过微处理器的传输模式切换控制，将由韧体根据预存的伺服马达的关键参数组成的识别信息、换相信号(U、V、W)及转子运转信号(A、B、Z)，经同样的传输线反馈至驱动器，并通过韧体的改变以根据各种不同的变化与多样性的需求，对光学编码器的信号进行反馈处理，以改善其传输线配接及更有弹性的识别马达配对与控管，从而为使用者提供更简便、低廉、高效的伺服光学编码器。

为了实现上述目的，本发明的具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器，包括光发射器、光接收器、转动编码盘、固定编码片、处理电路及机构本体，其中，该处理电路包括：

微处理器，内建有韧体及预存的多个伺服马达控制参数，并接收来自编码器输出的换相信号；

多任务器，接收来自微处理器的输出信号，以及编码器输出的转子运转信号，并且在多任务器的输入端连接接收识别驱动信号；

线连接器，与上述多任务器输出端连接至驱动器；

所述微处理器由输出信号控制多任务器执行信号传输模式切换，并识别驱动信号以串行输出模式传送产生的伺服马达识别数据及换相信号，在完成传输后切换传输模式，以及由相同的信号传输线持续传送转子运转信号。

本发明的具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器反馈传输方法，是应用由微处理器及多任务器，以连结编码器的换相信号输出组件、转子运转信号输出组件，以及驱动器所构成的省线型处理电路的信号传输控制方法，该方法步骤包括：

预存处理，通过烧录处理将多个伺服马达控制参数及韧体预存于微处理器；

电源启动步骤，微处理器接收换相信号输出组件输出的换相信号；

微处理器输出控制信号以将多任务器切换于第一传输模式，配合识别驱动信号，以串行方式输出伺服马达识别数据及换相信号至驱动器；

微处理器再输出控制信号以将多任务器切换于第二传输模式，将接收自编码器输出的转子运转信号，经同样的传输线反馈输出至驱动器。

附图简要说明

图1是现有技术的编码器的编码盘示意图。

图2是现有技术的针对十个磁极转子的编码器划分的换相信号分布示意图。

图3是现有技术的编码器的处理电路架构方块图。

图4是本发明的一实施例的处理电路架构方块图。

图5是本发明的一实施例的步骤流程图。

图6是本发明的一实施例的信号时序示意图。

主要组件符号说明

微处理器1

控制信号11

传输脉冲信号(CLK)12

数据信号(DATA)13

多任务器2

换相信号3

转子运转信号4

识别驱动信号5

线连接器6

流程步骤700～710

编码盘8

条纹81

轨道82、83、84

实施方式

下面参照附图对本发明的技术内容进行详细的说明。

图4所示为本发明的具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器处理电路的方块图。如图所示，本发明涉及的是具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器，该编码器的信号处理电路包括有微处理器1及多个任务器2，微处理器1的信号输入端接收编码器输出的换相信号(U、V、W)3，上述多任务器2输入端接收微处理器1输出端的输出信号及编码器输出的转子运转信号(A、B、Z)4与识别驱动信号5，而多任务器2输出端则连结线连接器(Line Driver)6，以包含电源(VCC)供应成对信号输出方式，由8条传输线连接驱动器(图中未绘示)用于信号传输，以能够在省线连结配置的情况下，传送具有伺服马达识别信息与编码反馈控制信号，从而以低成本、不变更架构的省线方式传输反馈信号，以及正确识别、防误接等有效地控管伺服马达。

微处理器1为低廉的微控器(MCU)或数字信号微处理器(DSP)，通过烧录技术与程序预存多个伺服马达的控制参数，并内建有韧体，且根据上述伺服马达的控制参数产生可通过多任务器2为信号传输的伺服马达识别数据。

伺服马达识别数据为经韧体编码产生的伺服马达识别码(IDCODE)，包括伺服马达型式、运转功率、额定转速(KT)、电压常数(KE)、电枢电阻及电枢电感等，例如：

1、马达识别码为0×10时；其数据内容包括：

伺服马达型式为400W(L)：60mm；

额定转速(Rated Speed(rpm))是3000rpm；

最大转速(Maximum Speed(rpm))是5000rpm；

额定电流(Rated Current(A))是2.6A；

最大电流(Maximum Current(A))是7.8A；

转子转动惯量(Rotor Moment of Inertia)是0.28×10-4；

扭矩常数(Torque Constant-KT(N.m/A))是0.50；

电压常数(Voltage Constant-KE(mV/RPM))是18.5；

电枢电阻(Armature Resistance(Ohm))是1.77；

电枢电感(Armature Inductance(mH))是6.71。

2、马达识别码为0×1C时；其数据内容包括：

伺服马达型式为750W(L)：80mm；

额定转速(Rated Speed(rpm))是3000rpm；

最大转速(Maximum Speed(rpm))是5000rpm；

额定电流(Rated Current(A))是5.0A；

最大电流(Maximum Current(A))是15.0A；

转子转动惯量(Rotor Moment of Inertia)是1.14×10-4；

扭矩常数(Torque Constant-KT(N.m/A))是0.48；

电压常数(Voltage Constant-KE(mV/RPM))是17.9；

电枢电阻(Armature Resistance(Ohm))是0.35；

电枢电感(Armature Inductance(mH))是3.09。

通过传输伺服马达识别码，驱动器可对应到上述伺服马达识别信息，进而识别所连结的伺服马达，以利于马达管控及避免误接。

当然以上述伺服马达识别信息所包含的参数内容，是可依不同型式的伺服马达以及不同需求而指定预存不同的内容，并直接由韧体决定并组成伺服马达识别码，在不变更硬件架构的情况下达到配合多样性伺服马达的变更。

微处理器1与传送至多任务器2的输出信号连结，输出信号包括控制信号11、传输脉冲信号12及数据信号13，其中该数据信号13更包括：由韧体编码产生的伺服马达识别码，以及接收自编码器输出的换相信号(U、V、W)3所串行组成的数据信号。

而多任务器2还包括通过微处理器1的制信号11执行切换的第一及第二传输模式设定，通过同样的输出端，即通过线连接器6连结驱动器的传输线，在适当的不同传输时机，控制将串行的伺服马达识别码与换相信号(U、V、W)3，以及转子运转信号(A、B、Z)分别反馈传送至驱动器。

根据上述电路架构组成的光学编码器及其处理电路对于伺服马达识别信息与反馈信号的传输控制方法，请参阅图5、6所示的步骤流程及信号时序示意图。如图所示，本发明的具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器传输控制方法，包括：

预存处理，如步骤700，通过烧录处理将多个伺服马达控制参数及韧体预存于上述微处理器1中；

电源启动步骤，如步骤702，微处理器1接收来自编码器输出的换相信号(U、V、W)；

传输模式切换步骤，如步骤704，在电源启动后数百毫秒(ms)后，微处理器1送出控制信号11，将多任务器2切换至第一传输模式；

微处理器1通过多任务器2在设定的传输脉冲信号12长度中，将串行组成的数据信号13，即伺服马达识别码与换相信号(U、V、W)，以及识别驱动信号5，经线连接器6以成对输出方式反馈传送至驱动器，如步骤706；

再由传输模式切换步骤，如步骤708，微处理器1在数据信号13传送完毕后，再送出控制信号11至多任务器2，使其切换至第二传输模式；

多任务器2将接收自编码器输出的转子运转信号(A、B、Z)，经线连接器6以同样的传输线、成对输出方式反馈传送至驱动器，如步骤710。

由于上述编码器及其处理电路所反馈的信号也具有伺服马达识别信息，所以驱动器在伺服马达启动前，在每一个传输脉冲信号12上读取伺服马达识别码，并搭配识别驱动信号5可区分不同型式的马达，当使用者误接不匹配的马达时，驱动器会显示错误信息，若匹配时则针对所读取的马达识别码对应到不同型号的伺服马达参数。这样，可让不同型号的伺服马达搭配不同识别码的编码器，从而有利于伺服马达的管理与控制，且对于伺服马达识别码由韧体组成，非硬件构成，其可依不同的需求而指定不同的内容，可弹性变化而毋需更改硬件。

同时，伺服马达识别信息与反馈控制信号皆通过线连接器6将信号输出，输出的传输线为八芯线。通过此种省线方式，有利于驱动器得以仅变更韧体而不更改硬件的情况下与省线型伺服编码器兼容。

上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施范围。即凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (10)

1、一种具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器，包括光发射器、光接收器、转动编码盘、固定编码片、处理电路及机构本体，其中，所述处理电路包括：

微处理器，接收所述编码器输出的换相信号，并由内部产生伺服马达识别数据；

多任务器，接收微处理器的输出信号，以及上述编码器输出的转子运转信号；

识别驱动信号，与上述多任务器的输入端的输入信号连结；

其中，所述微处理器由输出信号控制多任务器执行信号传输模式切换，并识别驱动信号以串行输出模式传送产生的伺服马达识别数据及换相信号，在完成传输后切换传输模式，以及由相同的信号传输线持续传送转子运转信号。

2、如权利要求1所述的省线型光学编码器，其中，所述处理电路还包括：线连接器，与所述多任务器输出端连接，形成包含电源输入与成对反馈信号输出的8芯传输线连结驱动器。

3、如权利要求1所述的省线型光学编码器，其中，所述微处理器为微控器、数字信号微处理器中的任一个。

4、如权利要求3所述的省线型光学编码器，其中，所述微处理器中通过烧录技术与程序预存多个马达控制参数，配合内建的韧体产生伺服马达识别数据输出。

5、如权利要求4所述的省线型光学编码器，其中，所述伺服马达识别数据由韧体根据预存的伺服马达控制参数产生，并且是能够由多任务器传送的马达识别码。

6、如权利要求1所述的省线型光学编码器，其中，所述微处理器连结传送至多任务器的输出信号包括控制信号、传输脉冲信号及数据信号。

7、如权利要求1所述的省线型光学编码器，其中，所述数据信号包括：由韧体编码产生的伺服马达识别码，以及从编码器输出接收的换相信号串行组成的数据信号。

8、如权利要求1所述的省线型光学编码器，其中，所述多任务器包括具有通过微处理器的控制信号执行模式切换的第一及第二传输模式设定，在所述第一传输模式，搭配识别驱动信号反馈传送识别驱动信号以及伺服马达识别码及和换相信号；在第二传输模式，由相同的信号传输线传送转子运转信号。

9、一种具有伺服马达识别信息的省线型光学编码器反馈传输方法，包括：

a)、预存处理，通过烧录处理将多个伺服马达控制参数及韧体预存于微处理器；

b)、电源启动步骤，微处理器接收换相信号输出组件输出的换相信号；

c)、微处理器输出控制信号以将多任务器切换于第一传输模式，根据识别驱动信号及传输脉冲信号，将伺服马达识别数据及换相信号通过线连接器反馈传送至驱动器；

d)、微处理器再输出控制信号以将多任务器切换于第二传输模式，将接收编码器输出的转子运转信号通过线连接器同样的传输线反馈输出至驱动器。

10、如权利要求9所述的方法，其中，所述马达识别数据及换相信号以串行输出。

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