CN110161360B - 一种增量式编码器断线检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增量式编码器断线检测系统，属于机电检测技术领域，用来解决目前检测编码器是否断线功能比较单一，硬件电路复杂，运算麻烦的问题，本系统包括：信号检测模块和信号处理模块；信号检测模块，用于接收编码器的三相差分信号，获取每相的差分输出信号，并将每相的差分输出信号分别发送至信号处理模块；所述编码器包括增量式TTL编码器或增量式正余弦编码器；信号处理模块，用于调用增量式TTL编码器断线判断算法或增量式正余弦编码器断线判断算法，判断当前编码器的三相是否断线。本系统既能检测增量式TTL编码器断线又能检测增量式正余弦编码器断线，电路设计简单、成本低，编码器断线运算简单。

Description

一种增量式编码器断线检测系统及方法

技术领域

本发明涉及机电检测技术领域，尤其涉及一种增量式编码器断线检测系统及方法。

背景技术

伺服驱动器对永磁同步电机作闭环控制常使用增量式编码器作角度反馈。对非高精度角度或位置定位场合，使用增量式TTL编码器，例如液压控制系统；对高精度角度或位置定位场合，使用增量式正余弦编码器，例如高速电主轴控制系统。增量式TTL编码器输出正交的A相和B相TTL信号，及Z相脉冲信号，每相信号都由两路信号组成即A+、A-、B+、B-、Z+、Z-信号；增量式正余弦编码器输出正交的A相和B相正弦信号，及R相脉冲信号，每相差分信号都由两路信号组成即A+、A-、B+、B-、R+、R-信号。A相和B相信号用于角度计算，Z相或R相用于角度偏差修正或角度归零，其中差分信号的任何一线断线都会影响系统的稳定性，继续运行，甚至可能会发生人身安全事故。

目前，增量式TTL编码器断线检测采用逻辑检测电路将检测结果输出到MCU处理器；增量式正余弦编码器断线检测采用比较器电路将检测结果输出到MCU处理器，再进行复杂的软件运算处理。伺服驱动器两种常用的编码器都需要断线检测的。

以上两种编码器断线检测方法，只能分别检测一种编码器，增量式TTL编码器或增量式正余弦编码器。

但是以上2种编码器都是常用的编码器，往往现场使用中同一个用户既有带增量式TTL编码器的电机又有带增量式正余弦编码器的电机。因此目前编码器的断线检测方案无法满足既有带增量式TTL编码器的电机又有带增量式正余弦编码器的电机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种既能检测增量式TTL编码器断线又能检测增量式正余弦编码器断线的增量式编码器断线检测系统及方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种增量式编码器断线检测系统，包括信号检测模块和信号处理模块；

所述信号检测模块，用于接收编码器的三相差分信号，根据每相差分信号对应两个单端信号分别获取每相的差分输出信号，并将每相的差分输出信号分别发送至信号处理模块；所述编码器包括增量式TTL编码器或增量式正余弦编码器；

所述信号处理模块，根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；若是增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线。

进一步地，信号检测模块包括A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元；

所述A相信号检测单元用于接收编码器的A相差分信号，经过滤波放大获取A相差分输出信号，并将A相差分输出信号发送至信号处理模块；

所述B相信号检测单元用于接收编码器的B相差分信号，经过滤波放大获取B相差分输出信号，并将B相差分输出信号发送至信号处理模块；

所述C相信号检测单元用于接收增量式TTL编码器的Z相差分信号或接收增量式正余弦编码器的R相差分信号，经过滤波放大获取对应的Z相差分输出信号或R相差分输出信号，并将Z相差分输出信号或R相差分输出信号发送至信号处理模块。

进一步地，A相信号检测单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3以及比较器U1A；

电阻R1的一端接编码器的A-端以及电阻R7的一端，电阻R1的另一端接电容C1的一端以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R5的一端以及比较器U1A的2端，电容C1的另一端接地，电阻R5的另一端接比较器U1A的1端以及电阻R8的一端，电阻R2的一端接编码器的A+端以及电阻R7的另一端，电阻R2的另一端接电容C2的一端以及电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R6的一端以及比较器U1A的3端，电容C2的另一端接地，电阻R6的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1A的4端接外接供电电压VCC，电阻R8的另一端接电容C3的一端，以及信号处理模块。

进一步地，B相信号检测单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C4、电容C5、电容C6以及比较器U1B；

电阻R9的一端接编码器的B-端以及电阻R15的一端，电阻R9的另一端接电容C1的一端以及电阻R11的一端，电阻R11的另一端接电阻R13的一端以及比较器U1A的2端，电容C1的另一端接地，电阻R13的另一端接比较器U1A的1端以及电阻R16的一端，电阻R10的一端接编码器的B+端以及电阻R15的另一端，电阻R10的另一端接电容C2的一端以及电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电阻R14的一端以及比较器U1A的3端，电容C2的另一端接地，电阻R14的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1A的4端接外接供电电压VCC，电阻R16的另一端接电容C3的一端，以及信号处理模块。

进一步地，C相信号检测单元包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C7、电容C8、电容C9以及比较器U1C；

电阻R17的一端接增量TTL编码器的Z-端或增量正余弦编码器的R-端以及电阻R23的一端，电阻R17的另一端接电容C1的一端以及电阻R19的一端，电阻R19的另一端接电阻R21的一端以及比较器U1A的2端，电容C1的另一端接地，电阻R21的另一端接比较器U1A的1端以及电阻R24的一端，电阻R18的一端接增量TTL编码器的Z-端或增量正余弦编码器的R-端以及电阻R23的另一端，电阻R18的另一端接电容C2的一端以及电阻R20的一端，电阻R20的另一端接电阻R22的一端以及比较器U1A的3端，电容C2的另一端接地，电阻R22的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1A的4端接外接供电电压VCC，电阻R24的另一端接电容C3的一端，以及信号处理模块。

进一步地，信号处理模块包括信号采样单元、偏置处理单元和信号处理单元；

信号采样单元，用于通过模拟采样端口An采集A相的差分输出信号，通过模拟采样端口Bn采集B相的差分输出信号，通过模拟采样端口Cn采集C相的差分输出信号；

偏置处理单元，用于将信号采样单元采集的每相差分输出信号进行偏置处理；

信号处理单元，用于接收通过偏置处理后的编码器三相的每相差分输出信号，并根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；若是调用增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线。

进一步地，信号处理单元还包括指令发送单元以及停机控制单元

所述指令发送单元，用于发送对应的相断线指令至停机控制单元；

所述停机控制单元，用于接收到相断线指令后控制伺服驱动器停止运行。

一种增量式编码器断线检测方法，包括步骤：

S1：接收编码器的三相差分信号，根据每相差分信号对应两个单端信号分别获取每相的差分输出信号；

S2：根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；

S3：若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；

S4：若是增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；

S5：若当前编码器三相中至少一相断线，控制伺服驱动器停止运行。

进一步地，步骤S3包括步骤：

S31：分别获取增量式TTL编码器A相、B相以及Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值；

S32：判断增量式TTL编码器A相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器A相断线；

判断增量式TTL编码器B相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器B相断线；

判断增量式TTL编码器Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器Z相断线。

进一步地，步骤S4包括步骤：

S41：获取增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值；

S42：判断第一预设区间内增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器A相断线；

判断第二预设区间内增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器B相断线；

判断增量式正余弦编码器A相或B相的正弦波脉冲数是否超过预设编码器脉冲数，若是，判断增量式正余弦编码器R相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否一直小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器R相断线。

本发明至少有以下有益效果为：

(1)本增量式编码器断线检测系统，既能检测增量式TTL编码器断线又能检测增量式正余弦编码器断线，满足了既有带增量式TTL编码器又有带增量式正余弦编码器的电机的编码器的断线检测。

(2)本系统的信号检测模块以及信号处理模块，电路简单，在满足既能检测增量式TTL编码器断线又能检测增量式正余弦编码器断线的条件下，电路成本较低。

(3)本系统的信号检测模块的编码器三相信号检测电路以及信号处理模块的连接，抗干扰能力强，编码器断线检测结果精确。

(4)本增量式编码器断线检测方法，判断编码器断线简洁有效，不需要考虑编码器A相和B相之间的时序逻辑，直接可以判断获取编码器A相和B相是否断线。

附图说明

图1为本增量式编码器断线检测系统结构图；

图2为本增量式编码器断线检测系统的信号检测模块电路原理图；

图3为本增量式编码器断线检测方法的流程图一；

图4为本增量式编码器断线检测方法的增量式TTL编码器A相差分P端断线示意图；

图5为本增量式编码器断线检测方法的增量式正余弦编码器A相差分P端断线示意图。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

本实施例提供了一种增量式编码器断线检测系统，用以解决目前无法满足既有带增量式TTL编码器又有带增量式正余弦编码器的电机的编码器断线检测的问题。如图1至图2所示，本系统包括：信号检测模块和信号处理模块；

所述信号检测模块，用于接收编码器的三相差分信号，根据每相差分信号对应两个单端信号分别获取每相的差分输出信号，并将每相的差分输出信号分别发送至信号处理模块；所述编码器包括增量式TTL编码器或增量式正余弦编码器；

所述信号处理模块，根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；若是调用增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线。

进一步地，信号检测模块包括A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元；

其中A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元的输入端分别与增量式TTL编码器的ABZ或增量式正余弦编码器的ABR三相差分信号相连，A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元的输出端分别与信号处理模块连接，进一步地，本实施例提供的信号处理模块中包括DSP处理器，其中DSP处理器包括A/D模拟采样端口，所述A/D模拟采样端口包括An采样端口、Bn采样端口以及Cn端口。

所述A相信号检测单元用于接收编码器的A相差分信号，经过滤波放大获取A相差分输出信号，并将A相差分输出信号发送至信号处理模块；

所述B相信号检测单元用于接收编码器的B相差分信号，经过滤波放大获取B相差分输出信号，并将B相差分输出信号发送至信号处理模块；

所述C相信号检测单元用于接收增量式TTL编码器的Z相差分信号或接收增量式正余弦编码器的R相差分信号，经过滤波放大获取对应的Z相差分输出信号或R相差分输出信号，并将Z相差分输出信号或R相差分输出信号发送至信号处理模块。

进一步地，A相信号检测单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3以及比较器U1A；

电阻R1的一端接编码器的A-端以及电阻R7的一端，电阻R1的另一端接电容C1的一端以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R5的一端以及比较器U1A的2端，电容C1的另一端接地，电阻R5的另一端接比较器U1A的1端以及电阻R8的一端，电阻R2的一端接编码器的A+端以及电阻R7的另一端，电阻R2的另一端接电容C2的一端以及电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R6的一端以及比较器U1A的3端，电容C2的另一端接地，电阻R6的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1A的4端接外接供电电压VCC，电阻R8的另一端接电容C3的一端，以及信号处理模块。

其中R7为终端电阻，R1、C1，R2、C2以及R8，C3为作用为滤波，U1A，R1，R2，R3，R4，R5，R6实现了运放调理。

进一步地，B相信号检测单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C4、电容C5、电容C6以及比较器U1B；

电阻R9的一端接编码器的B-端以及电阻R15的一端，电阻R9的另一端接电容C1的一端以及电阻R11的一端，电阻R11的另一端接电阻R13的一端以及比较器U1A的2端，电容C1的另一端接地，电阻R13的另一端接比较器U1A的1端以及电阻R16的一端，电阻R10的一端接编码器的B+端以及电阻R15的另一端，电阻R10的另一端接电容C2的一端以及电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电阻R14的一端以及比较器U1A的3端，电容C2的另一端接地，电阻R14的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1A的4端接外接供电电压VCC，电阻R16的另一端接电容C3的一端，以及信号处理模块。

其中R15为终端电阻，R9、C4，R10、C5以及R16，C6为作用为滤波，U1B，R9，R10，R11，R12，R13，R14实现了运放调理。

进一步地，C相信号检测单元包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C7、电容C8、电容C9以及比较器U1C；

电阻R17的一端接增量TTL编码器的Z-端或增量正余弦编码器的R-端以及电阻R23的一端，电阻R17的另一端接电容C1的一端以及电阻R19的一端，电阻R19的另一端接电阻R21的一端以及比较器U1A的2端，电容C1的另一端接地，电阻R21的另一端接比较器U1A的1端以及电阻R24的一端，电阻R18的一端接增量TTL编码器的Z-端或增量正余弦编码器的R-端以及电阻R23的另一端，电阻R18的另一端接电容C2的一端以及电阻R20的一端，电阻R20的另一端接电阻R22的一端以及比较器U1A的3端，电容C2的另一端接地，电阻R22的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1A的4端接外接供电电压VCC，电阻R24的另一端接电容C3的一端，以及信号处理模块。

其中R23为终端电阻，R17、C7，R18、C8以及R24，C9为作用为滤波，U1C，R18，R19，R20，R21，R22，R23实现了运放调理。

若编码器为增量式TTL编码器，则增量式TTL编码器信号A+、A-、B+、B-、Z+、Z-分别输入到A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元的A+、A-、B+、B-、C+、C-端口，A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元分别输出Aout、Bout、Cout，并分别连接到DSP的模拟采样端口An、Bn、Cn；

若增量式正余弦编码器信号，增量式正余弦编码器信号A+、A-、B+、B-、R+、R-分别输入到A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元的A+、A-、B+、B-、C+、C-端口，A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元分别输出Aout、Bout、Cout，并分别到DSP的模拟采样端口An、Bn、Cn。

其中A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元中运放为单电源供电，本实施例中VCC采用5V电压，偏置电压Vref采用2.5V电压，因此A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元中电路的输出信号Aout、Bout、Cout的电压范围均在0V～5V。

进一步地，信号处理模块包括信号采样单元、偏置处理单元和信号处理单元；

信号采样单元，用于通过模拟采样端口An采集A相的差分输出信号，通过模拟采样端口Bn采集B相的差分输出信号，通过模拟采样端口Cn采集C相的差分输出信号；

偏置处理单元，用于将信号采样单元采集的每相差分输出信号进行偏置处理；

信号处理单元，根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；若是调用增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线。

进一步地，信号处理单元还包括指令发送单元以及停机控制单元

所述指令发送单元，用于发送对应的相断线指令至停机控制单元；

所述停机控制单元，用于接收到相断线指令后控制伺服驱动器停止运行。

采用本系统，既能检测增量式TTL编码器断线又能检测增量式正余弦编码器断线，满足了既有带增量式TTL编码器又有带增量式正余弦编码器的电机的编码器的断线检测。

本系统的信号检测模块以及信号处理模块，电路简单，在满足既能检测增量式TTL编码器断线又能检测增量式正余弦编码器断线的条件下，电路成本较低。

本系统的信号检测模块的编码器三相信号检测电路以及信号处理模块的连接，抗干扰能力强，编码器断线检测结果精确。

实施例二

本实施例提供了一种增量式编码器断线检测方法，如图3至图5所示，本方法包括步骤：

S1：接收编码器的三相差分信号，根据每相差分信号对应两个单端信号分别获取每相的差分输出信号；

S2：根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；

S3：若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；

S4：若是增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；

S5：若当前编码器三相中至少一相断线，控制伺服驱动器停止运行。

进一步地，步骤S3包括步骤：

S31：分别获取增量式TTL编码器A相、B相以及Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值；

S32：判断增量式TTL编码器A相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器A相断线；

判断增量式TTL编码器B相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器B相断线；

判断增量式TTL编码器Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器Z相断线。

进一步地，步骤S4包括步骤：

S41：获取增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值；

S42：判断第一预设区间内增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器A相断线；

判断第二预设区间内增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器B相断线；

R相需根据该正余弦编码器线数判断，A相或B相的正弦数超过编码器线数，期间R相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值一直小于预设低压限值的平方值，则认为R相断线。即当增量式正余弦编码器A相或B相的正弦波脉冲数超过预设编码器脉冲数时，判断增量式正余弦编码器R相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否一直小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器R相断线。

其中A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元根据获取的每相差分信号获取的差分输出信号分别为：

UAout＝(R5/(R3+R1))*(UA+-UA-)+Vref 公式1

UBout＝(R5/(R3+R1))*(UB+-UB-)+Vref 公式2

UCout＝(R5/(R3+R1))*(UC+-UC-)+Vref 公式3

预设VLowLimit为1V，则VLowLimit²为1V²，VLowLimit为预设低压限值。

当UA+断线，UA-不断线

因为终端电阻R7存在，此时UA+电压和UA-电压相等，将UA+＝UA-代入公式1：

UAout＝(R5/(R3+R1))*(UA--UA-)+Vref＝Vref

当UA-断线，UA+不断线

因为终端电阻R7存在，此时UA-电压和UA+电压相等，将UA-＝UA+代入公式1，

UAout＝(R5/(R3+R1))*(UA+-UA+)+Vref＝Vref

当UA+和UA-同时断线，UA+＝UA-＝0

UAout＝(R5/(R3+R1))*(0-0)+Vref＝Vref

其他线断线同样处理

UBout＝Vref或UCout＝Vref

A、B以及C相信号检测单元的输出接DSP模拟采样引脚

UAn＝UAout 公式4

UBn＝UBout 公式5

UCn＝UCout 公式6

采样信号去偏置处理

UAi＝UAn-Vref 公式7

UBi＝UBn-Vref 公式8

UCi＝UCn-Vref 公式9

信号平方处理

UAisq＝UAi² 公式10

UBisq＝UBi² 公式11

UCisq＝UCi² 公式12

其中调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线具体为：

本实施中，提供的增量式TTL编码器输入TTL差分信号幅值为5V，设置的运放放大倍数Av＝(R5/(R3+R1))为4；

则信号理论输出电压UAout为-17.5V或22.5V，超出电路输出信号电压，实际输出电压UAout为0V或5V。

A相不断线；

增量式TTL编码器差分信号输入为-5V，根据公式1及A相信号检测单元输出A相差分输出信号得UAout＝0；根据公式4、公式7和公式10得UAisq＝(0-Vref)²＝Vref²；

增量式TTL编码器差分信号输入为5V，根据公式1及电路输出能力得UAout＝VCC；根据公式4、公式7和公式10得UAisq＝(VCC-Vref)²＝Vref²；

此时UAisq大于VLowLimit²。

A相UA+断线或UA-断线；

根据公式1的UAout＝Vref，根据公式4、公式7和公式10得UAisq＝(UAn-Vref)²＝0，

UAisq小于VLowLimit²，如图4。

其他相分析同理。

因此UAisq或UBisq或UCisq其中任意个值小于VLowLimit²,则认为断线。

其中调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线具体为：

本实施例中增量式正余弦编码器输入正弦电压差分信号幅值为0.5V，运放放大倍数Av＝(R5/(R3+R1))为4；

则信号输出电压UAout在0.5V～4.5V之间，满足电路输出信号电压范围。见。

其中预设VLowLimit为1V，则VLowLimit²为1V²。

A相和B相不断线；

A相输入信号m*Cos(θ)，B相输入信号m*Sin(θ)，m为信号幅值0.5，θ为编码器电角度。

根据公式1和公式2，得

UAadc＝UAout＝(R5/(R3+R1))*(UA+-UA-)+Vref＝2*Cos(θ)+Vref

UBadc＝UBout＝(R5/(R3+R1))*(UB+-UB-)+Vref＝2*Sin(θ)+Vref

根据公式4、公式5、公式7、公式8、公式10、公式11和勾股定理，得

UABisq＝UAisq+UBisq＝UAi²+UBi²＝(UAadc-Vref)²+(UBadc-Vref)²＝(2*Cos(θ))²+(2*Sin(θ))²＝4*(Cos²(θ)+Sin²(θ))＝4

A相UA+断线或UA-断线；

由于当UA+断线，UA-不断线；因为终端电阻R7存在，此时UA+电压和UA-电压相等，将UA+＝UA-代入公式1：

UAout＝(R5/(R3+R1))*(UA--UA-)+Vref＝Vref

根据公式4、公式5、公式7、公式8、公式10和公式11

UABisq＝4*Sin²(θ)，θ在(-π/6+2π*k)～(π/6+2π*k)或(π*5/6+2π*k)～(π*7/6+2π*k)区间，(k为非负整数)。

UABisq小于VLowLimit²，如图5；

θ在(-π/6+2π*k)～(π/6+2π*k)或(π*5/6+2π*k)～(π*7/6+2π*k)区间，UABisq值小于VLowLimit²,则认为A断线。

B相UB+断线或UB-断线，UBout＝Vref，UABisq＝4*Cos²(θ)，θ在(π*2/6+2π*k)～(π*4/6+2π*k)或(π*8/6+2π*k)～(π*10/6+2π*k)区间，

UABisq小于VLowLimit²。(k为非负整数)。

θ(π*2/6+2π*k)～(π*4/6+2π*k)或(π*8/6+2π*k)～(π*10/6+2π*k)区间，UABisq值小于VLowLimit²,则认为B断线。

R相需根据该正余弦编码器线数判断，A相或B相的正弦数超过编码器线数，R相UCisq值一直小于VLowLimit²，则认为R相断线。即当增量式正余弦编码器A相或B相的正弦波脉冲数超过预设编码器脉冲数时，判断增量式正余弦编码器R相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否一直小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器R相断线。采用本增量式编码器断线检测方法，既能检测增量式TTL编码器断线又能检测增量式正余弦编码器断线，满足了既有带增量式TTL编码器又有带增量式正余弦编码器的电机的编码器的断线检测。并且判断编码器断线简洁有效，不需要考虑编码器A相和B相之间的时序逻辑，直接可以判断获取编码器A相和B相是否断线。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种增量式编码器断线检测系统，其特征在于，包括信号检测模块和信号处理模块；

所述信号检测模块，用于接收编码器的三相差分信号，根据每相差分信号对应两个单端信号分别获取每相的差分输出信号，并将每相的差分输出信号分别发送至信号处理模块；所述编码器包括增量式TTL编码器或增量式正余弦编码器；

所述信号处理模块，根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；若是增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；信号检测模块包括A相信号检测单元、B相信号检测单元以及C相信号检测单元；

所述A相信号检测单元用于接收编码器的A相差分信号，经过滤波放大获取A相差分输出信号，并将A相差分输出信号发送至信号处理模块；

所述B相信号检测单元用于接收编码器的B相差分信号，经过滤波放大获取B相差分输出信号，并将B相差分输出信号发送至信号处理模块；

所述C相信号检测单元用于接收增量式TTL编码器的Z相差分信号或接收增量式正余弦编码器的R相差分信号，经过滤波放大获取对应的Z相差分输出信号或R相差分输出信号，并将Z相差分输出信号或R相差分输出信号发送至信号处理模块；

信号处理模块包括信号采样单元、偏置处理单元和信号处理单元；

信号采样单元，用于通过模拟采样端口An采集A相的差分输出信号，通过模拟采样端口Bn采集B相的差分输出信号，通过模拟采样端口Cn采集C相的差分输出信号；

偏置处理单元，用于将信号采样单元采集的每相差分输出信号进行预设去偏置处理；

信号处理单元，用于接收通过预设去偏置处理后的编码器三相的每相差分输出信号，并根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；若是增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；

增量式TTL编码器断线判断算法包括步骤：

分别获取增量式TTL编码器A相、B相以及Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值；判断增量式TTL编码器A相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器A相断线；判断增量式TTL编码器B相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器B相断线；判断增量式TTL编码器Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器Z相断线。

2.根据权利要求1所述的一种增量式编码器断线检测系统，其特征在于，A相信号检测单元包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3以及比较器U1A；

电阻R1的一端接编码器的A-端以及电阻R7的一端，电阻R1的另一端接电容C1的一端以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R5的一端以及比较器U1A的2端，电容C1的另一端接地，电阻R5的另一端接比较器U1A的1端以及电阻R8的一端，电阻R2的一端接编码器的A+端以及电阻R7的另一端，电阻R2的另一端接电容C2的一端以及电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R6的一端以及比较器U1A的3端，电容C2的另一端接地，电阻R6的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1A的4端接外接供电电压VCC，电阻R8的另一端接电容C3的一端，以及信号处理模块。

3.根据权利要求1所述的一种增量式编码器断线检测系统，其特征在于，B相信号检测单元包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C4、电容C5、电容C6以及比较器U1B；

电阻R9的一端接编码器的B-端以及电阻R15的一端，电阻R9的另一端接电容C4的一端以及电阻R11的一端，电阻R11的另一端接电阻R13的一端以及比较器U1B的2端，电容C4的另一端接地，电阻R13的另一端接比较器U1B的1端以及电阻R16的一端，电阻R10的一端接编码器的B+端以及电阻R15的另一端，电阻R10的另一端接电容C5的一端以及电阻R12的一端，电阻R12的另一端接电阻R14的一端以及比较器U1B的3端，电容C5的另一端接地，电阻R14的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1B的4端接外接供电电压VCC，电阻R16的另一端接电容C6的一端，以及信号处理模块。

4.根据权利要求1所述的一种增量式编码器断线检测系统，其特征在于，C相信号检测单元包括电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电容C7、电容C8、电容C9以及比较器U1C；

电阻R17的一端接增量式TTL编码器的Z-端或增量式正余弦编码器的R-端以及电阻R23的一端，电阻R17的另一端接电容C7的一端以及电阻R19的一端，电阻R19的另一端接电阻R21的一端以及比较器U1C的2端，电容C7的另一端接地，电阻R21的另一端接比较器U1C的1端以及电阻R24的一端，电阻R18的一端接增量式TTL编码器的Z+端或增量式正余弦编码器的R+端以及电阻R23的另一端，电阻R18的另一端接电容C8的一端以及电阻R20的一端，电阻R20的另一端接电阻R22的一端以及比较器U1C的3端，电容C8的另一端接地，电阻R22的另一端接外接偏置电压VREF，比较器U1C的4端接外接供电电压VCC，电阻R24的另一端接电容C9的一端，以及信号处理模块。

5.根据权利要求1所述的一种增量式编码器断线检测系统，其特征在于，信号处理单元还包括指令发送单元以及停机控制单元；

所述指令发送单元，用于发送对应的相断线指令至停机控制单元；

所述停机控制单元，用于接收到相断线指令后控制伺服驱动器停止运行。

6.一种增量式编码器断线检测方法，其特征在于，包括步骤：

S1：接收编码器的三相差分信号，根据每相差分信号对应两个单端信号分别获取每相的差分输出信号；

S2：接收通过预设去偏置处理后的编码器三相的每相差分输出信号，并根据当前连接的增量式编码器类型选择对应的断线判断算法；

S3：若是增量式TTL编码器，调用增量式TTL编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；

S4：若是增量式正余弦编码器，调用增量式正余弦编码器断线判断算法判断当前编码器的三相是否断线；

S5：若当前编码器三相中至少一相断线，控制伺服驱动器停止运行；

在步骤S2前还包括步骤：

通过模拟采样端口An采集A相的差分输出信号，通过模拟采样端口Bn采集B相的差分输出信号，通过模拟采样端口Cn采集C相的差分输出信号；以及将采集的每相差分输出信号进行预设去偏置处理；

步骤S3包括步骤：

S31：分别获取增量式TTL编码器A相、B相以及Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值；

S32：判断增量式TTL编码器A相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器A相断线；

判断增量式TTL编码器B相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器B相断线；

判断增量式TTL编码器Z相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式TTL编码器Z相断线。

7.根据权利要求6所述的一种增量式编码器断线检测方法，其特征在于，步骤S4包括步骤：

S41：获取增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值；

S42：判断第一预设区间内增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器A相断线；

判断第二预设区间内增量式正余弦编码器A相和B相经过预设去偏置处理后信号的平方值的和值是否小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器B相断线；

判断增量式正余弦编码器A相或B相的正弦波脉冲数是否超过预设编码器脉冲数，若是，判断增量式正余弦编码器R相差分输出信号经过预设去偏置处理后信号的平方值是否一直小于预设低压限值的平方值，若是，则确认当前增量式正余弦编码器R相断线。