CN114543864B - 一种基于fpga的增量式编码器故障诊断方法 - Google Patents

一种基于fpga的增量式编码器故障诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，增量式编码器输出的信号经过信号处理模块处理，所述信号处理模块将增量编码器输出的信号转化为一对反向信号输入至FPGA模块，通过FPGA模块对增量式编码器进行故障检测，FPGA模块包括断线故障检测单元、多码故障检测单元、缺码故障检测单元及线数配错故障检测单元；所述多码故障检测单元在FPGA模块上并行对编码器的A相B相缺码进行检测,该基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法即能降低电路复杂度，又能提高故障实时性和增加故障检测种类、并且可以并行对多相进行故障检测。

Description

一种基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法
技术领域
本发明涉及风电或工业传动控制技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法。
背景技术
增量式编码器广泛应用于风力发电和工业传动等电气控制领域，在应用中增量式编码器输出的脉冲有A相(A+/A-)，B相(B+/B-)，Z相(Z+/Z-)。其中A相脉冲和B相脉冲正交，Z圈为单圈脉冲。
由于增量式编码器属于电机的附件，且电机在运行过程中非常依赖该器件所传递信号是否准确，一旦出现异常，电机运行必然会出现异常的情况，从而引起相关故障。常见的增量式编码器异常情况有A相连接错误，B相信号连接错误，Z相信号连接错误，A信号缺码，B信号缺码，Z信号缺码，A信号多码，B信号多码，Z信号多码，线数配置错误。
目前，通常通过硬件电路和MCU配合的方式，实现相关增量式编码器故障检测。该方法有电路复杂，故障检测实时性差，故障检测种类不全等缺点。
因此，需要设计一种即能降低电路复杂度，又能提高故障实时性和增加故障检测种类、并且可以并行对多相进行故障检测的增量式编码器的故障检测装置和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，该基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法即能降低电路复杂度，又能提高故障实时性和增加故障检测种类、并且可以并行对多相进行故障检测。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，增量式编码器输出的信号经过信号处理模块处理，所述信号处理模块将增量编码器输出的信号转化为一对反向信号输入至FPGA模块，通过FPGA模块对增量式编码器进行故障检测，FPGA模块包括断线故障检测单元及多码故障检测单元；
所述多码故障检测单元检测到编码器A相的信号的上升沿或下降沿时A相脉冲计数加1，同时当检测到编码器Z相信号的上升沿时A相脉冲计数清0，
在编码器Z相的上升沿时去判断编码器A相脉冲计数是否大于编码器线数阈值上限，如果是，则编码器A相多码计数加1，
当编码器A相多码计数等于多码次数阈值时，判断为A相多码故障；
所述多码故障检测单元检测到编码器B相的信号的上升沿或下降沿时B相脉冲计数加1，于此同时当检测到编码器Z相信号的上升沿时B相脉冲计数清0，
在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器B相脉冲计数是否大于编码器线数阈值上限，如果是，则编码器B相多码计数加1，
当编码器B相多码计数等于多码次数阈值时，判断为B相多码故障；
所述断线故障检测单元根据编码器A相、B相及Z相各对反向信号对编码器A相、B相及C相连接是否断线进行判断；
其中，所述多码故障检测单元在FPGA模块基础上并行对编码器的A相B相缺码进行检测。
优选地，所述断线故障检测单元根据编码器A相、B相及Z相各对反向信号对编码器A相、B相及C相连接是否断线进行判断具体为：所述断线故障检测单元对编码器A相输入的一对反向信号a+或a-，B相输入的一对反向信号b+或b,Z相输入的一对反向信号z+或z-进行故障检测判断，当A相的反相信号a+或a-不为1时，则A相为连接故障；当B相的反相信号b+或b-不为1时，则B相为连接故障；当C相的反相信号c+或c-不为1时，则C相为连接故障。
优选地，所述FPGA模块还包括缺码故障检测单元，所述缺码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相脉冲计数是否小于编码器线数阈值下限，如果是，则编码器A相缺码计数器加1，当编码器A相缺码计数等于缺码次数阈值时，判断为编码器A相缺码故障；
所述缺码故障检测单元在编码器Z相的上升沿时去判断编码器B相脉冲计数是否小于编码器线数阈值下限，如果是，则编码器B相缺码计数器加1，当编码器B相缺码计数等于缺码次数阈值时，判断为编码器B相缺码故障。
优选地，所述FPGA模块还包括缺码故障检测单元，所述缺码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相或B相的脉冲计数值是否大于编码器线数设定值，如果是，则判断为编码器Z相缺码。
优选地，所述多码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相和B相缺码计数是否均大于缺码次数阈值并且A相和B相的相邻两圈脉冲计数值是否不相等，如果是，则判断为Z相多码。
优选地，所述FPGA模块还包括故障优先级区分单元，所述故障优先级区分单元对断线故障检测或者多码故障检测优先等级进行设置。
优选地，所述FPGA模块还包括线数配错检测单元，所述线数配错检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相和B相缺码计数是否均大于缺码次数阈值或者编码器A相和B相多码计数是否均大于多码次数阈值，并且编码A相和B相的相邻两圈脉冲计数值是否相等，如果是，则判断为线数配错检测逻辑。
采用上述电路及方法之后，基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法包括：增量式编码器输出的信号经过信号处理模块处理，所述信号处理模块将增量编码器输出的信号转化为一对反向信号输入至FPGA模块，通过FPGA模块对增量式编码器进行故障检测，FPGA模块包括断线故障检测单元及多码故障检测单元；所述多码故障检测单元检测到编码器A相的信号的上升沿或下降沿时A相脉冲计数加1，同时当检测到编码器Z相信号的上升沿时A相脉冲计数清0，在编码器Z相的上升沿时去判断编码器A相脉冲计数是否大于编码器线数阈值上限，如果是，则编码器A相多码计数加1，当编码器A相多码计数等于多码次数阈值时，判断为A相多码故障；所述断线故障检测单元根据编码器A相、B相及Z相各对反向信号对编码器A相、B相及C相连接是否断线进行判断；其中，所述多码故障检测单元在FPGA模块基础上并行对编码器的A相B相缺码进行检测，该基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法即能降低电路复杂度，又能提高故障实时性和增加故障检测种类、并且可以并行对多相进行故障检测。
附图说明
图1为基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的控制电路图；
图2是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的A相多码故障检测的流程图；
图3是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的A相缺码故障检测的流程图；
图4是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的Z相缺码故障检测的流程图；
图5是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的Z相多码故障检测的流程图；
图6为本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的编码器A相或B相或Z相连接故障检测流程图；
图7为本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的故障检测优先级的流程图；
图8是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的连接故障检测流程图；
图9是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的线数配错故障检测流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
请参阅图1及图2，图1为基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的控制电路图；图2是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的A相多码故障检测的流程图；本实施例公开了一种基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，增量式编码器输出的信号经过信号处理模块处理，所述信号处理模块将增量编码器输出的信号转化为一对反向信号输入至FPGA模块，通过FPGA模块对增量式编码器进行故障检测，FPGA模块包括断线故障检测单元及多码故障检测单元；
所述多码故障检测单元检测到编码器A相的信号的上升沿或下降沿时A相脉冲计数加1，同时当检测到编码器Z相信号的上升沿时A相脉冲计数清0，
在编码器Z相的上升沿时去判断编码器A相脉冲计数是否大于编码器线数阈值上限，如果是，则编码器A相多码计数加1，
当编码器A相多码计数等于多码次数阈值时，判断为A相多码故障；
所述多码故障检测单元检测到编码器B相的信号的上升沿或下降沿时B相脉冲计数加1，于此同时当检测到编码器Z相信号的上升沿时B相脉冲计数清0，
在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器B相脉冲计数是否大于编码器线数阈值上限，如果是，则编码器B相多码计数加1，
当编码器B相多码计数等于多码次数阈值时，判断为B相多码故障；
所述断线故障检测单元根据编码器A相、B相及Z相各对反向信号对编码器A相、B相及C相连接是否断线进行判断；
其中，所述多码故障检测单元在FPGA模块基础上并行对编码器的A相B相缺码进行检测。
实施例二
请参阅图6，图6为本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的编码器A相或B相或Z相连接故障检测流程图；
所述断线故障检测单元根据编码器A相、B相及Z相各对反向信号对编码器A相、B相及C相连接是否断线进行判断具体为：所述断线故障检测单元对编码器A相输入的一对反向信号a+或a-，B相输入的一对反向信号b+或b,Z相输入的一对反向信号z+或z-进行故障检测判断，当A相的反相信号a+或a-不为1时，则A相为连接故障；当B相的反相信号b+或b-不为1时，则B相为连接故障；当C相的反相信号c+或c-不为1时，则C相为连接故障。
实施例三
请参阅图3及图4，图3是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的A相缺码故障检测的流程图，图4是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的Z相缺码故障检测的流程图；
所述FPGA模块还包括缺码故障检测单元，所述缺码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相脉冲计数是否小于编码器线数阈值下限，如果是，则编码器A相缺码计数器加1，当编码器A相缺码计数等于缺码次数阈值时，判断为编码器A相缺码故障；
所述缺码故障检测单元在编码器Z相的上升沿时去判断编码器B相脉冲计数是否小于编码器线数阈值下限，如果是，则编码器B相缺码计数器加1，当编码器B相缺码计数等于缺码次数阈值时，判断为编码器B相缺码故障。
所述FPGA模块还包括缺码故障检测单元，所述缺码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相或B相的脉冲计数值是否大于编码器线数设定值，如果是，则判断为编码器Z相缺码。
本实施例在实施例二的基础上，所述多码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相和B相缺码计数是否均大于缺码次数阈值并且A相和B相的相邻两圈脉冲计数值是否不相等，如果是，则判断为Z相多码。
实施例四
请参阅图7，图7为本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的故障检测优先级的流程图；
所述FPGA模块还包括故障优先级区分单元，所述故障优先级区分单元对断线故障检测或者多码故障检测或者缺码故障检测或者线数配置故障检测优先等级进行设置。
实施例五
请参阅图9，图9是本发明基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法的线数配错故障检测流程图。
在本实施例，所述FPGA模块还包括线数配错检测单元，所述线数配错检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相和B相缺码计数是否均大于缺码次数阈值或者编码器A相和B相多码计数是否均大于多码次数阈值，并且编码A相和B相的相邻两圈脉冲计数值是否相等，如果是，则判断为线数配错检测逻辑。
该基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法即能降低电路复杂度，又能提高故障实时性和增加故障检测种类、并且可以并行对多相进行故障检测.
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，其特征在于，增量式编码器输出的信号经过信号处理模块处理，所述信号处理模块将增量编码器输出的信号转化为一对反向信号输入至FPGA模块，通过FPGA模块对增量式编码器进行故障检测，FPGA模块包括断线故障检测单元及多码故障检测单元；
所述多码故障检测单元检测到编码器A相的信号的上升沿或下降沿时A相脉冲计数加1，同时当检测到编码器Z相信号的上升沿时A相脉冲计数清0，
在编码器Z相的上升沿时去判断编码器A相脉冲计数是否大于编码器线数阈值上限，如果是，则编码器A相多码计数加1，
当编码器A相多码计数等于多码次数阈值时，判断为A相多码故障；
所述多码故障检测单元检测到编码器B相的信号的上升沿或下降沿时B相脉冲计数加1，于此同时当检测到编码器Z相信号的上升沿时B相脉冲计数清0，
在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器B相脉冲计数是否大于编码器线数阈值上限，如果是，则编码器B相多码计数加1，
当编码器B相多码计数等于多码次数阈值时，判断为B相多码故障；
所述断线故障检测单元根据编码器A相、B相及Z相各对反向信号对编码器A相、B相及C相连接是否断线进行判断；
其中，所述多码故障检测单元在FPGA模块上并行对编码器的A相B相缺码进行检测。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，其特征在于，所述断线故障检测单元根据编码器A相、B相及Z相各对反向信号对编码器A相、B相及C相连接是否断线进行判断具体为：所述断线故障检测单元对编码器A相输入的一对反向信号a+或a-，B相输入的一对反向信号b+或b,Z相输入的一对反向信号z+或z-进行故障检测判断，当A相的反相信号a+或a-不为1时，则A相为连接故障；当B相的反相信号b+或b-不为1时，则B相为连接故障；当C相的反相信号c+或c-不为1时，则C相为连接故障。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，其特征在于，所述FPGA模块还包括缺码故障检测单元，所述缺码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相脉冲计数是否小于编码器线数阈值下限，如果是，则编码器A相缺码计数器加1，当编码器A相缺码计数等于缺码次数阈值时，判断为编码器A相缺码故障；
所述缺码故障检测单元在编码器Z相的上升沿时去判断编码器B相脉冲计数是否小于编码器线数阈值下限，如果是，则编码器B相缺码计数器加1，当编码器B相缺码计数等于缺码次数阈值时，判断为编码器B相缺码故障。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，其特征在于，所述FPGA模块还包括缺码故障检测单元，所述缺码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相或B相的脉冲计数值是否大于编码器线数设定值，如果是，则判断为编码器Z相缺码。
5.根据权利要求3所述的基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，其特征在于，所述多码故障检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相和B相缺码计数是否均大于缺码次数阈值并且A相和B相的相邻两圈脉冲计数值是否不相等，如果是，则判断为Z相多码。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，其特征在于，所述FPGA模块还包括故障优先级区分单元，所述故障优先级区分单元对断线故障检测或者多码故障检测优先等级进行设置。
7.根据权利要求1所述的基于FPGA的增量式编码器故障诊断方法，其特征在于，所述FPGA模块还包括线数配错检测单元，所述线数配错检测单元在编码器产生Z相上升沿时去判断编码器A相和B相缺码计数是否均大于缺码次数阈值或者编码器A相和B相多码计数是否均大于多码次数阈值，并且编码A相和B相的相邻两圈脉冲计数值是否相等，如果是，则判断为线数配错检测逻辑。
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