东元伺服编码器接线图（东元伺服电机编码器接线图）

传统伺服驱动器之所以能实现精确控制，是因为电机运动的距离、位置、速度信息可以通过电机上的编码器反馈给伺服驱动器，与伺服驱动器之间形成一个小闭环系统。和电机。达到精确控制的目的。然而，这种精度仅限于伺服和电机的小型独立系统。对于使用伺服系统的整套设备来说，仍然存在机械误差和传动误差。因此，这里的精度只是相对的，常规的解决方案往往采用各种传感器、接近开关等，利用PLC来克服整个系统的误差，但精度比较差，只能提供报警而不能弥补实时差异。

因此，由伺服驱动器、伺服电机和电机本身编码器组成的系统也称为半闭环系统。为了在设备控制上达到更高的精度，东元高端伺服JSDG2S在半闭环系统的基础上增加了编码器反馈装置（可以使用光学旋转编码器或光栅尺等外部编码器），直接检测控制物体的目标机械运动距离（如滑梯的实际运行距离）。这样，伺服驱动器、被测对象和第二编码器反馈（附加编码器）就构成了一个全闭环控制系统。

工作准则

与电机编码器接口CN2一样，第二编码器接口CN8也可以搭配光学旋转编码器、光学尺等。（此光学旋转编码器和光学尺将移动距离转换为A/B/Z相脉冲信号，脉冲数代表物体的移动距离，脉冲频率代表物体的移动速度）。此第二编码器接口CN8支持最大分辨率为1000000pulse/rev（电机旋转一周，全闭环系统对应的最大四倍频脉冲数为1,000,000）。 1、硬件设计电路及原理电路从左到右依次讲解： CN8接口为光栅尺或光学旋转编码器接口。输入信号为A+/A-、B+/B-、Z+/Z-差分信号，利用单个脉冲的数量和频率反映当前检测物体的距离和速度。接口采用钳位二极管保护，防止噪声和高压损坏芯片，保证硬件电路的可靠性。经过RC电路滤波后，经过差分电路。接收器AM32LVIDR将其转换为FPGA可以接收的电平信号，后续信号将由FPGA内部进行分析处理。

图1 系统框图

图2 硬件电路图

图3 软件系统流程图

2、软件控制原理

（1）位置指令通过总线（EtherCAT/CANopen）或脉冲控制器发送给驱动器，并经过电子齿轮比和相应的单位转换函数（表达式为：接收到的位置指令*电子齿轮比*第二个编码器分辨率），生成对应的位置1（CmdPos），并使用设备上安装的第二个外部编码器来获取设备的实际操作位置2（FbPos）。

(2)) 将以上两个位置送入位置控制器（位置控制器为比例系统）进行计算（比例系统计算为（Cmd Pos- FbPos）*KP（KP为可调系数，默认值为40)) 结果为电机实际需要移动位置（移动位置增量DeltaPos）和移动速度（单位时间位置增量为移动速度CmdSpeed，本系统单位时间为400微秒），通过以下公式得到电机内部编码器（使用微分计算=位置变化/时间变化）电机反馈速度（FbSpeed）。

(3) 将上述两个速度送入速度控制器进行计算（速度控制器为比例积分系统）。为了快速响应，该算法采用反积分饱和比例/积分计算。具体算法是计算当前的误差量。时间，首先判断前一时刻的误差量是否超出限制范围。如果将前一时刻的误差量限制为最大值，则只累加负偏差；如果将前一时刻的误差量限制为最小值，则仅累加正偏差。这样可以防止控制变量长时间停留在饱和区（超出速度限制的最大/最小范围），并获得电机的实际运行速度（RealSpeed）（当前实际速度=上次实际速度+电流速度控制器计算出的速度误差）和电机所需的扭矩电流。通过电流控制器（将交流伺服电机控制模型转换为直流电机控制模型，直流电机模型只需控制电流的大小即可控制扭矩的大小）保证电机的精确扭矩。输出。

上述全闭环位置算法直接计算被测物体的位置，减少机械传动间隙和机构间的传动误差。

为了更好的使物体运动更加平稳，在运动轨迹控制时，将单段控制S(x)=0扩展到多段控制，包括加速段、匀速段和减速段。这些段落是：

1、加速段S1=ax22+(x1-x10) 其中x10为初始位置误差

2、恒速段S2=x2-x10

3、减速段S3=cx1+x2

通过上述方法，可以解决设备使驱动器能够更顺畅地控制电机，以补偿机械部分带来的误差。

当然，也有某些情况是由于机械或传动故障造成的。此时，驾驶员可以通过设置最大错误保护机制直接报警，避免机械损坏。

报警判断：

内部编码器外部编码器分辨率（PPR4 25004）/内部编码器分辨率（17bit）-外部编码器Pn347

Pn347：全闭回程误差最大值（全闭回程CN4 与实际编码器之间的误差设定值。当位置误差大于Pn347 设定的脉冲数时，设备产生AL022（脉冲误差电机端与负载端之间太大）。

功能使用步骤

1、确认组织方向

确认外部编码器正方向对应电机方向，设置Pn314（位置指令方向定义），用手推确认（不励磁）。当外部机构正向推动时，检查Un-14（电机反馈-旋转一圈脉冲波），确认数值是否在增加。 2、确认内外方向是否一致。用手推动（不励磁），将外部机构正向推动，检查Un-50（外部编码器脉冲数），确认数值是否在增加。如果不是，请将Pn349（全闭环方向）设置修正为0或1。

图4 组织结构图

3、确认Pn348（外沿编码器分辨率）

当使用外部编码器或光尺进行全死环控制时，需要先设置Pn348（全死环编码器对应一整圈的分辨率）。使用带有光学尺的丝杠机构，计算如下：

设置全死环编码器分辨率后，可以通过Pn349（全死环运行方向设置）设置运行方向，或者通过Pn347（全死环误差最大）设置实际与外部编码器之间的最大误差。范围内，并使用Un-52（外部编码器与电机编码器之间的误差）来监控两者之间的误差。超出范围时，产生报警信号AL.022（电机端与负载端脉冲误差过大），伺服停止动作，最后根据需要设置Pn346（全闭回功能）除以周选择）。

使用手动推动模式（不励磁），根据Un-14（电机反馈-一转内脉冲波数）和Un-16（电机反馈-转数）计算电机计数的总位移距离。将电机总位置与Un50（外部编码器脉冲数）进行比较。方向相同吗？两者的比例是不是类似于电机分辨率和Pn348？

若平台如图1所示，忽略反向间隙的影响，从状态显示参数可知Un-50（外部编码器脉冲数）为2500，Un14为32768，Pn348（满无穷大一圈的值）循环编码器（对应分辨率）：

总结

该功能可以使电气设备形成全闭环系统。与接近开关等静态反馈相比，使用编码器/光栅尺等传感器可以使设备形成动态全闭环系统。在该反馈控制系统中，伺服驱动器可以实时监控设备运动和速度变量。运行过程中，无论何种原因（外部干扰或系统内部变化），只要被控量偏离规定值，就会产生相应的响应。消除偏差的控制功能。因此，它具有抑制干扰的能力，对设备误差特性的变化不敏感，可以主动提高系统的响应特性和控制精度，使设备达到完美的工作状态（注：详细使用参数请参考东元伺服JSDG2S手册）。