智能无轴承旋转编码器


作者:Bernhard Hiller 日期:2019/03/25 来源:MM《现代制造》

近年来驱动技术领域的发展趋势为:将单独的零部件集成组装到一个系统中去。之前对于发动机,反馈系统(Tacho,分解器,增量式编码器或者绝对编码器)以及电缆布置,驱动增强器和控制系统有一个精确的区分。

这一趋势也促使编码器生产商研发出更新的集成化方案。这一发展的前景目标是,运用新的解决方案使得控制驱动总体系统更坚固、更可靠、更高效、更经济。

这些零部件的集成所面临的特殊挑战是,当由于其工作效率一直以来都被当作反馈系统和高分辨模式的带轴承的光学编码器使用的驱动系统,如今为了节省空间和成本需要装配坚固结实的无轴承电磁发射系统。而事实远比表面要复杂,往往这些集成实验会使终端用户失望,反馈系统的信号质量和驱动质量控制都达不到预期效果。

图1 一种集成式的数字化信号加工方式让Kubler无轴承磁环旋转编码器免受干扰场的作用
一种集成式的数字化信号加工方式让Kubler无轴承磁环旋转编码器免受干扰场的作用

数字化的实时信号加工

由于其系统权限与驱动技术方面的领军企业的紧密合作,Kubler公司在早期就成功完成了坚固的无轴承电磁编码器在伺服驱动电机中的集成。特别的是:电磁测量理论不允许被直接使用在干扰电磁场环境中,那么该怎么以电动机尤其是电磁制动器为出发点呢?

FEM计算屏蔽系统和“智能”数字化实时信号处理系统是存在因果关系的。“智能”这一概念背后隐藏着两方面的创新:一方面,由温度、老化和安装公差等因素引起的漂移和信号错误,通过基于数字FPGA的信号处理得到积极补偿。这样一来尽管磁性整体量具的分类比较粗略,也能实现准确的高分辨率的状态参数。另一方面通过对驱动系统的核心参数的现有认知可以为实现状态检测和预测性维护这两项功能做准备。

集成数字化带有延迟补偿的信号过滤器的可参数性(在许多运用程序中被证实是非常有利的)以及一个包含用户内存的电子型号牌使得功能特点更完善。

Kubler公司的专家们通过这一途径获得了成功,将反馈系统集成到编码器中,信号质量非常好,在集成时必要的紧凑性和可靠性都能体现。

其他测量数据的节点

对于编码器来说,未来的发展趋势如下:集成到驱动系统中的智能编码器不仅是驱动在特定状态参数如位置、转数和旋转加速度下实时状态的信息中心,而且也是其他测量参数的一个节点,比如温度和横向加速度(振动)。传感技术由于无轴承式的安装和直接机械耦合驱动的电子集成传感器可以与其他测量数据相关联(传感器融合),意味着一种鉴于对预测性维护和状态检测功能的需求的信息获取已经实现。

Kubler公司的这种新型的“智能”系统是为运用驱动控制器比如RS485, BiSS等等进行的全数字化的交流所设计的。在使用所谓的电子发动机时也可以实现在控制处理器附近进行直接联合。这种情况下不再使用昂贵的驱动构建块和电缆。为了能与传统大体积,仍在广泛使用的接口,比如TTL和HTL增量信号,进行数据交流,需要用到相应的在FPGA中实时合成的信号转换器。