摘 要： 介紹了一種機(jī)械傳動(dòng)中間隙的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法及其具體實(shí)現(xiàn)電路。該電路結(jié)構(gòu)緊湊，方法合理、實(shí)用。經(jīng)實(shí)際使用證明，性能穩(wěn)定，完全滿足實(shí)用和研究的需要。

    關(guān)鍵詞： 間隙 增量碼盤 自整角機(jī)

    伺服系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部分，無(wú)論傳動(dòng)形式是齒輪、鏈條、鋼索還是杠桿，在傳動(dòng)過(guò)程中總存在著間隙。間隙非線性不僅會(huì)增大系統(tǒng)的靜差，而且還會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，使系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)作用下過(guò)度過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)，振蕩次數(shù)增多，甚至產(chǎn)生不衰減的自振蕩。因此研究間隙對(duì)系統(tǒng)的影響具有很大的實(shí)際意義。

    研究間隙的影響，就需要獲取傳動(dòng)中的間隙。本文正是在某型坦克炮塔的控制算法研究中產(chǎn)生的。

    １ 間隙的獲取方法

    系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

    間隙是由機(jī)械傳動(dòng)裝置產(chǎn)生的。由電機(jī)軸反饋回來(lái)的位置信號(hào)是不包含間隙的，而由負(fù)載軸反饋回來(lái)的位置信號(hào)包含有間隙成份。電機(jī)軸和負(fù)載軸的速比是固定的，所以我們可以通過(guò)如下方法獲取間隙：由電機(jī)軸位置乘以和兩軸速比對(duì)應(yīng)的“電子速比”得到負(fù)載軸的理想的無(wú)間隙位置，然后再與由負(fù)載軸反饋來(lái)的實(shí)際位置相減即是對(duì)應(yīng)時(shí)刻的間隙。

    ２ 電路的組成

    計(jì)算機(jī)可選任意型號(hào)，本系統(tǒng)為研究方便選用的是系統(tǒng)機(jī)486PC兼容機(jī)。

    接口電路主要包括用于檢測(cè)電機(jī)軸位置的碼盤信號(hào)整形、判向、計(jì)數(shù)緩沖部分；用于檢測(cè)負(fù)載軸位置的自整角機(jī)信號(hào)接收轉(zhuǎn)換模塊；命令輸出（D/A）以及開(kāi)關(guān)量I/O。

    2.1 電機(jī)軸位置的檢測(cè)電路

    電機(jī)軸位置的檢測(cè)選用與電機(jī)軸同軸的增量式碼盤作傳感器。增量式碼盤體積小、精度高且易于安裝。如瑞士生產(chǎn)的一種碼盤，外觀尺寸是 Φ44mm，厚度僅22mm，而精度最高可達(dá)9000 脈沖／轉(zhuǎn)。本系統(tǒng)選用的是FANUC公司生產(chǎn)的電機(jī)配套碼盤，2000脈沖／轉(zhuǎn)。負(fù)載軸位置的檢測(cè)選用自整角機(jī)，采用粗精組合技術(shù)也可達(dá)相當(dāng)高的精度。本系統(tǒng)中的精度最高可達(dá)19位的分辨率，實(shí)際只用了16位。

    電機(jī)軸位置檢測(cè)相關(guān)電路框圖如圖2所示。

    碼盤計(jì)數(shù)器選用74LS193二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)組成。193具有加減計(jì)數(shù)控制端、清零端、置數(shù)控制端，正好滿足電路的需要。增量式碼盤產(chǎn)生的A、B、Z三相信號(hào)經(jīng)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)變換成三組差動(dòng)信號(hào)送至長(zhǎng)線接收電路。其中A、B脈沖信號(hào)相位相差90度，用于判向和計(jì)數(shù)；Z脈沖信號(hào)電機(jī)軸每轉(zhuǎn)一圈一個(gè)用于清零（測(cè)間隙不用，與清零電路配合用于伺服系統(tǒng)歸零位）。這里的長(zhǎng)線接收器選用AM26ls32。

    判向電路組成如圖３所示。

    具體的判向過(guò)程如圖4所示。

    由圖４可以看出，碼盤輸出的脈沖經(jīng)方向判別電路被分解為cp+、cp-兩路脈沖，正轉(zhuǎn)cp+脈沖，cp-為高電平，反轉(zhuǎn)則相反。

    數(shù)據(jù)鎖存選用74LS374，緩沖用245。由于碼盤的脈沖是隨時(shí)產(chǎn)生的，為避免CPU在計(jì)數(shù)期間來(lái)讀數(shù)，需要把CP+、CP-引入鎖存電路，具體電路示于圖5。

    這里我們利用cp+、cp-脈沖的前沿鎖存數(shù)據(jù)，而計(jì)數(shù)利用的是cp+、cp-的后沿，故鎖存的數(shù)據(jù)是可靠的。同時(shí)CPU讀取的是鎖存后的數(shù)據(jù)，這就解決了兩者的同步問(wèn)題。應(yīng)注意的是，由于把讀信號(hào)引入產(chǎn)生鎖存信號(hào)的與門，這可能引起A/D轉(zhuǎn)換一個(gè)碼的誤差。一般這也是符合A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)精度要求的。

    2.2 負(fù)載軸位置的檢測(cè)電路