定位控制系統的抗干擾分析

分類：研討培訓日期：2010-04-03 10:30:31 來源：樂創自動化技術有限公司

摘要：本文闡述了在定位控制系統中所遇到的干擾現象，探討了干擾產生的原因，提出了相關抗干擾的措施。

關鍵詞：定位控制；干擾；抗干擾。

Abstract: In this text the disturbance phenomena that we often come across in the position control system are expatiated, the causation resulted by disturbance is discussed and measure about anti-jamming is put forward.

Key words: position control; disturbance; anti-jamming.

一、引言

隨著計算機電子電力和傳感器技術的發展，我國的機電一體化水平也越來越高，機床、汽車、儀表、家用電器、輕工機械、紡織機械、包裝機械、印刷機械、冶金機械、化工機械以及工業機器人、智能機器人等許多門類產品每年都有新發展。因此，機電一體化技術已越來越受到各方面的關注，它在改善人民生活、提高工作效率、節約能源、降低材料消耗、增強企業競爭力等方面起著極大的作用。

目前，很多的自動化設備對定位的要求越來越嚴格，定位控制技術作為機電一體化系統的核心部分，其可靠性和穩定性直接影響設備的性能，影響其可靠性和穩定性的主要因素之一是抗干擾問題，如何有效地解決干擾問題是定位控制系統的設計中的一個不容忽視的課題。

二、定位控制系統的組成

一個完整的定位控制系統一般是由上位控制器、執行電機、機械傳動機構和位置檢測元件等組成，其結構框圖如下圖所示：

上位控制器將分析、計算所得出的運動命令以數字脈沖信號或模擬量的形式送到電機驅動器中，驅動器進行功率變換，并驅動電機根據上位控制指令轉動，同時，若執行機構為交流伺服系統，電機端部的光電編碼器或檢測直線軌跡的光柵（或磁柵尺）將檢測到的位置反饋到控制器或驅動器中，構成半閉環或全閉環控制。

三、干擾現象

在應用中，常會遇到以下幾種主要干擾現象：

1、控制系統未發指令時，電機無規則地轉動。

2、伺服電機在靜止狀態時，我們讀電機的實際位置時，由電機端部的光電編碼器反饋回的數值是亂跳的

3、伺服電機運行時，所讀取的編碼器的值與所發出指令值不吻合，且誤差值是隨機的，無規律的。

4、伺服電機運行時，所讀取的編碼器的值與所發出指令值的差值為一穩定的值或呈周期性變化。

5、使交流伺服系統共用同一電源的設備（如顯示器等）工作不正常。

四、干擾源分析

干擾進入定位控制系統的渠道主要有兩類：信號傳輸通道干擾，干擾通過與系統相聯的信號輸入通道、輸出通道進入；供電系統干擾。

信號傳輸通道是控制系統或驅動器接收反饋信號和發出控制信號的途徑，因為脈沖波在傳輸線上會出現延時、畸變、衰減與通道干擾，在傳輸過程中，長線的干擾是主要因素。

任何電源及輸電線路都存在內阻，正是這些內阻才引起了電源的噪聲干擾，如果沒有內阻，無論何種噪聲都會被電源短路吸收，在線路中不會建立起任何干擾電壓，此外，交流伺服系統驅動器本身也是較強的干擾源，它可以通過電源對其他設備進行干擾。

五、抗干擾的措施

1、供電系統的抗干擾設計

（1）實行電源分組供電，例如，將執行電機的驅動電源與控制電源分開，以防止設備間的干擾。

（2）采用噪聲濾波器也可以有效地抑制交流伺服驅動器對其他設備的干擾。該措施對以上幾種干擾現象都可以有效地抑制。

（3）采用隔離變壓器，考慮到高頻噪聲通過變壓器主要不是靠初次級線圈的互感耦合，而是靠初次級寄生電容耦合的，因此隔離變壓器的初次級之間均用屏蔽層隔離，減少其分布電容，以提高抗共模干擾能力。

2、信號傳輸通道的抗干擾設計

（1）光電耦合隔離措施

在長距離傳輸過程中，采用光電耦合器，可以將控制系統與輸入通道、輸出通道以及伺服驅動器的輸入、輸出通道切斷電路之間的聯系。如果在電路中不采用光電隔離，外部的尖峰干擾信號會進入系統或直接進入伺服驅動裝置，產生第一種干擾現象。

光電耦合的主要優點是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使信號傳輸過程中的信噪比大大提高。主要原因是：干擾噪聲雖然有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發光二極管是在電流狀態下工作，一般導通電流為10-15mA，所以即使有很高的大雅幅度的干擾，由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。

（2）雙絞屏蔽線長線傳輸

信號在傳輸過程中會受到電場、磁場和地阻抗等干擾因素的影響，采用接地屏蔽線可以減小電場的干擾。

雙絞線與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強，能使各個小環節的電磁感應干擾相互抵消。

另外，在長距離傳輸過程中，一般采用差分信號傳輸，提高抗干擾性能。采用雙絞屏蔽線長線傳輸可以有效地抑制第二、三、四種干擾現象的產生。

（3）接地

接地可以消除電流流經地線時所產生的噪聲電壓，除了要將伺服系統接大地外，信號屏蔽線也要接地，防止靜電感應和電磁干擾。如果沒有正確的接地，則可能會出現第二種干擾現象。

六、小結

抗干擾是一個非常復雜、實踐性很強的問題，一種干擾現象可能時由若干因素引起的。因此，在定位控制系統的設計中，我們不僅應預先采取抗干擾的措施，在調試過程中還應及時分析出遇到的現象，對系統的電路原理、具體布線、屏蔽、防護形式不斷改進，提高系統是可靠性和穩定性。

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