增量光电编码器故障诊断

增量光电编码器故障诊断

增量光电编码器具有分辨率高、精度高、设计简单等优点，是理想的速度传感器，广泛应用于现有大多数电机控制系统中电机的实时速度测量。增量光编码器的故障会引起严重的故障，一旦增量光编码器发生故障，所以反馈电机转速不正确，就会导致电机转速进一步升高，电机过热，甚至发生严重事故，烧毁电机或变频器。因此，增量光电编码器的故障诊断对于具有速度反馈的电机控制器尤为重要。本文考察了增量光编码器的故障诊断，实时检测增量光编码器的工作状态，从光编码器抽取两相方波脉冲信号AB输出，评估并指示增量光编码器是否失效，并在实验故障诊断平台上对本文提出的方法进行实验研究，  结果表明，本文提出的诊断算法简单，诊断精度高。

增量编码器的工作原理

增量光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测元件和转换电路组成，如图1所示。码盘上刻有等间距的径向透射狭缝，相邻的两个透光狭缝（A组和B组）之间刻有增量周期检测光栅，码盘的相应透光狭缝用于在光源和光电检测装置之间透射或阻挡光线。

当码盘随被测旋转轴旋转时，检测光栅不动，光线通过码盘和检测光栅上的缝隙照射到光电检测装置，光电检测装置输出两组电信号，相位差为90“的正弦波像电角， 并且电信号通过转换电路的信号处理发出方波，可以获得被测轴的旋转角度或速度信息。增量光电编码器的输出信号波形如图2所示

增量编码器故障分析

增量编码器是一种高精度仪器，往往由于机械装配的原因，导致码盘损坏或网格未对准，结果速度反馈信号有不同程度的偏差，严重时甚至会导致整个电机控制系统的故障，导致不必要的故障和损失。

理论上，未损坏的增量光电编码器通过组合光源（即光单元和光栅）输出连续占空比为50%的方波信号。如果光检测设备损坏，将输出不规则波形，如图3所示。

增量编码器故障诊断方法设计

光增量编码器输出的两相A和B信号的上升和下降方向数分别计算。由于在正常情况下增量光电编码器的分辨率为N，即每次电机旋转时，传感单元检测N个脉冲序列，每个脉冲序列包含1个上升和1个下降，因此传感单元最终检测到2N个电平变化。因此，发动机的总转数可以根据每单位时间内记录的水平变化总数（即上升和下降侧翼数的总和）来计算。然后计算光电编码器输出的两相A和B信号的上升度和下降度总数之间的差值。设光电编码器输出的A相信号的上升和下降治理总数NA，以及光电编码器输出的B相信号的上升和下降治理总数NBA，两相B信号的上升沿和下降沿总数之差为ON。

在光电编码器发生缺相的情况下，这里建议假设相位A故障，电机的总旋转圆NT可以从正常工作时B相信号的上升沿和下降槽总数计算出来。

上升沿与两相信号A和B的下降匝数总数之差是AN与电机总转数NT的比值，即相位信号A在电机一圈循环中不存在的电平变化次数。

普通光电编码器具有固有故障，两相A和B信号的上升沿和下降沿总数之间的差异应在正常条件下进行实验测量。最后，在实测统计结果的基础上，考虑到故障诊断系统的鲁棒性，可将光电编码器的最大允许故障值设置为6

如果电机一转周期内A相信号缺席的电平变化数小于光电编码器8的最大允许故障值，则光电编码器正常，反之亦然，光电编码器有缺陷。综上所述，光电编码器故障No>8（4）的评估条件

检测到光电编码器中的故障后，将设置一个错误标志，指示光电编码器的故障状态。

增量编码器实验研究

在故障诊断实验平台上，对本文提出的方法进行实验研究，选取增量光电编码器作为研究对象，码盘网格的分辨率为N = 1000。允许的最大故障值为 8 = 10。对于处于正常和故障状态的编码器，表1中的数据Ng=1.09<10和实验数据表1的表2表明光电编码器工作正常。 表2中的数据N=436.92>10表明光电编码器有缺陷。

本文提出的光电编码器检测装置故障诊断方法简单稳定，能够获得准确的诊断结果，具有实际的工业应用价值。

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