專利名稱：正余弦編碼器的信號細(xì)分方法及細(xì)分裝置、電機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正余弦編碼，尤其是涉及一種正余弦編碼器的信號細(xì)分方法及裝置。背景技術(shù)：
高速、高精是電機(jī)控制的發(fā)展方向，而快速獲取高精度的電流、速度信號是保證高速、高精電機(jī)控制的關(guān)鍵手段。編碼器是電機(jī)控制中最常用的速度反饋裝置，編碼器反饋信號的精度很大程度上決定了電機(jī)控制的速度響應(yīng)和精度。常用的編碼器有脈沖型增量式編碼器、正余弦編碼器和串行通信編碼器。正余弦編碼器是一種輸出正余弦模擬信號的編碼器，其物理刻線分辨率一般和脈沖型增量式編碼器相當(dāng)，輸出信號為正余弦模擬信號。由于正余弦信號的頻譜較為單一，在長距離傳輸中相對于脈沖信號衰減小，因此較脈沖信號更適合長距離傳輸。變頻器對于正余弦編碼器信號的處理方法一般有以下幾種。用硬件滯環(huán)電路將正余弦信號整形成脈沖信號，即將一個周期的正弦信號整形成一個周期方波信號，得到2路正交的方波信號，送入DSP(數(shù)字信號處理器)的QEP模塊(正交解碼模塊)，得到速度信號。這種方法處理電路簡單，但是并沒能提高分辨率，如IOM線的正余弦編碼器得到對應(yīng)的還是IOM個方波脈沖。為提高編碼器的分辨率，需要將正余弦信號進(jìn)行細(xì)分，從而實現(xiàn)高速、高精控制。 正余弦信號的細(xì)分方法可以分為硬件細(xì)分法和軟件細(xì)分法。硬件細(xì)分法用比較器電路實現(xiàn)細(xì)分，硬件細(xì)分法存在電路復(fù)雜、電路成本高、靈活性不夠等缺點(diǎn)；軟件細(xì)分法一般采用DSP或者M(jìn)CU，將正余弦信號進(jìn)行AD采樣，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后按照幅值或者相位進(jìn)行查表細(xì)分，用DSP或者M(jìn)CU進(jìn)行細(xì)分，受處理速度限制仍然不能實現(xiàn)高速、可靠的細(xì)分。隨著FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯陳列)的興起，可以用軟件的方法實現(xiàn)數(shù)字電路的設(shè)計，因此也出現(xiàn)了用FPGA進(jìn)行細(xì)分的方法，細(xì)分方法和用DSP或者M(jìn)CU (微處理器)基本一致，一般采用按照幅值或者相位查表進(jìn)行細(xì)分，由于FPGA具有很快的運(yùn)行速度、很強(qiáng)的脈沖處理能力較DSP或者M(jìn)CU細(xì)分具有一定的優(yōu)勢。按幅值細(xì)分的問題主要是隨著頻率提高或者距離增加，模擬量信號的幅值會有一定的衰減，會導(dǎo)致細(xì)分的不準(zhǔn)確，為提高細(xì)分的準(zhǔn)確性，必須實時監(jiān)測模擬量的幅值并調(diào)整細(xì)分表的值，這樣會大大增加細(xì)分的復(fù)雜程度。按相位進(jìn)行細(xì)分的方法，也存在細(xì)分區(qū)間交接處出現(xiàn)毛刺，造成細(xì)分波形異常、畸變等問題，為提高細(xì)分的準(zhǔn)確性，必須采用一定的誤差修正手段，這些手段大多方法復(fù)雜、實現(xiàn)困難。

發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種提高細(xì)分的準(zhǔn)確性和可靠性，且相對簡單的正余弦編碼器的信號細(xì)分方法。一種正余弦編碼器的信號細(xì)分方法，包括以下步驟對正余弦模擬信號的兩路相位相差90度的輸出信號采樣，分別得到正余弦信號的采樣值A(chǔ)和B ；根據(jù)所述采樣值A(chǔ)和B 判斷角度θ所在的象限，具體為Α > 0、Β > 0時在第一象限；A > 0、Β < 0時在第二象限； A < 0、Β < 0時在第三象限；A < 0、Β > 0時在第四象限；根據(jù)正切函數(shù)和細(xì)分倍數(shù)將正余弦信號進(jìn)行細(xì)分，并且在細(xì)分點(diǎn)設(shè)置滯環(huán)區(qū)間，在0 45度范圍內(nèi)記錄各個細(xì)分點(diǎn)對應(yīng)的輸出值得到細(xì)分表，且使在滯環(huán)區(qū)間內(nèi)輸出值維持不變，所述正切函數(shù)的值u由下式?jīng)Q定
權(quán)利要求
1.一種正余弦編碼器的信號細(xì)分方法，其特征在于，包括以下步驟對正余弦模擬信號的兩路相位相差90度的輸出信號采樣，分別得到正余弦信號的采樣值A(chǔ)禾口 B ；根據(jù)所述采樣值A(chǔ)和B判斷角度θ所在的象限，具體為Α > 0、Β > 0時在第一象限； A > 0、Β < 0時在第二象限；A < 0、Β < 0時在第三象限；A < 0、Β > 0時在第四象限；根據(jù)正切函數(shù)和細(xì)分倍數(shù)將正余弦信號進(jìn)行細(xì)分，并且在細(xì)分點(diǎn)設(shè)置滯環(huán)區(qū)間，在 0 45度范圍內(nèi)記錄各個細(xì)分點(diǎn)對應(yīng)的輸出值得到細(xì)分表，且使在滯環(huán)區(qū)間內(nèi)輸出值維持不變，所述正切函數(shù)的值u由下式?jīng)Q定I S，1種1 u 1 g，圖5根據(jù)角度θ所在的象限、采樣值的絕對值的相對大小以及u值查找細(xì)分表輸出0、1值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正余弦編碼器的信號細(xì)分方法，其特征在于，還包括對采樣值進(jìn)行權(quán)值濾波的步驟，濾波后值Y由上一次濾波后值Y’、濾波前值X以及各自的權(quán)值系數(shù) a、b 決定Y = a*Y' +b*X。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正余弦編碼器的信號細(xì)分方法，其特征在于，還包括在細(xì)分點(diǎn)設(shè)置滯環(huán)區(qū)間，當(dāng)正切函數(shù)的值u在滯環(huán)區(qū)間內(nèi)時輸出電平不變化，滯環(huán)區(qū)間寬度2 ε根據(jù)細(xì)分倍數(shù)M以及預(yù)期的脈沖寬度誤差來設(shè)定，計算公式如下0 360° * 0/2ε =-*χ%。Μ*2
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正余弦編碼器的信號細(xì)分方法，其特征在于，還包括根據(jù)理想情況下落在一個電平區(qū)間的AD采樣個數(shù)d以及預(yù)期的脈沖寬度誤差來設(shè)定濾波次數(shù) N的步驟，假設(shè)正余弦編碼器的線數(shù)為P，AD采樣頻率為Kc，細(xì)分倍數(shù)為M,電機(jī)轉(zhuǎn)速為η轉(zhuǎn)每分鐘，則理想情況下落在一個電平區(qū)間的AD采樣個數(shù)d根據(jù)下式計算則濾波次數(shù)N設(shè)定為不大于d*x%的整數(shù)；當(dāng)采樣值進(jìn)入新的細(xì)分區(qū)間時，開始進(jìn)行計數(shù)，每采樣一次，計數(shù)值加1，若計數(shù)次數(shù)小于設(shè)定的濾波次數(shù)，則保持原來輸出電平；計數(shù)次數(shù)大于等于設(shè)定的濾波次數(shù)則查細(xì)分表輸出電平；采樣值離開此細(xì)分區(qū)間時，將此計數(shù)值清零。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正余弦編碼器的信號細(xì)分方法，其特征在于，還采用高頻脈沖對輸出的方波信號進(jìn)行高頻采樣濾波，在設(shè)定的采樣次數(shù)內(nèi)，采樣的電平中，若高電平的次數(shù)多于低電平的次數(shù)，則方波信號輸出高電平，若低電平的次數(shù)多于高電平的次數(shù)，則方波信號輸出低電平。
6.一種正余弦編碼器的信號細(xì)分裝置，其特征在于，包括AD采樣接口模塊，用于接收外部AD采樣所得到的正余弦信號對應(yīng)的采樣值A(chǔ)和B ；細(xì)分模塊，根據(jù)所述采樣值A(chǔ)和B判斷角度θ所在的象限，具體為Α>0、Β>0時在第一象限；A < 0、B > 0時在第二象限；A < 0、B < 0時在第三象限；A > 0、B < 0時在第四象限；根據(jù)細(xì)分倍數(shù)將正余弦信號進(jìn)行細(xì)分，并且在細(xì)分點(diǎn)設(shè)置滯環(huán)區(qū)間；在0-45度范圍內(nèi)記錄各個細(xì)分點(diǎn)對應(yīng)的輸出值，且使在滯環(huán)區(qū)間內(nèi)輸出值維持不變；根據(jù)角度θ所在的象限、采樣值的絕對值的相對大小以及正切值查表輸出0、1值；時鐘模塊，用于為各模塊提供各自的工作時鐘及同步信號；高頻采樣濾波模塊，采用高頻脈沖對輸出的方波信號進(jìn)行高頻采樣濾波，在設(shè)定的采樣次數(shù)內(nèi)，若采樣的電平中，若高電平的次數(shù)多于低電平的次數(shù)，則方波信號輸出高電平， 若低電平的次數(shù)多于高電平的次數(shù)，則方波信號輸出低電平。
7.如權(quán)利要求6所述的正余弦編碼器的信號細(xì)分裝置，其特征在于，還包括對采樣值進(jìn)行權(quán)值濾波的權(quán)值濾波模塊，濾波后值Y由上一次濾波后值Y’、濾波前值X以及各自的權(quán)值系數(shù)a、b決定Y = a*Y' +b*X。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正余弦編碼器的信號細(xì)分裝置，其特征在于，還包括在細(xì)分點(diǎn)設(shè)置滯環(huán)區(qū)間，當(dāng)正切值在滯環(huán)區(qū)間內(nèi)時輸出電平不變化，滯環(huán)區(qū)間寬度2 ε根據(jù)細(xì)分倍數(shù)M以及預(yù)期的脈沖寬度誤差來設(shè)定，計算公式如下
9.如權(quán)利要求6所述的正余弦編碼器的信號細(xì)分裝置，其特征在于，所述細(xì)分模塊還用于根據(jù)理想情況下落在一個電平區(qū)間的AD采樣個數(shù)d以及預(yù)期的脈沖寬度誤差來設(shè)定濾波次數(shù)N，假設(shè)正余弦編碼器的線數(shù)為P，AD采樣頻率為Kc，細(xì)分倍數(shù)為M,電機(jī)轉(zhuǎn)速為 η轉(zhuǎn)每分鐘，則理想情況下落在一個電平區(qū)間的AD采樣個數(shù)d根據(jù)下式計算
10.一種電機(jī)控制裝置，其特征在于，包括依次連接的用于對正余弦信號采樣的AD采樣電路、權(quán)利要求6-9任一項所述的根據(jù)采樣值對正余弦信號進(jìn)行細(xì)分的細(xì)分裝置以及與細(xì)分裝置通信連接的數(shù)字信號處理電路。
11.如權(quán)利要求10所述的電機(jī)控制裝置，其特征在于，所述細(xì)分模塊為多個，且具有不同倍數(shù)的細(xì)分能力，所述電機(jī)控制裝置還包括細(xì)分倍數(shù)選擇模塊，所述細(xì)分倍數(shù)選擇模塊與數(shù)字信號處理電路連接，接收數(shù)字信號處理電路發(fā)出的細(xì)分倍數(shù)信息，并根據(jù)所述細(xì)分倍數(shù)信息選擇相應(yīng)的細(xì)分模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開一種正余弦編碼器的信號細(xì)分方法，包括以下步驟對正余弦模擬信號的兩路相位相差90度的輸出信號采樣，分別得到正余弦信號的采樣值A(chǔ)和B；根據(jù)所述采樣值A(chǔ)和B判斷角度θ所在的象限，具體為A＞0、B＞0時在第一象限；A＞0、B＜0時在第二象限；A＜0、B＜0時在第三象限；A＜0、B＞0時在第四象限；根據(jù)細(xì)分倍數(shù)將正余弦信號進(jìn)行細(xì)分，并且在細(xì)分點(diǎn)設(shè)置滯環(huán)區(qū)間，在0～45度范圍內(nèi)記錄各個細(xì)分點(diǎn)對應(yīng)的輸出值，且使在滯環(huán)區(qū)間內(nèi)輸出值維持不變；根據(jù)角度θ所在的象限、采樣值的絕對值的相對大小以及正切值查表輸出0、1值。
文檔編號H02P8/22GK102270961SQ20111020395
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者張寧, 王國鋒, 鄭偉, 鐘玉濤 申請人:深圳市海浦蒙特科技有限公司