專利名稱：增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及伺服驅(qū)動(dòng)器控制領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
增量編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換為一連串?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式傳感器。這些脈沖用來控制角位移，如果編碼器與齒輪齒條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可以用來測(cè)量直線位移。這些傳感器主要應(yīng)用于機(jī)床、機(jī)器人、電機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制裝置。在伺服驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用中，上位機(jī)為獲得驅(qū)動(dòng)器位置反饋需要伺服驅(qū)動(dòng)器提供編碼器的脈沖反饋信號(hào)。在伺服驅(qū)動(dòng)器采用增量式編碼器作為位置反饋單元時(shí)，現(xiàn)有的增量編碼器脈沖分頻輸出算法向上位機(jī)反饋的脈沖信號(hào)最大分辨率為編碼器本身的分辨率。當(dāng)上位機(jī)需要大于編碼器本身的分辨率時(shí)，現(xiàn)有的增量編碼器的分頻輸出方案難以滿足該需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)上述增量編碼器分辨率有限的問題，提供一種增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)及方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)，用于將所述增量編碼器的輸出分辨率做放大處理；其特征在于:包括第一計(jì)數(shù)器、偏差計(jì)算單元、脈沖周期計(jì)算單元、第二計(jì)數(shù)器以及脈沖輸出單元；所述第一計(jì)數(shù)器，用于以時(shí)間T為周期對(duì)增量編碼器輸出的A、B相方波進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得計(jì)數(shù)值，該第一計(jì)數(shù)器在A和B相方波的每一上升沿及下降沿 計(jì)數(shù)一次；所述偏差計(jì)算單元，用于將所述計(jì)數(shù)值進(jìn)行放大獲得放大計(jì)數(shù)值，并將當(dāng)前放大計(jì)數(shù)值與前一放大計(jì)數(shù)值之差乘以設(shè)定系數(shù)獲得放大位置偏差；所述脈沖周期計(jì)算單元，用于將所述放大位置偏差的高位數(shù)作為輸出脈沖數(shù)pl，并根據(jù)所述輸出脈沖數(shù)計(jì)算脈沖周期tl，所述tl = T^pl ;所述第二計(jì)數(shù)器，用于以脈沖周期tl輸出控制信號(hào)；所述脈沖輸出單元，用于根據(jù)所述放大位置偏差的正負(fù)確定輸出脈沖的相位關(guān)系，并根據(jù)第二計(jì)數(shù)器的控制信號(hào)輸出脈沖信號(hào)。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)中，所述第二計(jì)數(shù)器采用2位格雷碼計(jì)數(shù)器。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)中，所述偏差計(jì)算單元包括放大計(jì)數(shù)值計(jì)算子單元，用于通過將計(jì)數(shù)值乘以放大倍數(shù)獲得放大計(jì)數(shù)值，所述放大計(jì)數(shù)值大于編碼器的原分辨率且為2n，其中所述η為正整數(shù)。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)中，所述偏差計(jì)算單元包括第一放大位置偏差計(jì)算子單元，用于通過將位置偏差乘以放大系數(shù)獲得放大位置偏差，所述放大系數(shù)為放大后的編碼器分辨率和增量編碼器每一圈需要輸出脈沖數(shù)的公約數(shù)。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)中，所述偏差計(jì)算單元包括第二放大位置偏差計(jì)算子單元，用于將上次放大位置偏差的低位數(shù)與本次放大位置偏差之和作為放大位置偏差。本發(fā)明還提供一種增量編碼器信號(hào)處理方法，包括以下步驟:步驟(a)，使用第一計(jì)數(shù)器以時(shí)間T為周期對(duì)增量編碼器輸出的A、B相方波進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得計(jì)數(shù)值并將所述計(jì)數(shù)值進(jìn)行放大獲得放大計(jì)數(shù)值，所述第一計(jì)數(shù)器在A和B相方波的每一上升沿及下降沿計(jì)數(shù)一次；步驟(b)，將當(dāng)前放大計(jì)數(shù)值與前一放大計(jì)數(shù)值之差乘以設(shè)定系數(shù)獲得放大位置
偏差;步驟(C)，將所述放大位置偏差的高位數(shù)作為輸出脈沖數(shù)pl，并根據(jù)所述輸出脈沖數(shù)計(jì)算脈沖周期tl,所述tl = T + pl ；步驟(d)，根據(jù)所述放大位置偏差的正負(fù)確定輸出脈沖的相位關(guān)系，并使用第二計(jì)數(shù)器根據(jù)脈沖周期tl輸出脈沖信號(hào)。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理方法中，所述第二計(jì)數(shù)器采用2位格雷碼計(jì)數(shù)器。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理方法中，所述步驟(b)之后還包括:將上次放大位置偏差的低位數(shù)與本次放大位置偏差之和作為放大位置偏差。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理方法中，所述放大計(jì)數(shù)值大于編碼器的原分辨率且為2n，其中所述η為正整數(shù)，所述放大計(jì)數(shù)值通過將計(jì)數(shù)值乘以放大倍數(shù)獲得。在本發(fā)明所述的增量編碼器信號(hào)處理方法中，所述放大位置偏差通過將位置偏差乘以放大系數(shù)獲得，所述放大系數(shù)為放大后的編碼器分辨率和增量編碼器每一圈需要輸出脈沖數(shù)的公約數(shù)。本發(fā)明的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)及方法，根據(jù)增量編碼器的Α、B相輸出信號(hào)，生成分辨率更高的脈沖信號(hào)，使得驅(qū)動(dòng)器可以輸出大于增量編碼器本身分辨率的最大值的正交脈沖。


圖1是本發(fā)明增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖。圖2是圖1中偏差計(jì)算單元實(shí)施例的示意圖。圖3是本發(fā)明增量編碼器信號(hào)處理方法實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖1所示，是本發(fā)明增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)施例的示意圖，該系統(tǒng)用于將所述增量編碼器的輸出分辨率做放大處理，以使驅(qū)動(dòng)器可輸出分辨率大于增量編碼器本身。在本實(shí)施例中，增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)包括第一計(jì)數(shù)器11、偏差計(jì)算單元12、脈沖周期計(jì)算單元13、第二計(jì)數(shù)器14以及脈沖輸出單元15。上述第一計(jì)數(shù)器11、偏差計(jì)算單元12、脈沖周期計(jì)算單元13、第二計(jì)數(shù)器14以及脈沖輸出單元15可集成到一個(gè)信號(hào)處理芯片，該信號(hào)處理芯片直接連接到增量編碼器的信號(hào)輸出端?；蛘呱鲜龅谝挥?jì)數(shù)器11、偏差計(jì)算單元12、脈沖周期計(jì)算單元13、第二計(jì)數(shù)器14以及脈沖輸出單元15也可采用多個(gè)芯片和/或電路實(shí)現(xiàn)。第一計(jì)數(shù)器11用于以時(shí)間T為周期對(duì)增量編碼器輸出的A、B相方波進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得計(jì)數(shù)值，該第一計(jì)數(shù)器11具有一個(gè)初始值并在A和B相方波的每一上升沿及下降沿計(jì)數(shù)一次。上述時(shí)間T可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用設(shè)定，例如IOOms等。上述第一計(jì)數(shù)器11的初始值由接入電機(jī)的U、V、W信號(hào)確定，且該第一計(jì)數(shù)器11在計(jì)數(shù)時(shí)根據(jù)A、B相方波的相位關(guān)系確定采用加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)。例如當(dāng)A相方波超前B相方波時(shí)，第一計(jì)數(shù)器11采用加計(jì)數(shù)，即在每一上升沿及下降沿分別加I ;當(dāng)々相方波落后B相方波時(shí)，第一計(jì)數(shù)器11采用減計(jì)數(shù)，即在每一上升沿及下降沿分別減I。偏差計(jì)算單元12用于將第一計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)值進(jìn)行放大以獲得放大計(jì)數(shù)值，并將當(dāng)前放大計(jì)數(shù)值與前一放大計(jì)數(shù)值(即前一周期T內(nèi)的計(jì)數(shù)值以同樣方式放大后的值)之差乘以設(shè)定系數(shù)獲得放大位置偏差。脈沖周期計(jì)算單元13用于將偏差計(jì)算單元12獲得的放大位置偏差的高位數(shù)作為輸出脈沖數(shù)pl，并根據(jù)所述輸出脈沖數(shù)計(jì)算脈沖周期tl，該tl = T + pl (T為第一計(jì)數(shù)器11的計(jì)數(shù)周期)。在本實(shí)施例中，放大位置偏差(二進(jìn)制值)的高位是指放大位置偏差除以2n(該2n等于放大計(jì)數(shù)值，由增量編碼器原分辨率乘以放大倍數(shù)放大得到)所得的商；放大位置偏差的低位是指放大位置偏差除以2n所得的余數(shù)。第二計(jì)數(shù)器14用于以脈沖周期tl輸出控制信號(hào)。脈沖輸出單元15根據(jù)偏差計(jì)算單元12計(jì)算獲得的放大位置偏差的正負(fù)確定輸出脈沖的相位關(guān)系(例如放大位置偏差為正時(shí)，A相方波超前B相方波90° ;放大位置偏差為負(fù)時(shí)，B相方波超前A相方波90° )，并根據(jù)第二計(jì)數(shù)器14的控制信號(hào)輸出脈沖信號(hào)。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，上述第二計(jì)數(shù)器14可采用2位格雷碼計(jì)數(shù)器。由于分頻輸出的兩路脈沖要求是正交的，2位格雷碼計(jì)數(shù)器由00-01-11-10-00循環(huán)計(jì)數(shù)，這樣bito和bitl的輸出剛好正交。如圖2所示，上述的偏差計(jì)算單元12包括放大計(jì)數(shù)值計(jì)算子單元121、位置偏差計(jì)算子單元122、第一放大位置偏差計(jì)算子單元122以及第二放大位置偏差計(jì)算子單元123。放大計(jì)數(shù)值計(jì)算子單元121用于對(duì)第一計(jì)數(shù)器11的技術(shù)值進(jìn)行放大處理。具體地，放大計(jì)數(shù)值計(jì)算子單元121通過將計(jì)數(shù)值乘以放大倍數(shù)獲得放大計(jì)數(shù)值a2，并且放大計(jì)數(shù)值大于設(shè)定的分辨率且為2n，其中η為正整數(shù)。例如當(dāng)增量編碼器的分辨率是2500 (四倍頻后的分辨率是O 10000)，則可將計(jì)數(shù)值乘以一個(gè)系數(shù)放大到O 65535或更大。位置偏差計(jì)算子單元122將根據(jù)本周期T計(jì)算獲得的放大計(jì)數(shù)值a2與根據(jù)上一周期T計(jì)算獲得的放大計(jì)數(shù)值al比較，即位置偏差A(yù)x = a2_al。第一放大位置偏差計(jì)算子單元123用于通過將位置偏差乘以放大系數(shù)獲得放大位置偏差ΛΧ= Λ x*b，其中放大系數(shù)b為放大后的分辨率和增量編碼器每一圈需要輸出脈沖數(shù)(即放大后的脈沖數(shù))的公約數(shù)。第二放大位置偏差計(jì)算子單元124用于將上次放大位置偏差的低位數(shù)與本次放大位置偏差之和作為放大位置偏差。
此外，上述增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)以增量編碼器的Z信號(hào)作為系統(tǒng)的Z信號(hào)直接輸出。如圖3所示，是本發(fā)明增量編碼器信號(hào)處理方法實(shí)施例的流程圖。該方法用于將所述增量編碼器的輸出分辨率做放大處理，以使驅(qū)動(dòng)器可輸出分辨率大于增量編碼器本身，并包括以下步驟:步驟S31:使用第一計(jì)數(shù)器以時(shí)間T為周期對(duì)增量編碼器輸出的A、B相方波進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得計(jì)數(shù)值并將所述計(jì)數(shù)值進(jìn)行放大獲得放大計(jì)數(shù)值，所述第一計(jì)數(shù)器在A和B相方波的每一上升沿及下降沿計(jì)數(shù)一次。在該步驟中，放大計(jì)數(shù)值通過將計(jì)數(shù)值乘以放大倍數(shù)獲得，并且該放大計(jì)數(shù)值大于編碼器的原分辨率且為2n，其中η為正整數(shù)。步驟S32:將當(dāng)前放大計(jì)數(shù)值與前一放大計(jì)數(shù)值之差乘以設(shè)定系數(shù)獲得放大位置偏差。放大位置偏差通過將位置偏差(即當(dāng)前放大計(jì)數(shù)值與前一放大計(jì)數(shù)值之差)乘以放大系數(shù)獲得，該放大系數(shù)為放大后的編碼器分辨率和增量編碼器每一圈需要輸出脈沖數(shù)的公約數(shù)。步驟S33:將所述放大位置偏差的高位數(shù)作為輸出脈沖數(shù)pl，并根據(jù)所述輸出脈沖數(shù)Pl計(jì)算脈沖周期tl = T + pl。步驟S34:根據(jù)步驟S32中的放大位置偏差的正負(fù)確定輸出脈沖的相位關(guān)系(例如放大位置偏差為正時(shí)，A相方波超前B相方波90° ;放大位置偏差為負(fù)時(shí),B相方波超前A相方波90° )，并使用第二計(jì)數(shù)器根據(jù)脈沖周期tl輸出脈沖信號(hào)。由于分頻輸出的兩路脈沖要求是正交的，因此第二計(jì)數(shù)器可采用2位格雷碼計(jì)數(shù)器由00-01-11-10-00循環(huán)計(jì)數(shù)，這樣bitO和bitl的輸出剛好正交。上述第二計(jì)數(shù)器采用2位格雷碼計(jì)數(shù)器。在上述的增量編碼器信號(hào)處理方法中，所述步驟S32之后還包括:將上次放大位置偏差的低位數(shù)與本次放大位置偏差之和作為放大位置偏差。上次放大位置偏差的低位是指上次放大位置偏差除以目標(biāo)分辨率所得的余數(shù)。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)，用于將所述增量編碼器的輸出分辨率做放大處理；其特征在于:包括第一計(jì)數(shù)器、偏差計(jì)算單元、脈沖周期計(jì)算單元、第二計(jì)數(shù)器以及脈沖輸出單元；所述第一計(jì)數(shù)器，用于以時(shí)間T為周期對(duì)增量編碼器輸出的A、B相方波進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得計(jì)數(shù)值，該第一計(jì)數(shù)器在A和B相方波的每一上升沿及下降沿計(jì)數(shù)一次；所述偏差計(jì)算單元，用于將所述計(jì)數(shù)值進(jìn)行放大獲得放大計(jì)數(shù)值，并將當(dāng)前放大計(jì)數(shù)值與前一放大計(jì)數(shù)值之差乘以設(shè)定系數(shù)獲得放大位置偏差；所述脈沖周期計(jì)算單元，用于將所述放大位置偏差的高位數(shù)作為輸出脈沖數(shù)pl，并根據(jù)所述輸出脈沖數(shù)計(jì)算脈沖周期tl，所述tl = T^pl ；所述第二計(jì)數(shù)器，用于以脈沖周期tl輸出控制信號(hào)；所述脈沖輸出單元，用于根據(jù)所述放大位置偏差的正負(fù)確定輸出脈沖的相位關(guān)系，并根據(jù)第二計(jì)數(shù)器的控制信號(hào)輸出脈沖信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于:所述第二計(jì)數(shù)器采用2位格雷碼計(jì)數(shù)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于:所述偏差計(jì)算單元包括放大計(jì)數(shù)值計(jì)算子單元，用于通過將計(jì)數(shù)值乘以放大倍數(shù)獲得放大計(jì)數(shù)值，所述放大計(jì)數(shù)值大于編碼器的原分辨率且為2n，其中所述η為正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于:所述偏差計(jì)算單元包括第一放大位置偏差計(jì)算子單元，用于通過將位置偏差乘以放大系數(shù)獲得放大位置偏差，所述放大系數(shù)為放大后的分辨率和增量編碼器每一圈需要輸出脈沖數(shù)的公約數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)，其特征在于:所述偏差計(jì)算單元包括第二放大位置偏差計(jì)算子單元，用于將上次放大位置偏差的低位數(shù)與本次放大位置偏差之和作為放大位置偏差。
6.一種增量編碼器信號(hào)處理方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟(a)，使用第一計(jì)數(shù)器以時(shí)間T為周期對(duì)增量編碼器輸出的A、B相方波進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得計(jì)數(shù)值并將所述計(jì)數(shù)值進(jìn)行放大獲得放大計(jì)數(shù)值，所述第一計(jì)數(shù)器在A和B相方波的每一上升沿及下降沿計(jì)數(shù)一次； 步驟(b)，將當(dāng)前放大計(jì)數(shù)值與前一放大計(jì)數(shù)值之差乘以設(shè)定系數(shù)獲得放大位置偏差; 步驟(c)，將所述放大位置偏差的高位數(shù)作為輸出脈沖數(shù)pl，并根據(jù)所述輸出脈沖數(shù)pl計(jì)算脈沖周期tl,所述tl = T + pl ； 步驟(d)，根據(jù)所述放大位置偏差的正負(fù)確定輸出脈沖的相位關(guān)系，并使用第二計(jì)數(shù)器根據(jù)脈沖周期tl輸出脈沖信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增量編碼器信號(hào)處理方法，其特征在于:所述第二計(jì)數(shù)器采用2位格雷碼計(jì)數(shù)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增量編碼器信號(hào)處理方法，其特征在于:所述步驟(b)之后還包括:將上次放大位置偏差的低位數(shù)與本次放大位置偏差之和作為放大位置偏差。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增量編碼器信號(hào)處理方法，其特征在于:所述放大計(jì)數(shù)值大于編碼器的原分辨率且為2n，其中所述η為正整數(shù)，所述放大計(jì)數(shù)值通過將計(jì)數(shù)值乘以放大倍數(shù)獲得。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增量編碼器信號(hào)處理方法， 其特征在于:所述放大位置偏差通過將位置偏差乘以放大系數(shù)獲得，所述放大系數(shù)為放大后的分辨率和增量編碼器每一圈需要輸出脈沖數(shù)的公約數(shù) 。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種增量編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)，用于將所述增量編碼器的輸出分辨率做放大處理；包括第一計(jì)數(shù)器、偏差計(jì)算單元、脈沖周期計(jì)算單元、第二計(jì)數(shù)器以及脈沖輸出單元。本發(fā)明還提供了一種對(duì)應(yīng)的方法。本發(fā)明根據(jù)增量編碼器的A、B相輸出信號(hào)，生成分辨率更高的脈沖信號(hào)，使得驅(qū)動(dòng)器可以輸出大于增量編碼器本身分辨率的最大值的正交脈沖。
文檔編號(hào)G01D5/244GK103185603SQ201110450939
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者馬元浩 申請(qǐng)人:蘇州匯川技術(shù)有限公司, 深圳市匯川技術(shù)股份有限公司