專利名稱：一種基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電梯系統(tǒng)中帶SinCos編碼器的同步馬達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉 及一種基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速度的方法。
背景技術(shù)：
在電梯系統(tǒng)當(dāng)中，為了保證電梯起動(dòng)的乘載品質(zhì)，一般會(huì)采用稱重裝置。稱重裝置 先預(yù)先感知轎廂(含負(fù)載)的重量，變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲知此信號(hào)后，在起動(dòng)松閘前預(yù)先進(jìn)行起 動(dòng)力矩補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)起動(dòng)。 一般的同步曳引機(jī)控制系統(tǒng)是通過UVW+AB編碼器或ABZ編 碼器這類脈沖型碼器獲取馬達(dá)的速度和位置。由于高精度的脈沖型編碼器價(jià)格十分昂貴， 因此，一般使用的脈沖型編碼器精度都不會(huì)太高，這樣在低速時(shí)就會(huì)出現(xiàn)很長時(shí)間都沒有 脈沖情況，也就無法獲知當(dāng)前的位置和速度信息，也就不可能對(duì)同步曳引機(jī)進(jìn)行有效地控 制。當(dāng)起動(dòng)力矩補(bǔ)償不準(zhǔn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的倒溜或沖出的現(xiàn)象，乘載品質(zhì)難以達(dá)到滿意的 效果。 還可以應(yīng)用一種SIN/COS編碼器。這種SIN/COS編碼器本質(zhì)上是旋轉(zhuǎn)變壓器，則 輸出正/余弦模擬信號(hào)，經(jīng)處理后送給主機(jī)。由于SinCos編碼器采用互相正交的正余弦信 號(hào)對(duì)一個(gè)PULSE進(jìn)行細(xì)分，因此能夠表征出更精確的位置信號(hào)，采用一定處理方式，無論低 速還是高速均能實(shí)時(shí)地獲知位置和速度信息，從而在電梯低速起動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出更好的控制性 能，達(dá)到不需要起動(dòng)補(bǔ)償也能達(dá)到很好的乘載品質(zhì)的效果，從而不需要精確稱重裝置，為電 梯節(jié)省大量成本。 基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速度的傳統(tǒng)方法之一是將SinCos編碼器的代表位 置的兩組正交的正余弦信號(hào)通過滯環(huán)電路轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)，這樣，SinCos編碼器就等效成 ABZ的編碼器，以后的處理方式也就與通過ABZ型編碼器處理方式一致。這樣的處理方式優(yōu) 點(diǎn)是處理起來比較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)就是沒有充分利用SinCos編碼器的一個(gè)PULSE內(nèi)的正余弦信 號(hào)進(jìn)行細(xì)分，不能得到精確地位置信號(hào)，也不能及時(shí)地獲取速度信息。 基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速度的傳統(tǒng)方法之二是將SinCos編碼器的代表位 置的兩組正交的正余弦信號(hào)通過簡(jiǎn)單地調(diào)理電路后送給MPU，由MPU電路對(duì)調(diào)理后的正余 弦信號(hào)進(jìn)行處理。這樣的方式可以精確地獲得位置信號(hào)，也可及時(shí)地獲取速度信息。缺點(diǎn) 是需要占用至少兩路AD采樣單元，同時(shí)需要對(duì)正余弦信號(hào)進(jìn)行處理后求反三角函數(shù)獲得 精確地角度位置，這種方式會(huì)占用MPU大量的計(jì)算時(shí)間，MPU的LOADING將會(huì)很重。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速 度的方法，是通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)的包括通過將SinCos編碼器的正余弦信號(hào)經(jīng)調(diào)理后送 入PG卡，由PG卡內(nèi)部AD采樣單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由MCU計(jì)算出其在一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的精 確位置、；還包括將正余弦信號(hào)經(jīng)滯環(huán)比較處理電路后變?yōu)锳—PULSE和B—PULSE信號(hào)送入 PG卡內(nèi)部的QEP單元，用于記錄編碼器所轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)N ;還包括將N和e r通過通訊傳送給MPU，由MPU經(jīng)過簡(jiǎn)單的計(jì)算即可獲得精確的位置和速度信息。 該方法使變頻器在同步馬達(dá)配SinCos編碼器的情況下完成驅(qū)動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn) 準(zhǔn)確地獲得位置和速度，從而在電梯低速起動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出更好的控制性能，達(dá)到不需要起動(dòng) 補(bǔ)償也能達(dá)到很好的乘載品質(zhì)的效果。從而讓電梯系統(tǒng)不再需要精確的稱重傳感器裝置， 極大地節(jié)省了電梯系統(tǒng)的成本。 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明涉及一種MPU(Micro Processor Unit，微處理器) 與SinCos編碼器PG卡通過通信獲取位置和速度的方法的技術(shù)方案。在SinCos編碼器PG 卡獲得位置信號(hào)后，通過通訊將位置信號(hào)傳送給MPU。 MPU再將得到的位置信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì) 算獲得位置信號(hào)及速度。這樣，將位置信號(hào)的復(fù)雜計(jì)算操用由SinCos編碼器PG卡來實(shí)現(xiàn)， 有效地有輕了 MPU的負(fù)擔(dān)。其具體過程通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟1 :SinCos編碼器PG卡首先將SinCos編碼器的代表位置的兩組正交的正余 弦信號(hào)通過滯環(huán)電路轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)進(jìn)入PG卡MCU的QEP單元，同時(shí)將正余弦信號(hào)A+， A-， B+， B-通過差分電路調(diào)理成正余弦信號(hào)A， B，進(jìn)入PG卡上的AD采樣單元。
步驟2 :PG卡上MCU QEP單元記錄當(dāng)前編碼器轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)N，而AD采樣 單元獲得正余弦信號(hào)，MCU再通過計(jì)算可以獲得當(dāng)前位置處于一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的相對(duì)位置 9 " 步驟3 :將PG卡MCU QEP單元獲得的脈沖數(shù)N，一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的相對(duì)位置e ^以 及采樣時(shí)刻信息T，以及這些數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值，通過PG卡上的通訊單元實(shí)時(shí)地傳送給上位機(jī)。 上位機(jī)即可通過這些信息，計(jì)算獲得當(dāng)前的位置信息和速度信息。 由于傳統(tǒng)的處理SinCos編碼器信號(hào)的方式為MPU直接處理。而本發(fā)明方法與傳 統(tǒng)方式相比具有如下特點(diǎn) (1)當(dāng)前位置處于一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的相對(duì)位置是通過計(jì)算得到的，這種計(jì)算涉及
到三角函數(shù)運(yùn)行，運(yùn)算量較大。放在PG卡進(jìn)行計(jì)算可有效地減輕MPU的負(fù)擔(dān)。 (2)由于與SinCos編碼器的接口要用到AD采樣和QEP單元，因此，可節(jié)省MPU的資源。 (3)由于傳送的數(shù)據(jù)較少，PG卡與MPU通訊的周期可以做到很小，MPU可實(shí)時(shí)地獲 得當(dāng)前的轉(zhuǎn)子的位置和速度。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。 圖1為SinCos編碼器產(chǎn)生的正余弦信號(hào)示意圖； 圖2為SinCos PG卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及與MPU及SIN/COS編碼器連接圖； 圖3為SinCos PG卡信號(hào)調(diào)理及滯環(huán)處理結(jié)果圖； 圖4為SinCos PG卡內(nèi)MCU的QEP單元工作原理圖； 圖5為計(jì)算一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)精確計(jì)算相對(duì)位置示意圖； 圖6為SinCos PG卡傳遞給MPU的數(shù)據(jù)格式示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)
4合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 如圖1所示為海德漢ERN1387 SinCos編碼器所產(chǎn)生的正余弦信號(hào)。A與X相位為 180度電角度。B與5相位差為180電角度。正余弦增量信號(hào)A和B的典型幅值為1Vpp，相 位差為90度，圖1所示的為B滯后A 90度電角度。ERN1387編碼器線數(shù)為2048線，意味著 編碼器旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生2048個(gè)電周期的A， X， B， 5信號(hào)。 圖2為SinCos編碼器通過PG卡與MPU連接圖。SinCos編碼器的A+，A_，B+，B_通 過PG Card內(nèi)的信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成A， B正余弦信號(hào)，A、 B正余弦信號(hào)通過PG Card內(nèi)的 MCU單元的AD采樣電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。通過計(jì)算，計(jì)算出當(dāng)前位置處于一個(gè)PULSE周期 內(nèi)相對(duì)位置、。另外，調(diào)理過后的A、B正余弦信號(hào)通過滯環(huán)比較單元，產(chǎn)生脈沖信號(hào)A— PULSE， B_PULSE，如圖3所示。然后A_PULSE、 B_PULSE信號(hào)進(jìn)入PG Card的QEP單元，用于 累計(jì)編碼器旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的PULSE數(shù)N。根據(jù)QEP所記錄的N值及當(dāng)前位置處于一個(gè)PULSE
周期內(nèi)的相對(duì)位置9r，即可精確地計(jì)算出當(dāng)前位置在整個(gè)機(jī)械周期內(nèi)的相對(duì)位置。產(chǎn)生的 SinCos編碼器的R+， R-信號(hào)調(diào)理電路與滯環(huán)比較處理方式與A、B信號(hào)類似，最終得到R脈 沖信號(hào)送入MPU單元，用于位置校正使用，避免角度累計(jì)產(chǎn)生數(shù)字誤差。
圖4顯示了 PG卡內(nèi)MCU內(nèi)部的QEP的工作原理，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，A_PULSE超前B_PULSE 90度，每遇到A_PULSE或B_PULSE脈沖的上升沿或下降沿，QEP內(nèi)的計(jì)數(shù)器會(huì)加1 ;當(dāng)反轉(zhuǎn) 時(shí)，A_PULSE滯后B_PULSE 90度，每遇到A_PULSE或B_PULSE脈沖的上升沿或下降沿，QEP 內(nèi)的計(jì)數(shù)器會(huì)減l。 QEP用于記錄當(dāng)前所處的大概位置(以PULSE為單位)，至于處于一個(gè) PULSE周期內(nèi)精確的具體位置卻無法獲得。 當(dāng)前位置所處的具體位置必須通過正余弦信號(hào)通過反正切函數(shù)計(jì)算得到，如圖5 所示。以A_PULSE和B_PULSE均為低電平為相對(duì)角度的起點(diǎn)，計(jì)數(shù)當(dāng)前位置處理一個(gè)細(xì)分 周期的精確位置如公式1所示
<formula>formula see original document page 5</formula>
------------(公式l)
J<0arctg(-)e(-90°，900) A PG卡傳送給MPU的數(shù)據(jù)格式如圖6所示，每一個(gè)數(shù)據(jù)由一個(gè)字節(jié)組成。QEPlow， QEP hi代表了 PG卡MCU內(nèi)部QEP單元所記錄的脈沖數(shù)N， e ;ow， e rHi代表了當(dāng)前位置處 于一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的相對(duì)位置、，T代表了記錄N、、時(shí)的時(shí)間，CRC為通訊用的校驗(yàn)碼。 該數(shù)據(jù)格式包含了必要的用于計(jì)算位置和速度的必要信息。同時(shí)，PG卡本身無需知道編碼 器的線數(shù)，因此，這種方式針對(duì)任意線數(shù)的SinCos編碼器具有通用性。
假設(shè)在^時(shí)刻PG Card獲得的QEP脈沖數(shù)為Nn當(dāng)前位置處于一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的 相對(duì)位置為9 ri，則PG Card內(nèi)的MCU將Nl、 e ri， tl，以及這些信息所生成的校驗(yàn)碼通過通 訊傳送給MPU。同理在下一時(shí)刻^，PG Card內(nèi)的MCU將K、 e rf， t2，以及這些信息所生成 的校驗(yàn)碼通過通訊傳送給MPU。則MPU就能根據(jù)這些信息計(jì)算出^時(shí)間內(nèi)的位置變化 量A 9如公式2所示。 = <formula>formula see original document page 5</formula>公式2) 則速度計(jì)算公式如公式3所示
<formula>formula see original document page 6</formula>----------------------(公式3) 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速度的方法，其特征在于，所述方法包括通過將SinCos編碼器的正余弦信號(hào)經(jīng)調(diào)理后送入PG卡，由PG卡內(nèi)部AD采樣單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由MCU計(jì)算出其在一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的精確位置θr；還包括將正余弦信號(hào)經(jīng)滯環(huán)比較處理電路后變?yōu)锳_PULSE和B_PULSE信號(hào)送入PG卡內(nèi)部的QEP單元，用于記錄編碼器所轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)N；還包括將N和θr通過通訊傳送給MPU，由MPU經(jīng)過簡(jiǎn)單的計(jì)算即可獲得精確的位置和速度信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速度的方法，其特征在于，所述具 體步驟如下① SinCos編碼器PG卡首先將SinCos編碼器的代表位置的兩組正交的正余弦信號(hào)通 過滯環(huán)電路轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)進(jìn)入PG卡MCU的QEP單元，同時(shí)將正余弦信號(hào)A+， A-， B+， B_通 過差分電路調(diào)理成正余弦信號(hào)A， B，進(jìn)入PG卡上的AD采樣單元；② PG卡上MCU QEP單元記錄當(dāng)前編碼器轉(zhuǎn)子已轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)N，而AD采樣單元獲得正 余弦信號(hào)，MCU再通過計(jì)算可以獲得當(dāng)前位置處于一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的相對(duì)位置9 r ;③ 將PG卡MCU QEP單元獲得的脈沖數(shù)N，一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的相對(duì)位置9r，以及采樣時(shí) 刻信息T，以及這些數(shù)據(jù)的校驗(yàn)值，通過PG卡上的通訊單元實(shí)時(shí)地傳送給上位機(jī)；上位機(jī)即 可通過這些信息，計(jì)算獲得當(dāng)前的位置信息和速度信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于SinCos編碼器檢測(cè)位置和速度的方法。該方法包括通過將SinCos編碼器的正余弦信號(hào)經(jīng)調(diào)理后送入PG卡，由PG卡內(nèi)部AD采樣單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由MCU計(jì)算出其在一個(gè)細(xì)分周期內(nèi)的精確位置θr；還包括將正余弦信號(hào)經(jīng)滯環(huán)比較處理電路后變?yōu)锳_PULSE和B_PULSE信號(hào)送入PG卡內(nèi)部的QEP單元，用于記錄編碼器所轉(zhuǎn)過的脈沖數(shù)N；還包括將N和θr通過通訊傳送給MPU，由MPU經(jīng)過簡(jiǎn)單的計(jì)算即可獲得精確的位置和速度信息。該方法使變頻器在同步馬達(dá)配SinCos編碼器的情況下完成驅(qū)動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確地獲得位置和速度，從而在電梯低速起動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出更好的控制性能，達(dá)到不需要起動(dòng)補(bǔ)償也能達(dá)到很好的乘載品質(zhì)的效果。
文檔編號(hào)B66B1/28GK101723213SQ200910200900
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者吳志敢, 杜永紅, 胡亞山 申請(qǐng)人:上海永大吉億電機(jī)有限公司