CN101424946B - 脉冲定位系统及其脉冲定位误差的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲定位系统及其脉冲定位误差的校正方法，系统包括驱动脉冲发送单元、位置信号检测单元、控制单元和执行机构；控制单元预先获取传感器信号与计数开始的第一个脉冲信号的时间差的基准值t；在系统运行过程中，控制单元实时获取触发定位计数的传感器信号触发时间与此后最接近的脉冲信号触发时间的时间间隔t1，当|t-t1|＞(T-x)且t＜t1时，本次脉冲定位计数修正为(N-1)；|t-t1|＞(T-x)且t＞t1时，本次脉冲定位计数修正为(N+1)；其中x为执行机构的最大时间偏移值，T为驱动脉冲信号周期。本发明有效地将定位误差从一个脉冲周期T缩减至最大时间偏移值x，使定位点更准确，数据采集更为稳定。

Description

脉冲定位系统及其脉冲定位误差的补偿方法 

【技术领域】

本发明涉及一种电机控制方法，特别涉及电机动态定位方法。 

【背景技术】

目前使用步进电机的动态定位方式主要有以下三种；1、时间定位：接收到传感器检测信号后，控制电机继续运行一定的时间，到达目标位置后执行后续操作；时间定位方式由于和速度挂钩，因此只适用于匀速运动下的定位。2、脉冲定位：接收到传感器检测信号后，控制电机继续运行一定数量的脉冲，到达目标位置后执行后续操作；由于电机运行的不平稳性会在特定的条件下出现定位误差达到一个脉冲的情况。3、机械定位：在目标位置安装传感器，电机运行到位后传感器信号跳变，触发后续操作；机械定位需要在每个目标位置提供机械上的参考位置，结构较复杂。 

动态运行中的脉冲定位的基本方式参考图1和图2，控制系统由驱动脉冲发送单元1、位置信号检测单元2、控制单元3和执行机构4所组成。其工作流程为驱动脉冲发送单元1发送脉冲信号8驱动执行机构4运动，执行机构4在运动过程中位置信号检测单元2会随时检测传感器信号7，位置信号检测单元2将传感器信号7传送给控制单元3，当检测到传感器信号7的上升沿5后，控制单元3对驱动脉冲发送单元1所发送的脉冲信号8的下降沿6进行计数，达到系统设定值N后，即启动后续的操作，达到脉冲定位的目的。 

在实际运行中，执行机构在多次重复运行的过程中，会存在一定的抖动。如图2中所示：传感器信号7的上升沿5代表了一个特定的机械位置，由判断这个位置来启动计数器的工作。脉冲信号8代表了其中一次运行过程，此次运行中，脉冲信号8的下降沿6位于传感器信号7的上升沿5的右侧；脉冲信号8a表示了另一次的运行过程，该次运行中，脉冲信号8a的下降沿6a位于传感器信号7的上升沿5的左侧；下降沿6和6a的不同位置反映了执行机构由于运行中的抖动情况带来的定位的时间偏移。在执行机构设计完成后，其在具体运行中会产生的最大时间偏移x也确定了，图2中下降沿6和6a所产生的时间偏移表示为设计的最大时间偏移x，其值远小于脉冲信号8的周期T；该执行机构在运行中所产生的抖动范围被保证在最大时间偏移值x范围内，其带来的固有的定位误差最大可达到最大时间偏移值x。 

在图2中的第一种运行情况脉冲信号8的计数过程中，从传感器信号7的上升沿5到来后，开始启动脉冲计数，到脉冲信号8的下降沿6时检测到第一个脉冲，脉冲值加1，后续每到脉冲信号8的下降沿，脉冲值增加1，直到计数值达到设定值N为止。此时目标位置点和传感器信号7的上升沿5检测点的时间差距为t+(N-1)*T。同理，在第二种运行情况脉冲信号8a的计数过程中，从传感器信号7的上升沿5到来后，开始启动脉冲计数，到脉冲信号8a的下降沿6b时检测到第一个脉冲，脉冲值加1，后续每到脉冲信号8a的下降沿，脉冲值增加1，直到计数值达到设定值N为止。此时目标位置点和传感器信号7的上升沿5检测点的时间差距为t1+(N-1)*T。则两次定位点之间的差异就达到了t1-t，接近于脉冲信号8的周期T，即定位误差达到了一个脉冲信号周期T的水平。 

由上述分析可知，在实际运行中，定位误差有时远大于系统设计时最大时间偏移值x，甚至接近于脉冲信号8的周期T；导致脉冲定位的精度不高、不准确，直接影响后续的数据采集等操作的准确性、有效性。 

【发明内容】

本发明的主要目的是：提供一种脉冲定位系统及其脉冲误差定位的补偿方法，使脉冲定位控制精度更高、定位更准确。 

实现上述目的，本发明提出一种脉冲定位系统，包括驱动脉冲发送单元、位置信号检测单元、控制单元和执行机构；所述控制单元分别与所述驱动脉冲发送单元、位置信号检测单元电连接，所述执行机构与所述驱动脉冲发送单元电连接；该位置信号检测单元包括触发定位计数的传感器；其特征是：控制单元预先获取传感器信号与计数开始的第一个脉冲信号的时间差的基准值t；在系统运行过程中，控制单元实时获取触发定位计数的传感器信号触发时间与此后最接近的脉冲信号触发时间的时间间隔t1，将t1与基准值t求差值的绝对值；对设定的脉冲定位数N进行修正：|t-t1|＞(T-x)且t＜t1时，本次脉冲定位数修正为(N-1)；|t-t1|＞(T-x)且t＞t1时，本次脉冲定位数修正为(N+1)；其中x为执行机构的最大时间偏移值，T为驱动脉冲信号周期。 

上述的脉冲定位系统，|t-t1|≤x时，脉冲定位数N不变。 

上述的脉冲定位系统，所述定位计数的传感器信号以上升沿或下降沿为触发时间，所述脉冲信号以上升沿或下降沿为计数触发点。 

同时，本发明提出了一种脉冲定位误差的校正方法，包括如下步骤：1)对触发定位计数的传感器信号与计数开始的第一个脉冲信号的时间差，在上电或复位初期测定一个基准值t；2)在系统运行过程中，控制单元实时检测触发定位计数的传感器信号触发时间与此后最接近的脉冲信号触发时间的时间间隔t1，将t1与基准值t求差值的绝对值；3)对系统设定脉冲数N进行修正：|t-t1|＞(T-x)且t＜t1时，此次的脉冲定位数修正为(N-1)；|t-t1|＞(T-x)且t＞t1，此次的脉冲定位数修正为(N+1)；其中x为系统的执行机构的最大时间偏移值，T为脉冲信号周期。 

上述的脉冲定位误差的校正方法，|t-t1|≤x时，脉冲定位数N不变。 

上述的脉冲定位误差的校正方法，所述定位计数的传感器信号触发时间采用其上升沿或下降沿，所述脉冲信号触发时间采用其上升沿或下降沿。 

由于采用了以上的方案，本发明有效地将定位误差从一个脉冲周期T缩减至执行机构的最大时间偏移值x；使用本发明的方法，在使用电机脉冲动态定位的结构中，可避免由于电机运行的不平稳性会在特定的条件下出现定位误差达到一个脉冲周期的情况，满足在动态定位精度要求较高的场合，使定位点更准确，数据采集更为稳定。 

【附图说明】

图1是脉冲定位系统的结构框图； 

图2是脉冲定位误差来源说明图； 

图3是实施例中|t-t1|≤x的误差说明图； 

图4是实施例中t＞t1且|t-t1|＞(T-x)的误差说明图。 

1驱动脉冲发送单元，2位置信号检测单元，3控制单元，4执行机构，5传感器信号上升沿，6脉冲信号下降沿，7传感器信号，8基准测试脉冲信号，8a实时测试脉冲信号。 

【具体实施方式】

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。 

本例对传感器信号7的上升沿5与计数开始的第一个脉冲信号8的下降沿6的时间差t，在上电或复位初期测定一个基准值，后续测试时进行实时检测并与基准值对比判断，对脉冲计数值进行修正，将误差降至最大时间偏移值x内。 

具体的判断和修正流程如下： 

系统上电或复位时，待执行机构4稳定运行后，控制单元3记录由位置信号检测单元2检测到的第一个传感器信号7的上升沿5与上升沿5之后最接近的脉冲信号8的下降沿6的时间间隔t，该时间间隔t作为判断基准值。 

在系统运行过程中，需要进行脉冲定位的操作时，控制单元3通过位置信号检测单元2实时检测传感器信号7的上升沿5与上升沿5之后最接近的脉冲信号8的下降沿6的时间间隔t1，将t1与基准值t求差值的绝对值，按如下方法对系统设定脉冲数进行修正。 

A、|t-t1|≤x，脉冲计数值N不变；该情况发生的表现情况如图3所示，基准测试时的脉冲信号8的下降沿6和该次测试的下降沿6a位于传感器信号7的上升沿5的同一侧，不出现偏移区跨越传感器信号7的上升沿5的现象，此时的定位误差相对于基准仅为：|[t+(N-1)*T]-[t1+(N-1)*T]|＝|t-t1|≤x，小于等于系统设计的该执行机构的最大时间偏移值x； 

B、|t-t1|＞(T-x)，该情况即为基准测试时的脉冲信号8的下降沿6和该次测试的下降沿6a位于传感器信号7的上升沿5的两侧，此时的定位误差相对于基准为：|[t+(N-1)*T]-[t1+(N-1)*T]|＝|t-t1|＞(T-x)，最大时接近于T，需要进行修正，使误差降至x以内。 

进行修正处理时，两种情况需要分开考虑： 

a、如图2所示，当t＜t1，即(t-t1)＜(x-T)＜0时，本次脉冲计数值N减1，即此次的脉冲定位计数为(N-1)；修正后的定位误差相对于基准为：[t+(N-1)*T]-[t1+(N-2)*T]＝t+T-t1＜(x-T)+T＝x，则达到了定位误差小于等于系统设计的该执行机构的最大时间偏移值x的目标； 

b、如图4所示，当t＞t1时，即(t1-t)＜(x-T)＜0，本次脉冲计数值加1，即此次的脉冲定位计数为(N+1)；修正后的定位误差相对于基准为：[t+(N-1)*T]-[t1+N*T]＝t-T-t1＞-(x-T)-T＝-x，即绝对值/小于x，则达到了定位误差小于等于系统设计的该执行机构4的最大时间偏移值x的目标； 

通过以上对传感器信号7的上升沿5与计数开始的第一个脉冲信号8的下降沿6的时间差的判断和脉冲数的修正，有效地将定位误差控制在系统设计的该执行机构的最大时间偏移值x以内。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。比如，上述传感器信号同样也可以采用下降沿触发计时，脉冲信号同理也可以采用上升沿进行计数，或进行任意的组合，与上述实施例原理相同。 

Claims (8)

1.一种脉冲定位系统，包括驱动脉冲发送单元、位置信号检测单元、控制单元和执行机构；所述控制单元分别与所述驱动脉冲发送单元、位置信号检测单元电连接，所述执行机构与所述驱动脉冲发送单元电连接；该位置信号检测单元包括触发定位计数的传感器；其特征是：控制单元预先获取传感器信号与计数开始的第一个脉冲信号的时间差的基准值t；在系统运行过程中，控制单元实时获取触发定位计数的传感器信号触发时间与此后最接近的脉冲信号触发时间的时间间隔t1，将t1与基准值t求差值的绝对值；对设定的脉冲定位数N进行修正：|t-t1|＞(T-x)且t＜t1时，本次脉冲定位数修正为(N-1)；其中x为执行机构的最大时间偏移值，T为驱动脉冲信号周期。

2.如权利要求1所述的脉冲定位系统，其特征是：|t-t1|＞(T-x)且t＞t1时，本次脉冲定位数修正为(N+1)。

3.如权利要求1或2所述的脉冲定位系统，其特征是：|t-t1|≤x时，脉冲定位数N不变。

4.如权利要求1或2所述的脉冲定位系统，其特征是：所述触发定位计数的传感器信号以上升沿或下降沿为触发时间，所述脉冲信号以上升沿或下降沿为计数触发点。

5.一种脉冲定位误差的校正方法，包括如下步骤：1)对触发定位计数的传感器信号与计数开始的第一个脉冲信号的时间差，在上电或复位初期测定一个基准值t；2)在系统运行过程中，控制单元实时检测触发定位计数的传感器信号触发时间与此后最接近的脉冲信号触发时间的时间间隔t1，将t1与基准值t求差值的绝对值；3)对系统设定的脉冲定位数N进行修正：|t-t1|＞(T-x)且t＜t1时，此次的脉冲定位数修正为(N-1)；其中x为系统的执行机构的最大时间偏移值，T为脉冲信号周期。

6.如权利要求5所述的脉冲定位误差的校正方法，其特征是：|t-t1|＞(T-x)且t＞t1，此次的脉冲定位数修正为(N+1)。

7.如权利要求5或6所述的脉冲定位误差的校正方法，其特征是：|t-t1|≤x时，脉冲定位数N不变。

8.如权利要求5或6所述的脉冲定位误差的校正方法，其特征是：所述触发定位计数的传感器信号触发时间采用其上升沿或下降沿，所述脉冲信号触发时间采用其上升沿或下降沿。

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