CN101464693B

CN101464693B - 马达位置的信号处理装置

Info

Publication number: CN101464693B
Application number: CN2007103021584A
Authority: CN
Inventors: 谢文政
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2027-12-17
Also published as: CN101464693A

Abstract

本发明提供一种马达位置的信号处理装置，该装置与马达控制系统的信号处理器及光电编码器电性连接，包括：第一开关、第二开关、第一信号合成单元、第一隔离单元、第二信号合成单元、第二隔离单元、第三信号合成单元、第三隔离单元、第四隔离单元及反相器。以该信号处理器输出的致能信号，经过反相器处理，以切换第一或第二开关动作，将光电编码器所输出的增量型信号、马达机械位置及归零校正信号经过第一、二、三信号合成单元处理后传输至信号处理器中，即可控制马达运转。

Description

马达位置的信号处理装置

技术领域

本发明有关一种位置信号处理装置，尤指一种马达位置的信号处理装置。

背景技术

伺服机构系统(servo mechanism system)，是指经由闭合回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统。一个伺服系统的构成通常包含受控体(plant)、致动器(actuator)、控制器(controller)等几个部分，受控体系指被控制的对象，例如一个机械手臂，或是一个机械工作平台。致动器的功能主要在于提供受控体动力，可能以气压、油压、或是电力驱动的方式呈现，若是采用油压驱动方式，一般称之为油压伺服系统。目前绝大多数的伺服系统采用电力驱动方式，致动器包含了马达与功率放大器。特别设计应用于伺服系统的马达称之为伺服马达(servo motor)，通常内含位置反馈装置，如光电编码器(optical encoder)或是解角器(resolver)。目前主要应用于工业界的伺服马达包括直流伺服马达、永磁交流伺服马达、与感应交流伺服马达，其中又以永磁交流伺服马达占绝大多数。控制器的功能在于提供整个伺服系统的闭路控制，如扭矩控制、速度控制、与位置控制等。目前一般工业用伺服驱动器(servo drive)通常包含了控制器与功率放大器。

上述所提到的伺服马达通常内含位置反馈装置，例如可以透过光电编码器(optical encoder)提供三种类型的信号：1、增量型信号A、B，用来撷取受控体运动速度的信息。2、信号U、V、W则将受控体的实际机械位置，利用UVW的逻辑状态组合代表其绝对位置的信息。3、Z信号指引脉冲(Index Pulse)则为归零校正信号，提供固定的机械位置信息。在信号的型态上，这三种信号一般皆为线驱动形式(Line Driver)，其中，UVW信号只在受控体启动时提供信号处理器(数字信号处理器(DSP)或微控制单元(MCU))初始位置信息，当光电编码器随受控体运动后，该信号处理器(DSP或MCU)则以处理增量型信号A、B及Z信号指引脉冲(Index Pulse)为主。因此，该信号处理器(DSP或MCU)需至少6个管脚来作为接收光电编码器信号的接口，如此会大幅占用处理器的I/O功能，如图1所示。而且，供应光电编码器的电源一般与信号处理器(DSP或MCU)隔离，因此需增加隔离单元，而且外部线路需6组处理光电编码器信号的电路，大幅增加线路复杂度及电路板体积大，且成本增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种节省线路成本、电路板体积与信号处理器的管脚使用数量少，使产品趋近于小型化的马达位置的信号处理装置。

为达到上述目的，本发明马达位置的信号处理装置，该装置与马达控制系统的信号处理器及光电编码器电性连接，并接收光电编码器输出的增量型信号，马达机械位置信号及归零校正信号以控制马达运转，其包括：第一开关、第二开关、第一信号合成单元、第一隔离单元、第二信号合成单元、第二隔离单元、第三信号合成单元、第三隔离单元、第四隔离单元及反相器。其中，

第一开关，与该光电编码器电性连接；

第二开关，与该光电编码器及第一开关电性接；

第一信号合成单元，与该第一开关及该第二开关电性连接，用以接收第一开关所输出的A信号、反向的/A信号或第二开关所输出的U信号、反向的/U信号，并将所述U、/U两信号合成单端信号输出；

第一隔离单元，与该第一信号合成单元及信号处理器电性连接；

第二信号合成单元，与该第一开关及该第二开关电性连接，用以接收第一开关所输出的B信号、反向的/B信号或第二开关所输出的V信号、反向的/V信号，再将所述V、/V两信号合成单端信号输出；

第二隔离单元，与该第二信号合成单元及信号处理器电性连接；

第三信号合成单元，与该第一开关及该第二开关电性连接，用以接收第一开关所输出的Z信号、反向的/Z信号或第二开关所输出的W信号、反向的/W信号，再将W、/W两信号合成单端信号输出；

第三隔离单元，与该第三信号合成单元及信号处理器电性连接；

第四隔离单元，系与该信号处理器电性连接；

反相器，与该第四隔离单元及该第一开关及该第二开关电性连接；

所述A、B，U、V、W、信号及Z信号用于提供马达空间位置信息；所述A、B信号用来撷取马达运动速度的信息；U、V、W信号将马达的实际机械位置利用所述U、V、W信号的逻辑状态组合表示马达绝对位置的信息；所述Z信号指引脉冲为归零校正信号，用于提供固定的机械位置信息；

其中，以该信号处理器输出的致能信号，经过反相器处理，以切换第一或第二开关动作，将光电编码器所输出的增量型信号、马达机械位置及归零校正信号经过第一、二、三信号合成单元处理后，即传输至信号处理器中。

采用本发明上述技术方案，在该信号处理器所输出的致能信号为低电平“0”时，经过反相器时转变为高电平“1”，该第一开关不动作，而该第二开关动作，此时第二开关的U、/U信号传输至第一信号合成单元，而V、/V信号传输至第二信号合成单元，及该W、/W信号传输至第三信号合成单元上。经过第一信号合成单元将U、/U信号合成单端(single end)信号输出至信号处理器中。而第二信号合成单元将V、/V信号合成单端信号输出至信号处理器中。该第三信号合成单元将W、/W信号的两信号合成单端信号输出至信号处理器中。此外，该信号处理器输出致能信号经第四隔离单元至反相器，该致能信号为高电平“1”时，在经过反相器时转变为低电平“0”，使该第一开关动作，而该第二开关不动作，此时第一开关的A、/A信号传输至第一信号合成单元，而B、/B信号传输至第二信号合成单元，及该Z、/Z信号传输至第三信号合成单元上。经过第一信号合成单元将A、/A信号合成单端信号输出至信号处理器中。而第二信号合成单元将B、/B信号合成单端信号输出至信号处理器中。该第三信号合成单元将Z、/Z信号合成信号输出至信号处理器中。综上所述，两个开关即复用器，并由信号处理器(DSP或MCU)下达致能(切换)命令，切换读取的信号信道来达到节省线路成本、电路板体积与信号处理器的管脚使用数量少，使产品趋近于小型化。

附图说明

图1为传统马达绝对位置信号处理装置及信号处理器连接示意图；

图2为本发明的马达控制系统方框示意图；

图3为本发明的马达位置信号处理装置的电路方框与信号处理器连接示意图；

图4为本发明的马达位置信号与信号处理器输出的控制信号时序示意图。

附图标记说明

信号处理器

驱动器 2

马达 3

光电编码器 4

马达位置信号处理单元 5

第一开关 51

第二开关 52

第一信号合成单元 53

第一隔离单元 54

第二信号合成单元 55

第二隔离单元 56

第三信号合成单元 57

第三隔离单元 58

第四隔离单元 59

反相器 501

区块 6、7

具体实施方式

有关本发明的技术内容及详细说明，现配合附图说明如下：

请参阅图2，为本发明的马达控制系统方框示意图。如图所示：该马达控制系统包括：信号处理器(DSP或MCU)1、驱动器(绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块)2、马达3、光电编码器4及马达位置信号处理单元5。

在控制马达3运转时，为了能够侦测马达3的初始位置及运转后的速度，该光电编码器4需提供马达空间位置信息A、B，U、V、W、信号及Z信号。该增量型信号A、B用来撷取马达3运动速度的信息。该U、V、W信号是将马达3的实际机械位置，利用U、V、W的逻辑状态组合代表其绝对位置的信息。该Z信号指引脉冲(Index Pulse)则为归零校正信号，提供固定的机械位置信息。

在信号的型态上，上述三种信号一般皆为线驱动形式(Line Driver)，其中，U、V、W信号只在马达3启动时提供信号处理器(DSP或MCU)1初始位置信息，当光电编码器4随马达3运动后，该信号处理器1则以处理增量型信号及归零校正信号，并经驱动器2来驱动马达3运转。

请参阅图3，为本发明的马达位置信号处理装置的电路方框与信号处理器连接示意图。同时，请一并参阅图2所示：该马达位置信号处理单元5，包括：第一开关51、第二开关52、第一信号合成单元53、第一隔离单元54、第二信号合成单元55、第二隔离单元56、第三信号合成单元57、第三隔离单元58、第四隔离单元59及反相器501。

该第一开关51为复用器(Multiplexers)，与该光电编码器4电性连接，用以接收光电编码器4所输出的增量型信号A、/A(反相信号)、B、/B(反相信号)及Z、/Z(反相信号)信号。

该第二开关52为复用器(Multiplexers)，与该光电编码器4及第一开关51电性连接，用以接收光电编码器4所输出的U、/U(反相信号)、V、/V(反相信号)、W、/W(反相信号)信号。

该第一信号合成单元53与该第一开关51及第二开关52电性连接，用以接收第一开关51所输出的A、/A信号或第二开关52所输出的U、/U信号，将U、/U两信号合成单端信号输出。

第一隔离单元54，为光耦合组件，与该第一信号合成单元53及信号处理器1电性连接，用以隔离信号中的噪声干扰。

第二信号合成单元55，与该第一开关51及第二开关52电性连接，用以接收第一开关51所输出的B、/B信号或第二开关52所输出的V、/V信号，将V、/V两信号合成单端信号输出。

该第二隔离单元56，为光耦合组件，与该第二信号合成单元55及信号处理器1电性连接，用以隔离信号中的噪声干扰。

第三信号合成单元57，与该第一开关51及第二开关52电性连接，用以接收第一开关51所输出的Z、/Z信号或第二开关52所输出的W、/W信号，将W、/W两信号合成单端信号输出。

第三隔离单元58，为光耦合组件，与该第三信号合成单元57及信号处理器1电性连接，用以隔离信号传输中的噪声干扰。

第四隔离单元59，为光耦合组件，与该信号处理器1电性连接并接收来自其的致能信号，用以隔离信号传输中的噪声干扰。

该反相器501以输入端与该第四隔离单元59及第一开关51电性连接，而输出端与该第二开关52电性连接，用以接收第四隔离单元59所输出的致能信号(Enable Signal)，以切换第一开关51或第二开关52动作。

请参阅图3及图4，为本发明的马达位置信号处理装置的电路方框与信号处理器连接及控制信号时序示意图。如图所示：当马达控制系统在启动马达3动作前，必须知道马达3的起始位置，该信号处理器1所输出的致能信号为″0″低电平时，经过反相器501时转变为″1″高电平，该第一开关51不动作，而该第二开关52动作，此时第二开关52的U、/U信号传输至第一信号合成单元53，而V、/V信号传输至第二信号合成单元55，及该W、/W信号传输至第三信号合成单元57上。经过第一信号合成单元53将U、/U信号合成为图4(d)的单端信号输出。而第二信号合成单元55将V、/V信号合成为图4(e)的单端信号。该第三信号合成单元57将W、/W信号合成为图4(f)的单端信号输出。所以，在信号处理器1接收到的信号如图4(d)～(f)被区块7框住的U、V及W信号为马达实际机械位置的信号。

当信号处理器1输出致能信号(如图4(g))经第四隔离单元59至反相器501时，该致能信号为″1″高电平时，在经过反相器56时转变为″0″低电平，使该第一开关51动作，而该第二开关52不动作，此时第一开关51的A、/A信号传输至第一信号合成单元53，而B、/B信号传输至第二信号合成单元55，及该Z、/Z信号传输至第三信号合成单元57上。经过第一信号合成单元53将A、/A信号合成为图4(a)的单端信号输出。而第二信号合成单元55将B、/B信号合成为图4(b)的单端信号输出。该第三信号合成单元57将Z、/Z信号合成为图4(c)的单端信号输出。所以，在信号处理器1中接收到的信号如图4(a)～(c)被区块6框住的增量型信号A、B及Z信号的归零校正信号。

由上述可知，本发明与传统比较后线路更精简，使电路板体积缩小，该信号处理器所使用的管脚数量少，使成本降低。

上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。即凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims

1.一种马达位置的信号处理装置，与马达控制系统的信号处理器及光电编码器电性连接，并接收光电编码器输出的增量型信号，马达机械位置信号及归零校正信号以控制马达运转，其特征在于，该装置包括：

第一开关，与该光电编码器电性连接；

第二开关，与该光电编码器及第一开关电性接；

第四隔离单元，系与该信号处理器电性连接；

2.如权利要求1所述的马达位置的信号处理装置，其特征在于，所述第一开关为复用器。

3.如权利要求1所述的马达位置的信号处理装置，其特征在于，所述第二开关为复用器。

4.如权利要求1所述的马达位置的信号处理装置，其特征在于，所述第一隔离单元为光耦合组件。

5.如权利要求1所述的马达位置的信号处理装置，其特征在于，所述第二隔离单元为光耦合组件。

6.如权利要求1所述的马达位置的信号处理装置，其特征在于，所述第三隔离单元为光耦合组件。

7.如权利要求1所述的马达位置的信号处理装置，其特征在于，所述第四隔离单元为光耦合组件。