CN101723213B

CN101723213B - 一种基于SinCos编码器检测位置和速度的方法

Info

Publication number: CN101723213B
Application number: CN200910200900XA
Authority: CN
Inventors: 吴志敢; 胡亚山; 杜永红
Original assignee: Shanghai Yungtay Gie Co Ltd
Current assignee: Shanghai GIE EM Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: CN101723213A

Abstract

本发明公开了一种基于SinCos编码器检测位置和速度的方法。该方法包括通过将SinCos编码器的正余弦信号经调理后送入PG卡，由PG卡内部AD采样单元转换成数字量，由MCU计算出其在一个细分周期内的精确位置θ_r；还包括将正余弦信号经滞环比较处理电路后变为A_PULSE和B_PULSE信号送入PG卡内部的QEP单元，用于记录编码器所转过的脉冲数N；还包括将N和θ_r通过通讯传送给MPU，由MPU经过简单的计算即可获得精确的位置和速度信息。该方法使变频器在同步马达配SinCos编码器的情况下完成驱动控制，能够实现准确地获得位置和速度，从而在电梯低速起动时表现出更好的控制性能，达到不需要起动补偿也能达到很好的乘载品质的效果。

Description

一种基于SinCos编码器检测位置和速度的方法

技术领域：

本发明涉及电梯系统中带SinCos编码器的同步马达伺服驱动应用领域，特别涉及一种基于SinCos编码器检测位置和速度的方法。

背景技术：

在电梯系统当中，为了保证电梯起动的乘载品质，一般会采用称重装置。称重装置先预先感知轿厢(含负载)的重量，变频驱动系统获知此信号后，在起动松闸前预先进行起动力矩补偿，实现了平稳起动。一般的同步曳引机控制系统是通过UVW+AB编码器或ABZ编码器这类脉冲型码器获取马达的速度和位置。由于高精度的脉冲型编码器价格十分昂贵，因此，一般使用的脉冲型编码器精度都不会太高，这样在低速时就会出现很长时间都没有脉冲情况，也就无法获知当前的位置和速度信息，也就不可能对同步曳引机进行有效地控制。当起动力矩补偿不准时，就会出现严重的倒溜或冲出的现象，乘载品质难以达到满意的效果。

还可以应用一种SIN/COS编码器。这种SIN/COS编码器本质上是旋转变压器，则输出正/余弦模拟信号，经处理后送给主机。由于SinCos编码器采用互相正交的正余弦信号对一个PULSE进行细分，因此能够表征出更精确的位置信号，采用一定处理方式，无论低速还是高速均能实时地获知位置和速度信息，从而在电梯低速起动时表现出更好的控制性能，达到不需要起动补偿也能达到很好的乘载品质的效果，从而不需要精确称重装置，为电梯节省大量成本。

基于SinCos编码器检测位置和速度的传统方法之一是将SinCos编码器的代表位置的两组正交的正余弦信号通过滞环电路转化成方波信号,这样，SinCos编码器就等效成ABZ的编码器，以后的处理方式也就与通过ABZ型编码器处理方式一致。这样的处理方式优点是处理起来比较简单，缺点就是没有充分利用SinCos编码器的一个PULSE内的正余弦信号进行细分，不能得到精确地位置信号，也不能及时地获取速度信息。

基于SinCos编码器检测位置和速度的传统方法之二是将SinCos编码器的代表位置的两组正交的正余弦信号通过简单地调理电路后送给MPU,由MPU电路对调理后的正余弦信号进行处理。这样的方式可以精确地获得位置信号，也可及时地获取速度信息。缺点是需要占用至少两路AD采样单元，同时需要对正余弦信号进行处理后求反三角函数获得精确地角度位置，这种方式会占用MPU大量的计算时间，MPU的LOADING将会很重。

发明内容：

鉴于上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于SinCos编码器检测位置和速度的方法，是通过以下步骤来实现的：包括通过将SinCos编码器的正余弦信号经调理后送入SinCos编码器PG卡，由SinCos编码器PG卡内部AD采样单元转换成数字量，由MCU计算出当前位置在一个细分周期内的相对位置θ_r；还包括将正余弦信号经滞环比较电路后变为A_PULSE和B_PULSE脉冲信号送入SinCos编码器PG卡内部的QEP单元，用于记录SinCos编码器所转过的脉冲数N；还包括将SinCos编码器所转过的脉冲数N和由MCU计算出当前位置在一个细分周期内的相对位置θ_r通过通讯传送给MPU，由MPU经过简单的计算即可获得精确的位置和速度信息。

该方法使变频器在同步马达配SinCos编码器的情况下完成驱动控制，能够实现准确地获得位置和速度，从而在电梯低速起动时表现出更好的控制性能，达到不需要起动补偿也能达到很好的乘载品质的效果。从而让电梯系统不再需要精确的称重传感器装置，极大地节省了电梯系统的成本。

为了实现上述发明目的，本发明涉及一种MPU（Micro Processor Unit，微处理器）与SinCos编码器PG卡通过通信获取位置和速度的方法的技术方案。在SinCos编码器PG卡获得位置信号后，通过通讯将位置信号传送给MPU。MPU再将得到的位置信号进行简单计算获得位置信号及速度。这样，将位置信号的复杂计算操用由SinCos编码器PG卡来实现，有效地有轻了MPU的负担。其具体过程通过以下步骤实现的：

步骤1：SinCos编码器PG卡首先将SinCos编码器的代表位置的两组正交的正余弦信号通过滞环比较电路转化成方波信号进入PG卡MCU的QEP单元，同时将正弦信号A+，余弦信号A-，正弦信号B+，余弦信号B-通过差分电路调理成正弦信号A，余弦信号B，进入SinCos编码器PG卡上的AD采样单元。

步骤2：SinCos编码器PG卡上QEP单元记录当前编码器转子已转过的脉冲数N，而AD采样单元获得正余弦信号，MCU再通过计算可以获得当前位置处于一个细分周期内的相对位置θ_r；

步骤3：将SinCos编码器PG卡上QEP单元获得的脉冲数N，一个细分周期内的相对位置θ_r，以及采样时刻信息T，以及这些数据的校验值，通过SinCos编码器PG卡上的通讯单元实时地传送给MPU；MPU即可通过这些信息，计算获得当前的位置信息和速度信息。

由于传统的处理SinCos编码器信号的方式为MPU直接处理。而本发明方法与传统方式相比具有如下特点：

⑴当前位置处于一个细分周期内的相对位置是通过计算得到的，这种计算涉及到三角函数运行，运算量较大。放在PG卡进行计算可有效地减轻MPU的负担。

⑵由于与SinCos编码器的接口要用到AD采样和QEP单元，因此，可节省MPU的资源。

⑶由于传送的数据较少，PG卡与MPU通讯的周期可以做到很小，MPU可实时地获得当前的转子的位置和速度。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为SinCos编码器产生的正余弦信号示意图；

图2为SinCos PG卡内部结构图及与MPU及SIN/COS编码器连接图；

图3为SinCos PG卡信号调理及滞环处理结果图；

图4为SinCos PG卡内MCU的QEP单元工作原理图；

图5为计算一个细分周期内精确计算相对位置示意图；

图6为SinCos PG卡传递给MPU的数据格式示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示为海德汉ERN1387 SinCos编码器所产生的正余弦信号。A与

相位为180度电角度。B与

相位差为180电角度。正余弦增量信号A和B的典型幅值为1Vpp,相位差为90度，图1所示的为B滞后A 90度电角度。ERN1387编码器线数为2048线，意味着编码器旋转一周，产生2048个电周期的A，

B，

信号。

图2为SinCos编码器通过PG卡与MPU连接图。SinCos编码器的A+，A-，B+，B-通过PG Card内的信号调理电路转换成A，B正余弦信号，A、B正余弦信号通过PG Card内的MCU单元的AD采样电路转换成数字信号。通过计算，计算出当前位置处于一个PULSE周期内相对位置θ_r。另外，调理过后的A、B正余弦信号通过滞环比较单元，产生脉冲信号A_PULSE,B_PULSE，如图3所示。然后A_PULSE、B_PULSE信号进入PG Card的QEP单元，用于累计编码器旋转所产生的PULSE数N。根据QEP所记录的N值及当前位置处于一个PULSE周期内的相对位置θ_r，即可精确地计算出当前位置在整个机械周期内的相对位置。产生的SinCos编码器的R+，R-信号调理电路与滞环比较处理方式与A、B信号类似，最终得到R脉冲信号送入MPU单元，用于位置校正使用，避免角度累计产生数字误差。

图4显示了SinCos编码器PG卡内MCU内部的QEP的工作原理，当正转时，A_PULSE超前B_PULSE 90度，每遇到A_PULSE或B_PULSE脉冲的上升沿或下降沿，QEP内的计数器会加1；当反转时，A_PULSE滞后B_PULSE 90度，每遇到A_PULSE或B_PULSE脉冲的上升沿或下降沿，QEP内的计数器会减1。QEP用于记录当前所处的大概位置(以PULSE为单位)，至于处于一个PULSE周期内精确的具体位置却无法获得。

当前位置所处的具体位置必须通过正余弦信号通过反正切函数计算得到，如图5所示。以A_PULSE和B_PULSE均为低电平为相对角度的起点，计数当前位置处理一个细分周期的精确位置如公式1所示：

---------------------------(公式1)

PG卡传送给MPU的数据格式如图6所示，每一个数据由一个字节组成。QEPlow,QEP hi代表了PG卡MCU内部QEP单元所记录的脉冲数N，θ_rLow,θ_rHi代表了当前位置处于一个细分周期内的相对位置θ_r，T代表了记录N、θ_r时的时间，CRC为通讯用的校验码。该数据格式包含了必要的用于计算位置和速度的必要信息。同时，PG卡本身无需知道编码器的线数，因此，这种方式针对任意线数的SinCos编码器具有通用性。

假设在t₁时刻PG Card获得的QEP脉冲数为N₁,当前位置处于一个细分周期内的相对位置为θ_r1，则PG Card内的MCU将N1、θ_r1，t₁,以及这些信息所生成的校验码通过通讯传送给MPU。同理在下一时刻t₂,PG Card内的MCU将N₂、θ_r2，t₂,以及这些信息所生成的校验码通过通讯传送给MPU。则MPU就能根据这些信息计算出t₁,t₂时间内的位置变化量Δθ如公式2所示。

-------------------------(公式2)

则速度计算公式如公式3所示

----------------------(公式3)

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种基于SinCos编码器检测位置和速度的方法，其特征在于，所述方法包括通过将SinCos编码器的正余弦信号经调理后送入SinCos编码器PG卡，由SinCos编码器PG卡内部AD采样单元转换成数字量，由MCU计算出当前位置在一个细分周期内的相对位置θ_r；还包括将正余弦信号经滞环比较电路后变为A_PULSE和B_PULSE脉冲信号送入SinCos编码器PG卡内部的QEP单元，用于记录SinCos编码器所转过的脉冲数N；还包括将SinCos编码器所转过的脉冲数N和由MCU计算出当前位置在一个细分周期内的相对位置θ_r通过通讯传送给MPU，由MPU经过简单的计算即可获得精确的位置和速度信息。

2.根据权利要求1的基于SinCos编码器检测位置和速度的方法，其特征在于，所述具体步骤如下：

①SinCos编码器PG卡首先将SinCos编码器的代表位置的两组正交的正余弦信号通过滞环比较电路转化成方波信号进入SinCos编码器PG卡MCU的QEP单元，同时将正弦信号A+，余弦信号A-，正弦信号B+，余弦信号B-通过差分电路调理成正弦信号A，余弦信号B，进入SinCos编码器PG卡上的AD采样单元；

②SinCos编码器PG卡上QEP单元记录当前编码器转子已转过的脉冲数N，而AD采样单元获得正余弦信号，MCU再通过计算可以获得当前位置处于一个细分周期内的相对位置θ_r；

③将SinCos编码器PG卡上QEP单元获得的脉冲数N，一个细分周期内的相对位置θ_r，以及采样时刻信息T，以及这些数据的校验值，通过SinCos编码器PG卡上的通讯单元实时地传送给MPU；MPU即可通过这些信息，计算获得当前的位置信息和速度信息。