CN103187976A - 伺服电机反馈信号处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种伺服电机反馈信号处理方法，所述反馈信号包括来自第一编码器的第一信号和来自第二编码器的第二信号，包括以下步骤：(a)将来自所述第一编码器的第一信号转换为第二信号；(b)通过数字信号处理器处理来自第二编码器的第二信号和步骤(a)产生的第二信号。本发明还提供一种对应的装置。本发明通过将两个编码器信号转换为相同的输出信号，从而避免了处理代码的重复编写并减少了数字信号处理器的代码空间，同时还节约了变频器数字信号处理器的外设资源。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种伺服电机反馈信号处理方法及装置。
背景技术
伺服电机编码器是安装在伺服电机上用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器，其把角位移或直线位移转换成电信号。目前应用较多的伺服电机编码器包括正余弦编码器和绝对值编码器。
正余弦编码器的输出信号由四组正弦波信号A、B、C、D组成，每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度)，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。正余弦编码器的优点是不用采用高频率的通讯即可让伺服驱动器获得高精度的细分，这样降低了硬件要求，同时由于有单圈角度信号，可以让伺服电机启动平稳，启动力矩大。
绝对值编码器的输出由其码盘的机械位置决定，因此不受停电、干扰的影响。由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于伺服电机上。
如图1所示，是同时兼容上述两种编码器的变频器的反馈信号处理的示意图。在该变频器的数字信号处理器13中，包括有用于处理绝对值编码器11产生并经绝对值编码器PG卡12转换后的信号的第一处理单元131以及用于处理正余弦编码器14产生并经正余弦编码器PG卡15转换后的信号的第二处理单元132，且在输入的信号时需通过功能码选择处理单元。上述变频器的处理方式将占用变频器过多的数字信号处理器的外设资源，造成数字信号处理器的资源压力。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述兼容两种以上编码器的变频器存在代码重复编写且占用过多资源的问题，提供一种伺服电机反馈信号处理方法及装置。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，提供一种伺服电机反馈信号处理方法，所述反馈信号包括来自第一编码器的第一信号和来自第二编码器的第二信号，包括以下步骤：
(a)将来自所述第一编码器的第一信号转换为第二信号；
(b)通过数字信号处理器处理来自第二编码器的第二信号和步骤(a)产生的第二信号。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理方法中，所述第一编码器为绝对值编码器，所述第二编码器为正余弦编码器。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理方法中，所述第一信号包括增量信号、第一时钟信号以及绝对位置信号，所述第二信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号，所述步骤(a)包括：将第一信号的增量信号直接作为第二信号的A、B相正余弦信号并根据第一时钟信号通过数模转换将所述绝对位置信号转换为第二信号的C、D相正余弦信号，同时将每次绝对位置信号为零度时产生的信号作为零点位置Z信号。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理方法中，所述步骤(b)包括：在数字信号处理器使用正余弦编码器处理代码处理所述第二信号中的A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理方法中，所述步骤(a)中的数模转换采用以下公式：
C＝sin[(p/8191)·2π]
D＝-cos[(p/8191)·2π]
以上公式中，C表示第二信号的C信号的值，D表示第二信号的D信号的值，p表示第一信号的绝对位置信号。
本发明还提供一种伺服电机反馈信号处理装置，所述反馈信号包括来自第一编码器的第一信号和来自第二编码器的第二信号，包括：用于将所述第一信号转换为第二信号的信号转换单元，所述信号转换单元将所述第二信号输出到变频器数字信号处理器。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理装置中，所述第一编码器为绝对值编码器，所述第二编码器为正余弦编码器。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理装置中，所述第一信号包括增量信号、第一时钟信号以及绝对位置信号，所述第二信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号；信号转换单元包括通信控制子单元、微控制器、数模转换子单元；其中：所述通信控制子单元，用于获取第一信号中的绝对位置信号和第一时钟信号；所述微控制器，用于将第一信号中的绝对位置信号转换为中间信号，同时将每次绝对位置信号为零度时产生的信号作为零点位置Z信号；所述数模转换子单元，用于通过数模转换将所述中间信号转换为第二信号的C、D相正余弦信号。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理装置中，所述数模转换子单元使用以下公式实现数模转换：
C＝sin[(p/8191)·2π]
D＝-cos[(p/8191)·2π]
以上公式中，C表示第二信号的C信号的值，D表示第二信号的D信号的值，p表示第一信号的绝对位置信号。
在本发明所述的伺服电机反馈信号处理装置中，所述信号转换单元输出到数字信号处理器的信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号，该信号转换单元直接将第一信号的增量信号作为第二信号的A、B相正余弦信号输出。
本发明的伺服电机反馈信号处理方法及装置，通过将两个编码器信号转换为相同的输出信号，从而避免了处理代码的重复编写并减少了数字信号处理器的代码空间，同时还节约了变频器数字信号处理器的外设资源。
附图说明
图1是现有兼容两种编码器的变频器的反馈信号处理示意图。
图2是本发明伺服电机反馈信号处理装置实施例的示意图。
图3是图2中信号转换单元的实施例的示意图。
图4是本发明伺服电机反馈信号处理方法实施例的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，是本发明伺服电机反馈信号处理装置实施例的结构示意图。在本实施例中，伺服电机反馈信号包括来自第一编码器21并经第一编码器PG卡22转换后的第一信号和来自第二编码器24并由第二编码器PG卡25转换后的第二信号，该处理装置包括信号转换单元26。信号转换单元26用于将第一信号(由第一编码器PG卡产生)转换为第二信号。
上述转换获得的第二信号输出到变频器的数字信号处理器23，可由数字信号处理器23的第二编码器信号处理单元231直接处理。上述第二编码器信号处理单元231还处理由第二编码器24产生并经第二编码器PG卡25处理后的第二信号。在实际应用中，上述信号转换单元26可以是一个独立的模块，也可以集成到第一编码器PG卡22中。
上述的伺服电机反馈信号处理装置可应用于兼容绝对值编码器和正余弦编码器的变频器中，即上述第一编码器21为绝对值编码器，第二编码器24为正余弦编码器，此时第一编码器PG卡22为绝对值编码器PG卡，第二编码器PG卡25为正余弦编码器PG卡。
由绝对值编码器产生并经绝对值编码器PG卡转换输出的第一信号包括增量信号A+、A-、B+、B-，第一时钟信号CLK+、CLK-以及绝对位置信号DATA+、DATA-。而由正余弦编码器24产生并经正余弦编码器PG卡转换输出的第二信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号。在本实施例中，由于正余弦编码器和绝对值编码器具有相同的增量信号A+、A-、B+、B-，因此信号转换单元26只需将绝对值编码器PG卡产生的绝对位置信号DATA+、DATA-以及第一时钟信号CLK+、CLK-转换为正余弦编码器PG卡输出的C(取代C+、C-，其中正负直接转换为正余弦信号中的信号的值，下同)、D(取代D+、D-)、Z(取代Z+、Z-)信号。
如图3所示，上述的信号转换单元26包括：通信控制子单元261、微控制器262、数模转换子单元263。
通信控制子单元261用于获取第一信号中的绝对位置信号DATA+、DATA-和第一时钟信号CLK+、CLK-。在具体实现时，通信控制子单元261可采用485通信控制芯片，并使用海德汉专用ENDATA 2.0协议通信，以得到绝对位置信号DATA+、DATA-和第一时钟信号CLK+、CLK-。
微控制器262用于将第一信号中的绝对位置信号DATA+、DATA-转化为中间信号，同时将每次绝对位置信号为零度时产生的信号作为零点位置Z信号。
数模转换子单元263用于通过数模转换将中间信号转换为第二信号的C、D相正余弦信号。具体地，数模转换子单元使用以下公式实现数模转换：
C＝sin[(p/8191)·2π]
D＝-cos[(p/8191)·2π]
以上公式中，C表示第二信号的C信号的值，D表示第二信号的D信号的值，p表示第一信号的绝对位置信号。
在上述的伺服电机反馈信号处理装置中，信号转换单元26输出到数字信号处理器的信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号，该信号转换单元26直接将第一信号的增量信号作为第二信号的A、B相正余弦信号输出。
如图4所示，是本发明伺服电机反馈信号处理方法实施例的流程图，其中反馈信号包括来自第一编码器的第一信号和来自第二编码器的第二信号。该方法包括以下步骤：
步骤S41：将来自第一编码器的第一信号转换为第二信号。
步骤S42：通过数字信号处理器处理来自第二编码器的第二信号和步骤S41产生的第二信号。
在上述的伺服电机反馈信号处理方法中，若第一编码器为绝对值编码器，第二编码器为正余弦编码器，则第一信号包括增量信号A+、A-、B+、B-，第一时钟信号CLK+、CLK-以及绝对位置信号DATA+、DATA-。而由正余弦编码器24产生并经正余弦编码器PG卡转换输出的第二信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号。此时步骤S41包括：将第一信号的增量信号A+、A-、B+、B-直接作为第二信号的A、B相正余弦信号并根据第一时钟信号CLK+、CLK-，并将第一信号中的绝对位置信号DATA+、DATA-通过数模转换转换为第二信号的C、D相正余弦信号，同时将每次绝对位置信号为零度时产生的信号作为零点位置Z信号。特别地，上述数模转换可采用以下公式：
C＝sin[(p/8191)·2π]
D＝-cos[(p/8191)·2π]
以上公式中，C表示第二信号的C信号的值，D表示第二信号的D信号的值，p表示第一信号的绝对位置信号。
相应地，上述步骤S42包括：在数字信号处理器使用正余弦编码器处理代码处理所述第二信号中的A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号。
当然，上述伺服电机反馈信号处理装置及方法也可应用于其他场合，例如第一编码器为正余弦编码器、第二编码器为绝对值编码器的场合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种伺服电机反馈信号处理方法，所述反馈信号包括来自第一编码器的第一信号和来自第二编码器的第二信号，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(a)将来自所述第一编码器的第一信号转换为第二信号；
(b)通过数字信号处理器处理来自第二编码器的第二信号和步骤(a)产生的第二信号。
2.根据权利要求1所述的伺服电机反馈信号处理方法，其特征在于：所述第一编码器为绝对值编码器，所述第二编码器为正余弦编码器。
3.根据权利要求2所述的伺服电机反馈信号处理方法，其特征在于：所述第一信号包括增量信号、第一时钟信号以及绝对位置信号，所述第二信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号，所述步骤(a)包括：将第一信号的增量信号直接作为第二信号的A、B相正余弦信号并根据第一时钟信号通过数模转换将所述绝对位置信号转换为第二信号的C、D相正余弦信号，同时将每次绝对位置信号为零度时产生的信号作为零点位置Z信号。
4.根据权利要求3所述的伺服电机反馈信号处理方法，其特征在于：所述步骤(b)包括：数字信号处理器使用正余弦编码器处理代码处理所述第二信号中的A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号。
5.根据权利要求3所述的伺服电机反馈信号处理方法，其特征在于：所述步骤(a)中的数模转换采用以下公式：
C＝sin[(p/8191)·2π]
D＝-cos[(p/8191)·2π]
以上公式中，C表示第二信号的C信号的值，D表示第二信号的D信号的值，p表示第一信号的绝对位置信号。
6.一种伺服电机反馈信号处理装置，所述反馈信号包括来自第一编码器的第一信号和来自第二编码器的第二信号，其特征在于：所述装置包括：用于将所述第一信号转换为第二信号的信号转换单元，所述信号转换单元将所述第二信号输出到变频器数字信号处理器。
7.根据权利要求6所述的伺服电机反馈信号处理装置，其特征在于：所述第一编码器为绝对值编码器，所述第二编码器为正余弦编码器。
8.根据权利要求7所述的伺服电机反馈信号处理装置，其特征在于：所述第一信号包括增量信号、第一时钟信号以及绝对位置信号，所述第二信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号；信号转换单元包括通信控制子单元、微控制器、数模转换子单元；其中：所述通信控制子单元，用于获取第一信号中的绝对位置信号；所述微控制器，用于将第一信号中的绝对位置信号转换为中间信号，同时将每次绝对位置信号为零度时产生的信号作为零点位置Z信号；所述数模转换子单元，用于通过数模转换将所述中间信号转换为第二信号的C、D相正余弦信号。
9.根据权利要求8所述的伺服电机反馈信号处理装置，其特征在于：所述数模转换子单元使用以下公式实现数模转换：
C＝sin[(p/8191)·2π]
D＝-cos[(p/8191)·2π]
以上公式中，C表示第二信号的C信号的值，D表示第二信号的D信号的值，p表示第一信号的绝对位置信号。
10.根据权利要求8所述的伺服电机反馈信号处理装置，其特征在于：所述信号转换单元输出到数字信号处理器的信号包括A、B、C、D四路正余弦信号及零点位置Z信号，该信号转换单元直接将第一信号的增量信号作为第二信号的A、B相正余弦信号输出。
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