CN103365245A - 纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法 - Google Patents

纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法 Download PDF

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CN103365245A CN2012100936489A CN201210093648A CN103365245A CN 103365245 A CN103365245 A CN 103365245A CN 2012100936489 A CN2012100936489 A CN 2012100936489A CN 201210093648 A CN201210093648 A CN 201210093648A CN 103365245 A CN103365245 A CN 103365245A
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Abstract

一种纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，包括如下步骤：一解角器激磁讯号由讯号同步撷取单元产生，由解角器同步所感应的转动角度的sin及cos讯号，将讯号解析处理后形成
Figure DDA0000149788240000011
及
Figure DDA0000149788240000012
讯号；将
Figure DDA0000149788240000013
及讯号与模拟追踪角度的sin及cos讯号产生偏差信号
Figure DDA0000149788240000015
将偏差信号
Figure DDA0000149788240000016
经观察器产生转角速度信号ω；将转角速度信号ω经追踪滤波器所得形成及
Figure DDA0000149788240000018
讯号的模拟角度，将与
Figure DDA0000149788240000019
及
Figure DDA00001497882400000110
讯号比较，构成解角器角度撷取控制回路以产生单圈信号，再经积分器及微分器产生角度多圈讯号及解角器以利于工具机或自动化机器的方位及速度控制及量测。本发明以利整合于现代的数字控制系统，提高其精准度及速度。

Description

纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法
技术领域
本发明涉及一种纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，尤指一种可供输出角度多圈信号，以提高工具机或自动化机器的精密度及动性的角度撷取及讯号处理装置。
背景技术
一般的高速及精密工具机或自动化机器，所使用的高动性伺服驱动组什，需要高准确度及动性角度回授组件来控制及量测传动系统方位，方可维持工具机或自动化机器的准确操作。现有的校正及测试方法，一般角度回授组件皆为增量式(incremental)编码器(encoder)，基于光电原理对工作环境或温度变化敏感，机械装配要求较高，因此其精准度及速度较不确定，相对的解角器高分辨率的增量式编码器价格昂贵但工作于电磁原理构造简单牢固，工作环境要求不高且属绝对式编码器适用于异步或同步驱动系统。申请人有鉴于此，乃秉持从事该项业务多年的经验，经不断研究、实验，遂萌生设计一种解角器角度撷取及讯号处理装置，尤指一种可供输出高动性单圈及多圈角度及速度信号，以利应用于工具机或自动化机器的校正及测试，进而提高其精准度及速度。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，以利整合于现代的数字控制系统，取代目前现有复杂又昂贵的模拟硬件式解角器及角度数字转换器，可供输出高动性单圈及多圈角度及速度信号，以利应用于工具机或自动化机器的校正及测试，进而提高其精准度及速度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，包含解角器讯号同步撷取单元、偏差矫正器、观察器、追踪滤波器、三角函数信号产生器及积分器。其中，该讯号撷取单元提供激磁讯号至解角器由解角器同步所感的角度正弦sin及余弦cos讯号输出至矫正器，与模拟的角度偏差矫正器产生偏差矫正信号，再于观察器产生转角速度信号，模拟角度的正弦及余弦于追踪滤波器形成模拟的角度
Figure BDA0000149788220000021
经由三角函数信号产生器产生
Figure BDA0000149788220000022
及
Figure BDA0000149788220000023
讯号，并回馈至偏差矫正器与
Figure BDA0000149788220000024
及
Figure BDA0000149788220000025
讯号比较连续校正实际角度构成控制回路经由积分器获得多圈角度信号，以利于工具机或自动化机器的方位控制及量测，进而提高系统的精准度及动性。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中该解角器激磁讯号由同步撷取单元所产生，因此，解角器转动角度所感应的解角器正弦讯号sin及余弦讯号cos与撷取讯号同步，进而达成与系统控制同步。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中该偏差信号
Figure BDA0000149788220000026
由偏差矫正器所产生。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中将偏差信号直接产生转角速度信号ω，为观察器。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中该观察器为PI型观察器，以确保模拟角度与实际角度没有误差。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中将该转角速度信号ω形成模拟角度，为追踪滤波器，以降低两者间延迟。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中该追踪滤波器为多次元数字滤波器。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中产生
Figure BDA0000149788220000028
及
Figure BDA0000149788220000029
讯号为三角函数信号产生器。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中该三角函数信号产生器于产生
Figure BDA00001497882200000210
及
Figure BDA00001497882200000211
模拟讯号后，将其讯号回馈至偏差矫正器与实际角度的
Figure BDA00001497882200000212
及
Figure BDA00001497882200000213
讯号相比较。
前述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其中该角度多圈信号由积分器所产生。
本发明的有益效果是，以利整合于现代的数字控制系统，取代目前现有复杂又昂贵的模拟硬件式解角器及角度数字转换器，可供输出高动性单圈及多圈角度及速度信号，以利应用于工具机或自动化机器的校正及测试，进而提高其精准度及速度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的较佳实施例电路方块图。
图中标号说明：
1解角器讯号同步撷取单元   2偏差矫正器
3观察器                   4追踪滤波器
5三角函数信号产生器       6积分器
具体实施方式
请参阅图1所示，为本发明的较佳实施例电路方块图。如图所示，本发明包含解角器讯号图步撷取单元1、偏差矫正器2、观察器3、追踪滤波器4、三角函数信号产生器5及积分器6。其中，该讯号撷取单元1供输出解角器转动角度的正弦sin及余弦cos讯号，将讯号及追踪的角度模拟的角度的形成
Figure BDA0000149788220000031
及
Figure BDA0000149788220000032
讯号，将其分别输至偏差矫正器2，于偏差矫正器2产生偏差信号
Figure BDA0000149788220000033
该观察器3，为PI型观察器，其于接收偏差矫正器2所产生的偏差信号
Figure BDA0000149788220000034
后，产生转角速度信号ω，将该转角速度信号ω输至追踪滤波器4，其中，该追踪滤波器4为多次元数字滤波器，于追踪滤波器形成模拟的角度，经由三角函数信号产生器产生其
Figure BDA0000149788220000035
及
Figure BDA0000149788220000036
讯号(模拟角度)，并将及
Figure BDA0000149788220000038
讯号回馈至偏差矫正器与
Figure BDA0000149788220000039
及
Figure BDA00001497882200000310
讯号比较，构成角度控制回路经积分器5及微分器6及蝉联滤波器输出多圈角度信号及转角速度讯号，以利于工具机或自动化机器的方位速度控制及量测，进而提高系统的精准度及速度。
前述本发明的计算公式为：
假设
Figure BDA00001497882200000312
Figure BDA00001497882200000313
其中的
Figure BDA00001497882200000314
及
Figure BDA00001497882200000315
讯号为模拟角度。
Figure BDA00001497882200000316
及
Figure BDA00001497882200000317
为实际角度。
借由前述的方法，应用于工具机或自动化机器的方位速度控制及量测时，较现有纯数字讯号处理操作方式方法，其具备以下的优点：
1、以利应用于数字式控制及信息通讯系统。
2、取代现有的复杂及昂贵的模拟硬件式的解角器数字转换器。
3、使用数字观察器3及追踪滤波器4，使其讯号处理分辨率提高，精准度及动性亦随之提高。
4、利用积分器6，微分器及蝉联滤波器，可实时直接取得单圈及多圈角度方位及转角速度信息以节省自动化系统的校正测试费用。
综上所述，本发明以纯数字操作模式直接取得解角器角度及速度讯号的方式，产生与控制系统同步的模拟角度及速度撷取，进而产生单圈及多圈信号，供同步或异步驱动器马达控制及工具机或自动化机器的定位控制及方位量测，进而提高系统精准度及动性。本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起申请。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
一解角器激磁讯号由讯号同步撷取单元所产生，由解角器同步所感应的转动角度的sin及cos讯号，将讯号解析处理后形成
Figure FDA0000149788210000011
及
Figure FDA0000149788210000012
讯号；
将前述的
Figure FDA0000149788210000013
及
Figure FDA0000149788210000014
讯号与模拟追踪角度的sin及cos讯号产生偏差信号
Figure FDA0000149788210000015
将前述的偏差信号
Figure FDA0000149788210000016
经观察器产生转角速度信号ω；
将转角速度信号ω经追踪滤波器所得形成
Figure FDA0000149788210000017
及讯号的模拟角度，并将与及
Figure FDA00001497882100000110
讯号比较，构成解角器角度撷取控制回路以产生单圈信号，再经积分器及微分器产生角度多圈讯号及解角器以利于工具机或自动化机器的方位及速度控制及量测，进而提高系统精准度及动性。
2.根据权利要求1所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，所述解角器激磁讯号由同步撷取单元所产生，因此，解角器转动角度所感应的解角器正弦讯号sin及余弦讯号cos与撷取讯号同步，进而达成与系统控制同步。
3.根据权利要求1所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，所述偏差信号
Figure FDA00001497882100000111
由偏差矫正器所产生。
4.根据权利要求1所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，将偏差信号
Figure FDA00001497882100000112
直接产生转角速度信号ω，为观察器。
5.根据权利要求4所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，所述观察器为PI型观察器，以确保模拟角度与实际角度没有误差。
6.根据权利要求1所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，将该转角速度信号ω形成模拟角度，为追踪滤波器，以降低两者间延迟。
7.根据权利要求6所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，所述追踪滤波器为多次元数字滤波器。
8.根据权利要求1所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，产生
Figure FDA0000149788210000021
及
Figure FDA0000149788210000022
讯号为三角函数信号产生器。
9.根据权利要求8所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，所述三角函数信号产生器于产生及
Figure FDA0000149788210000024
模拟讯号后，将其讯号回馈至偏差矫正器与实际角度的
Figure FDA0000149788210000025
及讯号相比较。
10.根据权利要求1所述的纯软件解角器角度撷取及讯号处理的方法，其特征在于，所述角度多圈信号由积分器所产生。
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