CN106411211A - 一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统及方法 - Google Patents

一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统及方法，其系统包括微处理器和电源模块，微处理器的输入端接有光电编码器信号调理电路，光电编码器信号调理电路的输入端与混合式光电编码器的输出端连接，微处理器的输出端接有三相功率驱动器，伺服电机与三相功率驱动器的输出端连接；其方法包括步骤：一、将混合式光电编码器与伺服电机同轴安装；二、混合式光电编码器检测伺服电机旋转的绝对位置信号和相对位置信号，微处理器利用伺服电机旋转的相对位置信号对绝对位置信号进行校正。本发明的设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便，标定效率高，节省人力物力，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统及方法
技术领域
本发明属于编码器绝对位置信号标定技术领域，具体涉及一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统及方法。
背景技术
在伺服电机控制领域，为了进行位置或速度的精确控制以及提高伺服电机的控制性能，往往需要知道转子的初始位置以及运行过程中的位置以及速度信息，这可以通过安装转子位置传感器来获得。其中带绝对位置信息U、V、W的增量光电编码器，具有初始定位信息、位置辨识精度高、价格适中等特点，在各类需要初始定位信息的电机转子位置及速度检测领域应用广泛。对混合式光电编码器而言，一般绝对位置信号的精度远低于增量式位置信号的精度。绝对位置信号一般用于启动定位，而相对位置信号一般用于进行高精度的运行控制。
与其他类型的传感器一样，混合式光电编码器中绝对位置信号和相对位置信号都存在着偏差，由于绝对位置信号精度低，偏差范围也大，这对伺服电机的启动性能影响较大；若在运行控制中采用绝对位置信号进行位置、速度监测或控制时，也会引入相应的误差，影响伺服系统的控制性能。因此，需要对绝对位置信号进行标定和校准，目前，混合式光电编码器绝对位置信号都由厂家进行标定，用户并无有效的方法进行标定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便且成本低、使用操作方便、标定效率高、节省人力物力、实用性强、使用效果好、便于推广使用的混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：包括微处理器和为系统中各用电单元供电的电源模块，所述微处理器的输入端接有用于对混合式光电编码器检测到的伺服电机旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行放大与滤波处理的光电编码器信号调理电路，所述光电编码器信号调理电路的输入端与混合式光电编码器的输出端连接，所述微处理器的输出端接有用于驱动装有混合式光电编码器的伺服电机的三相功率驱动器，所述伺服电机与三相功率驱动器的输出端连接。
上述的一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：所述微处理器为数字信号处理器TMS320F2808。
上述的一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：所述三相功率驱动器的型号为PM150RLA120。
上述的一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：所述混合式光电编码器的型号为AMT313Q。
本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、实现方便、标定效率高的混合式光电编码器的绝对位置信号标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将混合式光电编码器与伺服电机同轴安装；
步骤二、混合式光电编码器检测伺服电机旋转的绝对位置信号和相对位置信号，微处理器利用伺服电机旋转的相对位置信号对绝对位置信号进行校正，具体过程为：
步骤201、微处理器根据混合式光电编码器能够检测的绝对位置信号的数量k，将一周360°的机械角度划分为N个扇区，其中，N＝2k；
步骤202、微处理器设定各个扇区的绝对位置信号的初始误差补偿值为0；
步骤203、微处理器控制三相功率驱动器驱动伺服电机旋转，伺服电机旋转过程中，混合式光电编码器对伺服电机旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行实时检测并将检测到的信号输出给光电编码器信号调理电路，光电编码器信号调理电路对其接收到的信号进行放大与滤波处理后，输出给微处理器；
步骤204、微处理器对光电编码器信号调理电路输出的伺服电机旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行周期性采样，并检测相对位置信号中的索引信号Z的上升沿位置，当检测到索引信号Z的上升沿位置时，将索引信号Z的上升沿位置作为机械位置零点，从机械位置零点开始，读取伺服电机旋转一周机械角度时每个扇区内的相对位置信号脉冲数，并记录伺服电机旋转一周后相对位置信号脉冲数的总计数值；将第x个扇区内的相对位置信号脉冲数记为SPx，将伺服电机旋转一周后相对位置信号脉冲数的总计数值记为PM；其中，x的取值为1～N的自然数；
步骤205、微处理器根据公式计算得到单个扇区内的相对位置信号脉冲数的理论值SP；
步骤206、微处理器根据公式SCMpx＝SP-SPx更新各个扇区的绝对位置信号的误差补偿值，其中，SCMpx为第x个扇区的绝对位置信号的误差补偿值。
上述的方法，其特征在于：步骤204中微处理器对光电编码器信号调理电路输出的伺服电机旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行周期性采样的采样周期为50us。
上述的方法，其特征在于：步骤201中所述k的取值为3，步骤204中所述伺服电机旋转的绝对位置信号包括U相信号、V相信号和W相信号，所述伺服电机旋转的相对位置信号包括A相信号、B相信号和索引信号Z；步骤204中所述微处理器从机械位置零点开始，读取伺服电机旋转一周机械角度时每个扇区内的相对位置信号脉冲数时，将U相信号、V相信号和W相信号的非一致二进制值的组合确定出的十进制数确定为当前的扇区号。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统的结构简单，设计合理，实现方便且成本低。
2、本发明混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统的使用操作方便。
3、本发明利用混合式光电编码器精度较高的相对位置信号对精度较低的绝对位置信号进行校正，简化了现有混合光电编码器绝对位置信号偏差检测技术的难度和复杂度，在不影响应用系统的情况下，能够自动实现对绝对位置信号的标定，无需耗费太多的人力物力。
4、本发明对混合式光电编码器的绝对位置信号的标定效率高，能够显著简化混合式光电编码器的绝对位置信号的标定过程，无需增加额外工装。
5、本发明混合式光电编码器的绝对位置信号标定方法的方法步骤简单，设计合理，实现方便，标定效率高。
6、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明的设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便，标定效率高，节省人力物力，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统的立体图。
图2为本发明混合式光电编码器的绝对位置信号标定方法的方法流程框图。
附图标记说明:
1—微处理器； 2—电源模块； 3—三相功率驱动器；
4—光电编码器信号调理电路； 5—伺服电机； 6—混合式光电编码器。
具体实施方式
如图1所示，本发明的混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，包括微处理器1和为系统中各用电单元供电的电源模块2，所述微处理器1的输入端接有用于对混合式光电编码器6检测到的伺服电机5旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行放大与滤波处理的光电编码器信号调理电路4，所述光电编码器信号调理电路4的输入端与混合式光电编码器6的输出端连接，所述微处理器1的输出端接有用于驱动装有混合式光电编码器的伺服电机5的三相功率驱动器3，所述伺服电机5与三相功率驱动器3的输出端连接。
本实施例中，所述微处理器1为数字信号处理器TMS320F2808。
本实施例中，所述三相功率驱动器3的型号为PM150RLA120。
本实施例中，所述混合式光电编码器6的型号为AMT313Q。
如图2所示，本发明的混合式光电编码器的绝对位置信号标定方法，包括以下步骤：
步骤一、将混合式光电编码器6与伺服电机5同轴安装；
步骤二、混合式光电编码器6检测伺服电机5旋转的绝对位置信号和相对位置信号，微处理器1利用伺服电机5旋转的相对位置信号对绝对位置信号进行校正，具体过程为：
步骤201、微处理器1根据混合式光电编码器能够检测的绝对位置信号的数量k，将一周360°的机械角度划分为N个扇区，其中，N＝2k；
步骤202、微处理器1设定各个扇区的绝对位置信号的初始误差补偿值为0；
步骤203、微处理器1控制三相功率驱动器3驱动伺服电机5旋转，伺服电机5旋转过程中，混合式光电编码器6对伺服电机5旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行实时检测并将检测到的信号输出给光电编码器信号调理电路4，光电编码器信号调理电路4对其接收到的信号进行放大与滤波处理后，输出给微处理器1；具体实施时，所述光电编码器信号调理电路4将且接收到的信号调理为0或3.3V的脉冲信号；所述微处理器1通过内置的PWM模块产生占空比为10％的PWM驱动信号，控制三相功率驱动器3以“三相六状态”模式驱动伺服电机5旋转，即三相功率驱动器3根据微处理器1输出给其的PWM驱动信号，将伺服电机5相应的绕组接入电源正极或电源地，驱动伺服电机5旋转；
步骤204、微处理器1对光电编码器信号调理电路4输出的伺服电机5旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行周期性采样，并检测相对位置信号中的索引信号Z的上升沿位置，当检测到索引信号Z的上升沿位置时，将索引信号Z的上升沿位置作为机械位置零点，从机械位置零点开始，读取伺服电机5旋转一周机械角度时每个扇区内的相对位置信号脉冲数，并记录伺服电机5旋转一周后相对位置信号脉冲数的总计数值；将第x个扇区内的相对位置信号脉冲数记为SPx，将伺服电机5旋转一周后相对位置信号脉冲数的总计数值记为PM；其中，x的取值为1～N的自然数；
步骤205、微处理器1根据公式计算得到单个扇区内的相对位置信号脉冲数的理论值SP；
步骤206、微处理器1根据公式SCMpx＝SP-SPx更新各个扇区的绝对位置信号的误差补偿值，其中，SCMpx为第x个扇区的绝对位置信号的误差补偿值。
本实施例中，步骤204中微处理器1对光电编码器信号调理电路4输出的伺服电机5旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行周期性采样的采样周期为50us。
本实施例中，步骤201中所述k的取值为3，步骤204中所述伺服电机5旋转的绝对位置信号包括U相信号、V相信号和W相信号，所述伺服电机5旋转的相对位置信号包括A相信号、B相信号和索引信号Z；步骤204中所述微处理器1从机械位置零点开始，读取伺服电机5旋转一周机械角度时每个扇区内的相对位置信号脉冲数时，将U相信号、V相信号和W相信号的非一致二进制值的组合确定出的十进制数确定为当前的扇区号。具体实施时，当U相信号为0，V相信号位0，W相信号位1时，当前的扇区号为001确定出的十进制数1；当U相信号为0，V相信号位1，W相信号位0时，当前的扇区号为010确定出的十进制数2；当U相信号为0，V相信号位1，W相信号位1时，当前的扇区号为011确定出的十进制数3；当U相信号为1，V相信号位0，W相信号位0时，当前的扇区号为100确定出的十进制数4；当U相信号为1，V相信号位0，W相信号位1时，当前的扇区号为101确定出的十进制数5；当U相信号为1，V相信号位1，W相信号位0时，当前的扇区号为110确定出的十进制数6。
例如，步骤204中，第1扇区内的相对位置信号脉冲数SP1＝662；伺服电机5旋转一周后相对位置信号脉冲数的总计数值记为PM＝4096。步骤205中，SP＝4096/6≈683。步骤206中根据公式SCMpx＝SP-SPx计算得到SCMpx＝683-662＝21。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：包括微处理器(1)和为系统中各用电单元供电的电源模块(2)，所述微处理器(1)的输入端接有用于对混合式光电编码器(6)检测到的伺服电机(5)旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行放大与滤波处理的光电编码器信号调理电路(4)，所述光电编码器信号调理电路(4)的输入端与混合式光电编码器(6)的输出端连接，所述微处理器(1)的输出端接有用于驱动装有混合式光电编码器的伺服电机(5)的三相功率驱动器(3)，所述伺服电机(5)与三相功率驱动器(3)的输出端连接。
2.按照权利要求1所述的一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：所述微处理器(1)为数字信号处理器TMS320F2808。
3.按照权利要求1所述的一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：所述三相功率驱动器(3)的型号为PM150RLA120。
4.按照权利要求1所述的一种混合式光电编码器的绝对位置信号标定系统，其特征在于：所述混合式光电编码器(6)的型号为AMT313Q。
5.一种利用如权利要求1所述的系统进行混合式光电编码器的绝对位置信号标定的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将混合式光电编码器(6)与伺服电机(5)同轴安装；
步骤二、混合式光电编码器(6)检测伺服电机(5)旋转的绝对位置信号和相对位置信号，微处理器(1)利用伺服电机(5)旋转的相对位置信号对绝对位置信号进行校正，具体过程为：
步骤201、微处理器(1)根据混合式光电编码器能够检测的绝对位置信号的数量k，将一周360°的机械角度划分为N个扇区，其中，N＝2k；
步骤202、微处理器(1)设定各个扇区的绝对位置信号的初始误差补偿值为0；
步骤203、微处理器(1)控制三相功率驱动器(3)驱动伺服电机(5)旋转，伺服电机(5)旋转过程中，混合式光电编码器(6)对伺服电机(5)旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行实时检测并将检测到的信号输出给光电编码器信号调理电路(4)，光电编码器信号调理电路(4)对其接收到的信号进行放大与滤波处理后，输出给微处理器(1)；
步骤204、微处理器(1)对光电编码器信号调理电路(4)输出的伺服电机(5)旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行周期性采样，并检测相对位置信号中的索引信号Z的上升沿位置，当检测到索引信号Z的上升沿位置时，将索引信号Z的上升沿位置作为机械位置零点，从机械位置零点开始，读取伺服电机(5)旋转一周机械角度时每个扇区内的相对位置信号脉冲数，并记录伺服电机(5)旋转一周后相对位置信号脉冲数的总计数值；将第x个扇区内的相对位置信号脉冲数记为SPx，将伺服电机(5)旋转一周后相对位置信号脉冲数的总计数值记为PM；其中，x的取值为1～N的自然数；
步骤205、微处理器(1)根据公式计算得到单个扇区内的相对位置信号脉冲数的理论值SP；
步骤206、微处理器(1)根据公式SCMpx＝SP-SPx更新各个扇区的绝对位置信号的误差补偿值，其中，SCMpx为第x个扇区的绝对位置信号的误差补偿值。
6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤204中微处理器(1)对光电编码器信号调理电路(4)输出的伺服电机(5)旋转的绝对位置信号和相对位置信号进行周期性采样的采样周期为50us。
7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤201中所述k的取值为3，步骤204中所述伺服电机(5)旋转的绝对位置信号包括U相信号、V相信号和W相信号，所述伺服电机(5)旋转的相对位置信号包括A相信号、B相信号和索引信号Z；步骤204中所述微处理器(1)从机械位置零点开始，读取伺服电机(5)旋转一周机械角度时每个扇区内的相对位置信号脉冲数时，将U相信号、V相信号和W相信号的非一致二进制值的组合确定出的十进制数确定为当前的扇区号。
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