CN109217743B - 一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统及方法,本发明在常规的角度检测、相位映射的基础上,增加了角度限幅和电压缩放的功能,能够根据寄存器配置的角度范围映射到满伏的电压输出,同时还能对满伏电压进行限幅,最后得到需要的输出结果;本发明具有规模小,功耗低,控制简单,角度限幅和电压限幅范围均能灵活配置等特点。同时本发明的相位检测器可实现任意输入精度的运算处理,运算结果精度高,实现简单,面积功耗小;角度和电压限幅配置灵活,可以构造出多种范围的输出电压。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制电路领域,具体涉及一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统及方法。
背景技术
在目前的工业应用中的测速、计数、测角位移和直线位移等方面,磁角度编码器采用磁电式设计,通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置,利用磁器件代替了传统的码盘,更具抗震、耐腐蚀、耐污染、性能可靠、精度高、结构更简单的优点,因此得到了越来越广泛的应用。
磁角度编码器分为绝对式和增量式两种,常见的绝对式角度编码器的角度和输出电压成正比例关系,如图1所示。
然而,在当前工业控制技术需求越来越多,功能越来越复杂的发展趋势下,单纯的基于正比例控制关系的电压控制已经不能很好的满足用户的需求,需要在原来的技术基础上改进,得倒更复杂更灵活的控制方式。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统及方法。该系统及方法在常规的角度检测、相位映射的基础上,增加了角度限幅和电压缩放的功能,能够根据寄存器配置的角度范围映射到满伏的电压输出,同时还能对满伏电压进行限幅,最后得到需要的输出结果。
本发明通过下述技术方案实现:
一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统,该系统包括:相位检测器、数字滤波器以及角度处理电路;
所述相位检测器,对输入的水平方向和垂直方向的磁场强度进行处理得到当前转子对应的角度值;
所述数字滤波器,对相位检测器得到的角度值进行平滑滤波;
所述角度处理电路,对经数字滤波器滤波后的角度值进行0点变换,根据输出端的需要对变换后的角度值进行限幅和缩放,并映射到对应的电压上输出。
进一步,所述角度处理电路包括角度0点模块、角度限幅模块、电压限幅模块。
进一步,所述角度0点模块,用于将平滑滤波后的角度值进行0点变换,得到新的角度,令0点对应的角度为θ,输入角度为α则变换后的角度值β为:0 点变换后的角度值依次通过所述角度限幅模块和所述电压限幅模块,根据输出端的需要对变换后的角度值进行限幅和缩放,并映射到对应的电压上输出。
进一步,所述限幅的角度为θmax,则受到输出限制的角度范围为λ=(360-θmax)。
进一步,所述相位检测器根据水平方向和垂直方向的磁场强度,采用CORDIC计算方法得到当前转子转动的角度值。
另一方面,本发明还提出了一种绝对式磁角度编码器输出电压控制方法,该方法包括以下步骤:
通过相位检测器对输入的水平方向和垂直方向的磁场强度进行处理得到当前转子对应的角度值;
相位检测器得到的角度值送入数字滤波器进行平滑滤波;
采用角度处理电路对经数字滤波器滤波后的角度值进行0点变换,根据输出端的需要对变换后的角度值进行限幅和缩放,并映射到对应的电压上输出。
进一步,所述角度处理电路包括角度0点模块、角度限幅模块、电压限幅模块。
进一步,所述角度0点模块,用于将平滑滤波后的角度值进行0点变换,得到新的角度,令0点对应的角度为θ,输入角度为α则变换后的角度值β为:0 点变换后的角度值依次通过所述角度限幅模块和所述电压限幅模块,所述角度限幅模块和所述电压限幅模块根据输出端的需要对变换后的角度值进行限幅和缩放,并映射到对应的电压上输出。
进一步,所述限幅的角度为θmax,则受到输出限制的角度范围为λ=(360-θmax)。
进一步,所述相位检测器根据水平方向和垂直方向的磁场强度,采用CORDIC计算方法得到当前转子转动的角度值。
本发明具有如下的优点和有益效果:
本发明在常规的角度检测、相位映射的基础上,增加了角度限幅和电压缩放的功能,能够根据寄存器配置的角度范围映射到满伏的电压输出,同时还能对满伏电压进行限幅,最后得到需要的输出结果;本发明具有规模小,功耗低,控制简单,角度限幅和电压限幅范围均能灵活配置等特点。同时本发明的相位检测器可实现任意输入精度的运算处理,运算结果精度高,实现简单,面积功耗小;角度和电压限幅配置灵活,可以构造出多种范围的输出电压。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为现有的绝对式角度编码器的角度和输出电压关系图。
图2为本发明的系统结构框图。
图3为本发明的平滑滤波数字实现图。
图4为本发明角度限幅后的绝对式角度编码器的角度和输出电压关系图。
图5为本发明电压限幅后的绝对式角度编码器的角度和输出电压关系图。
图6为本发明角度限幅和电压限幅后的绝对式角度编码器的角度和输出电压关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例
如图2所示,本实施例提供了一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统,该控制系统包括:相位检测器、数字滤波器以及角度处理电路。
水平和垂直两个方向的磁场强度经过模数转换后送入相位检测器,相位检测器内部通过 CORDIC算法得到当前转子转动的角度值,该算法支持任意精度的整数和小数位数据输入,并按配置工作在符号时钟下或者系统时钟下。
相位检测器估计出的角度送入数字滤波器中进行平滑滤波,以过滤掉突发噪声的干扰。平滑滤波的处理公式为:
y(n)=αx(n)+(1-α)y(n-1)
其中,α为寄存器配置的介于0~1之间的常数,x(n)为当前时刻输入值, y(n)为当前时刻输出值,y(n-1)为上一时刻输出值。
数字实现方式如图3所示,其中S表示符号延迟,代表新的数据到来时才进行的运算; D表示时钟延迟,代表系统时钟下的运算。由图3可知,在新的数据到来后,一共需要2个系统时钟完成计算,这就要求x(n)的更新频率至少为2个系统时钟一次。从实际运用上看,角度更新频率是远远低于系统时钟频率的,所以该条件很容易满足。
经过0点变换后的角度值依次通过所述角度限幅模块和所述电压限幅模块,所述角度限幅模块和所述电压限幅模块根据输出端的需要对变换后的角度值进行限幅和缩放,并映射到对应的电压上输出,包括以下三种情况:
a,仅进行角度限幅
变换后的角度值与寄存器配置的角度限幅范围比较,会得到角度限幅后的输出曲线。限幅的角度值记为θmax,令λ=(360-θmax),即为受到输出限制的角度范围(分为最高电压限制和最低电压限制两部分)。其对应的模拟电压输出如图4所示。
b,仅进行电压限幅
根据寄存器配置的电压限幅范围,输出电压的范围会限制在一个范围VDD1~VDD2。其对应的模拟电压输出如图5所示。
c,进行角度限幅和电压限幅
角度范围会限制在0°~θmax,输出电压的范围会限制在VDD1~VDD2,角度限幅后的输出根据需要进行电压限幅处理,其对应的模拟电压输出如图6所示。
以上角度限幅和电压限幅过程中,可以通过VDD1、VDD2和λ的值联立求解一次函数y =kx+b中的k和b。k和b带回到函数中,再根据不同的x(角度)值得到电压限幅后的输出y,得到最终输出的电压值。可以看到,经过角度限幅或电压限幅的电压输出曲线的斜率,和未经过任何特殊处理的电压输出曲线斜率是不同的。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统,其特征在于,该系统包括:相位检测器、数字滤波器以及角度处理电路;
所述相位检测器,对输入的水平方向和垂直方向的磁场强度进行处理得到当前转子对应的角度值;
所述数字滤波器,对相位检测器得到的角度值进行平滑滤波;
所述角度处理电路,对经数字滤波器滤波后的角度值进行0点变换,根据输出端的需要对变换后的角度值进行限幅和缩放,并映射到对应的电压上输出;
2.根据权利要求1所述的一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统,其特征在于,所述限幅的角度为θmax,则受到输出限制的角度范围为λ=(360-θmax)。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种绝对式磁角度编码器输出电压控制系统,其特征在于,所述相位检测器根据水平方向和垂直方向的磁场强度,采用CORDIC计算方法得到当前转子转动的角度值。
4.一种绝对式磁角度编码器输出电压控制方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
通过相位检测器对输入的水平方向和垂直方向的磁场强度进行处理得到当前转子对应的角度值;
相位检测器得到的角度值送入数字滤波器进行平滑滤波;
采用角度处理电路对经数字滤波器滤波后的角度值进行0点变换,根据输出端的需要对变换后的角度值进行限幅和缩放,并映射到对应的电压上输出;
5.根据权利要求4所述的一种绝对式磁角度编码器输出电压控制方法,其特征在于,所述限幅的角度为θmax,则受到输出限制的角度范围为λ=(360-θmax)。
6.根据权利要求4-5任一项所述的一种绝对式磁角度编码器输出电压控制方法,其特征在于,所述相位检测器根据水平方向和垂直方向的磁场强度,采用CORDIC计算方法得到当前转子转动的角度值。
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