CN113418544B - 一种基于qep的编码器初始位置自动标定方法 - Google Patents

一种基于qep的编码器初始位置自动标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于QEP的编码器初始位置自动标定方法，包括DSP处理器模块、电机以及待测编码器；所述DSP处理器模块包括QEP模块、Decoder模块、MTEP模块和锁存模块；其具体标定步骤如下：1）通过开环控制方式启动电机运行一定时间；2）QEP模块采集待测编码器的A、B、Z脉冲信号；3）Decoder模块进行比较计算，得到电机转子的位置的机械角度值；4）MTEP模块将接收到的机械角度转换为电角度值，此时的电角度值即为编码器初始位置偏移角度值。本发明能够对角度编码器进行高精确度的标定。

Description

一种基于QEP的编码器初始位置自动标定方法
技术领域
本发明涉及编码器技术领域，尤其涉及一种基于QEP的编码器初始位置自动标定方法。
背景技术
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其旋转方向的判别和脉冲数量的增减借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z信号，作为参考机械零位。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用 90 度相位差的 A、B两路信号对原脉冲数进行倍频，或者更换高分辨率编码器。
增量式角度数字编码器是在一个码盘的边缘上开有相等角度的缝隙（分为透明和不透明部分），在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件。当码盘随工作轴一起转动时，每转过一个缝隙就产生一次光线的明暗变化，再经整形放大，可以得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号，脉冲数就等于转过的缝隙数。将该脉冲信号送到计数器中去进行计数，从测得的数码数就能知道码盘转过的角度。
现有技术的角度编码器的标定方法是角度编码器组装完成后，通过与高精度编码器的对比测量获取其工作误差，并根据误差对角度编码器的实际测量值进行修正，从而达到提高角度编码器检测精度的目的。但是，现有技术的角度编码器的标定方法的误差是简单测量得出来的，因此导致其工作误差的获取并不精确，直接影响到了角度编码器的测量精度。因此，为了提高角度编码器的检测精度，如何针对角度编码器的标定完成高精确度的标定，已经成为角度编码器在应用过程中一项亟待解决的关键技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有角度编码器的标定精确度低的问题，提供一种基于QEP的编码器初始位置自动标定方法，能够对角度编码器进行高精确度的标定，并实现自动标定，大大提高编码器的精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于QEP的编码器初始位置自动标定方法，其特征在于：包括DSP处理器模块、电机以及待测编码器；所述待测编码器与电机轴相连，所述DSP处理器模块同时与电机和待测编码器相连，其包括QEP模块、Decoder模块、MTEP模块和锁存模块；其具体标定步骤如下：
1）开始标定后，等待一定时间T1，通过开环控制方式启动电机以设定频率F运行一定时间，然后等待一定时间T2后复位；
2）电机运行过程中，QEP模块采集待测编码器的A、B、Z脉冲信号，并对采集到的脉冲信号计数，得到A、B脉冲的n倍总计数值为Cnt；每当Z脉冲信号位于下降沿时，锁存此时的计数器计数值ICnt；然后将得到的数据传递给Decoder模块；
3）Decoder模块对得到的脉冲计数值为Cnt和计数器计数值ICnt进行比较计算，得到电机转子的位置的机械角度值，并将该机械角度值发送给MTEP模块；
4）MTEP模块将接收到的机械角度转换为电角度值，此时的电角度值即为编码器初始位置偏移角度值，当等待时间T2结束后，锁存模块锁存该偏移角度值，用于后续控制补偿。
进一步地，5）最后，将得到的偏移角与施加到电机转子的电角度值相加得到转子位置角，并加载到电机矢量控制中，实现电机的闭环控制。
进一步地，Decoder模块计算过程中：
当编码器顺时针旋转时：
如果CntICnt，电机位置计数值为PCnt =Cnt-ICnt；
如果CntICnt并且电机转子轴旋转方向不发生改变，电机位置计数值为PCnt=Cnt-ICnt；
如果CntICnt并且电机转子轴旋转方向发生改变，电机位置计数值为PCnt= PCntR-(ICnt -Cnt)；
当编码器逆时针旋转时：
如果ICntCnt，电机位置计数值为PCnt= PCntR –( ICnt- Cnt)；
如果ICntCnt并且电机转子轴旋转方向不发生改变，电机位置计数值为PCnt=PCntR –( ICnt- Cnt)；如果ICntCnt并且电机转子轴旋转方向发生改变，电机位置计数值为PCnt= Cnt-Icnt；
Decoder模块计算输出的机械角度值=2*pi* PCnt / (ES×ECPS)；
其中：PCnt：Position count 电机位置计数值，ICnt：Index_count 锁存计数值，PCntR：Counts per revolution 电机每转脉冲值， ES：Encoder slits 编码器齿数，ECPS：Encoder counts per slit 编码器每个齿的计数值，radians。
进一步地，MTEP模块计算过程中，电气角度值；机械角度值；为电机极对数。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
采用本方案能够对角度编码器的标定完成高精确度的标定，并实现自动标定，从而大大提高编码器的精度，同时自动标定算法简单，CPU占用时间少，标定效率高。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明的工作流程图。
图3脉冲计数示意图。
图4为QEP模块的时序图。
其中，图4中，QDIR表示计数方向，高电平为增计数，低电平为减计数；Latch Icnt为锁存偏移角。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1-图4，一种基于QEP的编码器初始位置自动标定方法，包括DSP处理器模块、电机以及待测编码器；所述待测编码器与电机轴相连，所述DSP处理器模块同时与电机和待测编码器相连，其包括QEP模块、Decoder模块、MTEP模块和锁存模块；用于实现编码器脉冲的采集和对脉冲值进行计数，同时，对电机开环运行、闭环运行、编码器角度解算。具体标定步骤如下：
1）开始标定后，等待一定时间T1（通常设定为2s），以进行自检和初始化；然后，通过开环控制方式启动电机以设定频率F运行一定时间（使能电机闭环控制），然后等待一定时间T2（通常设定为10s）后复位，即10s时，电机转子回到初始位置。
2）电机运行过程中，QEP模块采集待测编码器的A、B、Z脉冲信号，并对采集到的脉冲信号计数，得到A、B脉冲的n倍总计数值为Cnt；每当Z脉冲信号位于下降沿时，锁存此时的计数器计数值ICnt；然后将得到的数据传递给Decoder模块。
3）Decoder模块对得到的脉冲计数值为Cnt和计数器计数值ICnt进行比较计算，得到电机转子的位置的机械角度值，并将该机械角度值发送给MTEP模块。
Decoder模块计算过程中：
当编码器顺时针旋转时：
如果CntICnt，电机位置计数值为PCnt =Cnt-ICnt；
如果CntICnt并且电机转子轴旋转方向不发生改变，电机位置计数值为PCnt=Cnt-ICnt；
如果CntICnt并且电机转子轴旋转方向发生改变，电机位置计数值为PCnt= PCntR-(ICnt -Cnt)；
当编码器逆时针旋转时：
如果ICntCnt，电机位置计数值为PCnt= PCntR –( ICnt- Cnt)；
如果ICntCnt并且电机转子轴旋转方向不发生改变，电机位置计数值为PCnt=PCntR –( ICnt- Cnt)；如果ICntCnt并且电机转子轴旋转方向发生改变，电机位置计数值为PCnt= Cnt-Icnt；
Decoder模块计算输出的机械角度值=2*pi* PCnt / (ES×ECPS) （radians）；
其中：PCnt：Position count 电机位置计数值，ICnt：Index_count 锁存计数值，PCntR：Counts per revolution 电机每转脉冲值，（PCntR=ES×ECPS）ES：Encoder slits编码器齿数（编码器参数，由编码器厂商提供，一般为1024、2048、4096），ECPS：Encodercounts per slit 编码器每个齿的计数值 (等于分频数n，比如n=4，编码器每个齿的产生的脉冲计数值为4)，radians：弧度（单位名称）。
4）MTEP模块将接收到的机械角度转换为电角度值，此时的电角度值即为编码器初始位置偏移角度值；当等待时间T2结束后，锁存模块锁存该偏移角度值，用于后续控制补偿；即10s结束后，记录编码器计算的位置角，此时的位置角就是编码器偏移角。Latch CNT是为了锁存编码器计算的偏移角，相当于记录此时的角度。具体地，0-9s时，LATCH模块输入值等于输出输出值，10S后，LATCH模块输出的值一直保持10s时锁存的值。其中，电气角度值；机械角度值；为电机极对数。
5）最后，关闭电机开环控制；将得到的偏移角与施加到电机转子的电角度值相加得到转子位置角，并加载到电机矢量控制中，实现电机的闭环控制（使能电机闭环控制）。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种基于QEP的编码器初始位置自动标定方法，其特征在于：包括DSP处理器模块、电机以及待测编码器；所述待测编码器与电机轴相连，所述DSP处理器模块同时与电机和待测编码器相连，其包括QEP模块、Decoder模块、MTEP模块和锁存模块；其具体标定步骤如下：
1)开始标定后，等待一定时间T1，通过开环控制方式启动电机以设定频率F运行一定时间，然后等待一定时间T2后复位；
2)电机运行过程中，QEP模块采集待测编码器的A、B、Z脉冲信号，并对采集到的脉冲信号计数，得到A、B脉冲的n倍总计数值为Cnt；每当Z脉冲信号位于下降沿时，锁存此时的计数器计数值ICnt；然后将得到的数据传递给Decoder模块；
3)Decoder模块对得到的脉冲计数值为Cnt和计数器计数值ICnt进行比较计算，得到电机转子的位置的机械角度值θm，并将该机械角度值θm发送给MTEP模块；Decoder模块计算过程中：
当编码器顺时针旋转时：
如果Cnt≤ICnt，电机位置计数值为PCnt＝Cnt-ICnt；
如果Cnt>ICnt并且电机转子轴旋转方向不发生改变，电机位置计数值为PCnt＝Cnt-ICnt；
如果Cnt>ICnt并且电机转子轴旋转方向发生改变，电机位置计数值为PCnt＝PCntR-(ICnt-Cnt)；
当编码器逆时针旋转时：
如果ICnt>Cnt，电机位置计数值为PCnt＝PCntR–(ICnt-Cnt)；
如果ICnt<Cnt并且电机转子轴旋转方向不发生改变，电机位置计数值为PCnt＝PCntR–(ICnt-Cnt)；如果ICnt<Cnt并且电机转子轴旋转方向发生改变，电机位置计数值为PCnt＝Cnt-Icnt；
Decoder模块计算输出的机械角度值θm＝2*pi*PCnt/(ES×ECPS)(radians)；
其中：PCnt：Position count电机位置计数值，ICnt：Index_count锁存计数值，PCntR：Counts per revolution电机每转脉冲值，ES：Encoder slits编码器齿数，ECPS：Encodercounts per slit编码器每个齿的计数值，radians：弧度；
4)MTEP模块将接收到的机械角度θm转换为电角度值θ‘e，此时的电角度值θ‘e即为编码器初始位置偏移角度值θoffset，当等待时间T2结束后，锁存模块锁存该偏移角度值θoffset，用于后续控制补偿；MTEP模块计算过程中，电气角度值θ‘e＝p×θm；θm机械角度值；p为电机极对数；
5)最后，将得到的偏移角θoffset与施加到电机转子的电角度值θe相加得到转子位置角，并加载到电机矢量控制中，实现电机的闭环控制。
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