CN1869598A - 校正编码器的速度的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种校正编码器的速度的方法及其设备。所述方法包括步骤：检测与电动机的驱动速度相对应的电信号；分别计算电信号的多个部分中的电动机的驱动速度值；以计算的顺序存储所述计算的速度值；在从三个或更多连续部分计算的速度值中选择中间速度值；和根据选择的中间速度值校正电动机的驱动速度。

Description

校正编码器的速度的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种校正编码器的速度的方法及其装置。更具体地说，本发明涉及一种通过选择中间速度值校正编码器的速度的方法及其设备。
背景技术
光学编码器方法通常被用于检测诸如电动机的驱动轴的驱动速度或由电动机驱动的被驱动系统的驱动轴的驱动速度。
根据光学编码器方法，光盘——沿其圆周以均匀的间隔布置了多个缝隙——被固定在电动机的驱动轴，并且包括发光部分和光接收部分的编码器传感器单元检测上述缝隙。
控制单元通过从编码器传感器单元输出的电信号计算电动机的驱动速度。
现在将描述计算电动机的驱动速度的方法。通过从编码器传感器单元输出的电信号的H电平部分和L电平部分来计算驱动速度。设置编码器传感器单元的位置以便H电平部分的长度等于L电平部分的长度。
然而，这种方法检测电动机的驱动速度所遭遇的一个困难在于：为了使得从编码器传感器单元输出的电信号的H电平部分的长度等于从编码器传感器单元输出的电信号的L电平部分的长度，要求精确地安装编码器传感器单元，这将需要非常大的努力。
当编码器传感器单元未被精确地安装时，在通过从编码器传感器输出的电信号的H电平部分的长度和从编码器传感器输出的电信号的L电平部分的长度来检测电动机的驱动速度时将产生误差。为了解决上述问题，根据校正编码器的驱动速度的传统方法，H电平部分的长度和L电平部分的长度之和被设置为一个周期以测量相应速度。
然而，根据上述传统技术，尽管在制造车轮编码器(wheel encoder)时在总共360度上以均匀的间隔安排缝隙，但第一缝隙和最后缝隙之间的距离可能不是完全均匀的。因此，在相应周期检测的速度包括由于缝隙之间的距离的偏差导致的误差值。
发明内容
已经研发了本发明的实施例来解决与现有技术相关的上述和其他问题，并且提供了将从随后的描述中显而易见的其他优点。本发明的示例性实施例的一个特征是提供一种通过选择中间速度值来校正编码器的速度的方法及其设备。
为了实现本发明的示例性实施例的上述目的，提供了一种校正编码器的速度的方法，所述方法包括检测与电动机的驱动速度相对应的电信号，分别计算电信号的多个部分中的电动机的驱动速度值，以计算顺序存储所述计算的速度值，在从三个或更多连续部分计算的速度值中选择中间速度值，并根据所述选择的中间速度值校正电动机的驱动速度。
最好，在存储所述计算的速度值时，在第二寄存器中存储的速度值被存储在第三寄存器中，在第一寄存器中存储的速度值被存储在第二寄存器中，并且所述选择的速度值被存储在第一寄存器中。
而且，在选择所述中间速度值时，选择与从三个或更多连续部分计算的速度值的平均值接近的值作为中间速度值。
电信号的多个部分可对应于电信号的一个周期。
电信号的多个部分可对应于电信号的两个周期。
最好通过旋转连接到电动机的驱动轴的车轮编码器来产生电信号。
也可以通过线性驱动连接到电动机的驱动轴的带编码器来产生电信号。
电信号最好是模-数变换的信号。
对所述计算的速度值的存储最好通过三个或更多寄存器来执行。
电动机的驱动速度最好通过接收中间速度值的电动机驱动器单元来校正。
另一方面，提供一种校正编码器的速度的设备。所述设备包括用于检测与电动机的驱动速度相对应的电信号的编码器传感器单元。控制单元根据电信号的多个部分分别计算电动机的驱动速度值，以利用从三个或更多连续部分选择的速度值来选择中间速度值。存储单元以计算的顺序存储所述选择的速度值，以及电动机驱动器单元根据所述选择的中间速度值校正电动机的驱动速度。
最好，所述存储单元将存储于第二寄存器中的速度值存储到第三寄存器，将存储于第一寄存器中的速度值存储到第二寄存器，并且将所述计算的速度值存储到第一寄存器。
控制单元最好选择与从三个或更多连续部分计算的速度值的平均值接近的值作为中间速度值。
电信号的多个部分可对应于电信号的一个周期。
电信号的多个部分也可对应于电信号的两个周期。
电信号最好是通过旋转连接到电动机的驱动轴的车轮编码器而产生。
电信号也可以通过线性驱动连接到电动机的驱动轴的带编码器而产生。
电信号最好是模-数变换的信号。
存储单元最好包含三个或更多寄存器。
附图说明
通过结合附图，本发明的示例性实施例的上述方面和特性将会变得更加清楚，其中：
图1说明了用于根据本发明的示例性实施例校正编码器的速度的设备的结构；
图2说明了根据本发明的示例性实施例从编码器传感器单元输出的电信号；
图3A是说明通过校正电动机的速度的传统方法而测量电动机的速度的结果的图；
图3B是将根据传统方法测量电动机的速度的结果与根据本发明的示例性实施例测量电动机的速度的结果进行比较的图；和
图3C是将根据传统方法测量电动机的速度的结果与根据本发明的另一示例性实施例测量电动机的速度的结果进行比较的图。
贯穿整个附图，可以理解相同的参考标记指代相同的元件、特征和结构。
具体实施方式
通过参考附图将详细描述本发明的示例性实施例。
图1说明了用于根据本发明的示例性实施例校正编码器的速度的设备的结构。
用于根据本发明的示例性实施例校正编码器的速度的设备包括：电动机100、车轮编码器110、编码器传感器单元130、控制单元150、存储单元170、和电动机驱动器单元190。
缝隙(slit)115以均匀的间隔布置在车轮编码器110中，并且存储单元170包括n个寄存器175a、175b、175c、...、和175n。
电动机100典型地是DC电动机，由电动机驱动器单元190的控制而驱动。车轮编码器110连接到将通过驱动电动机100而被驱动的电动机100的驱动轴。应该理解，车轮编码器110仅仅是示例性的，并且可以由带(strip)编码器(未示出)或任何其他合适的编码器装置来代替。在这个情况下，带编码器是通过驱动电动机100而线性驱动的。
而且，缝隙115以均匀的间隔布置在车轮编码器110(或带编码器)中。从编码器传感器单元130输出的电信号在编码器传感器单元130位于缝隙115上时对应于H电平部分，并且当编码器传感器单元130位于除缝隙115之外的部分上时对应于L电平部分。
编码器传感器单元130包括发光部分和光接收部分，并输出电信号以便测量车轮编码器110的驱动速度。所述输出的电信号最好是模-数变换的信号，尽管也可以采用任何其他合适的方案。
控制单元150根据上述电信号的各个部分计算电动机的驱动速度值，并将所述驱动速度值顺序存储在存储单元中，通过存储的驱动速度值从三个或更多连续驱动速度值选择中间速度值，并将中间速度值发送到电动机驱动器单元190。
存储单元170存储来自控制单元150的驱动速度值并最好包括三个或更多寄存器。根据本发明的示例性实施例，存储单元170可被包含于上述控制单元150中。现在将描述在从控制单元150计算的驱动速度值被存储在存储单元170、并且存储单元170包括三个或更多寄存器的情况下的操作原理。
在速度值被预先存储在第一、第二和第三寄存器175a、175b、和175c的情况下，当在新的周期计算速度值时，在第三寄存器175c中存储的速度值被删除，存储在第二寄存器175b中的速度值被存储在第三寄存器175c，并且存储在第一寄存器175a中的速度值被存储在第二寄存器175b。接着，从控制单元150计算的驱动速度值被存储在第一寄存器175a中。
电动机驱动器单元190接收由控制单元150计算的连续三个或更多驱动速度值的中间速度值，并利用其控制电动机100的驱动速度。
图2说明了根据本发明的示例性实施例从编码器传感器单元输出的电信号。参考图2，可确定从编码器传感器单元130输出的电信号的各个部分中由控制单元150计算的电动机100的驱动速度a、b和c。
图2中说明的电信号的周期对应于电信号的一个周期，并且一个周期包括H电平周期200和L电平周期250。
然而，根据本发明的另一示例性实施例，控制单元150可在电信号的每两个周期计算电动机的驱动速度值。为了描述本发明的示例性实施例的操作原理，假设a＜b＜c。
表1说明了从电信号的各个部分计算的驱动速度值被存储在存储单元170的寄存器175a、175b、175c、...175n中的规则。
〔表1〕
  部分1   部分2   部分3   部分4   部分5   部分6
  寄存器1   A   B   b   B   c   b
  寄存器2   -   A   b   B   b   c
  寄存器3   -   B   a   B   b   b
  中间速度   -   B   b   B   b   b
以下，将参考图1、2和表1描述根据本发明的示例性实施例校正编码器的速度的方法。在描述根据本发明的示例性实施例校正编码器的速度的方法中，假设三个寄存器被包括在存储单元170中。
首先，当从外部施加电源时，电动机100开始被电动机驱动器单元190驱动。连接到电动机100的驱动轴的车轮编码器110开始被驱动。此时，编码器传感器单元130输出对应于部分1的电信号。
控制单元150通过编码器传感器单元130的电信号计算来自部分1的电动机100的驱动速度，并且速度是a。控制单元150将从部分1计算的速度值a存储在存储单元170中的第一寄存器175a中。
当电动机100被连续地驱动时，编码器传感器单元130输出与部分2对应的电信号。控制单元150通过编码器传感器单元130的电信号计算来自部分2的电动机100的驱动速度，并且速度是b。
控制单元150将在第一寄存器175a中存储的、从部分1计算的速度值a存储在第二寄存器175b中，并将从部分2计算的速度值a存储在存储单元170的第一寄存器175a中。
当电动机100被连续地驱动时，编码器传感器单元130输出与部分3相对应的电信号。控制单元150通过编码器传感器单元130的电信号计算来自部分3的电动机100的驱动速度，并且速度是b。
控制单元150将在第二寄存器175b中存储的速度值a存储到第三寄存器175c，将在第一寄存器175a中存储的速度值b存储到第二寄存器175b，并且将从部分3计算的速度值b存储到存储单元170的第一寄存器175a中。
接着，控制单元150计算在第一、第二和第三寄存器175a、175b和175c中存储的速度值a、b和c的平均值，并以如下规则排除各个速度值：离平均值的差值最大的速度值被首先排除。结果，在第二寄存器175b中存储的速度值b被留下，并且该值是部分1、2和3中的中间速度值。
控制单元150将中间速度值b发送到驱动器单元190，并且电动机驱动器单元190利用从控制单元150接收的中间速度值b控制电动机100的驱动速度。
当电动机100被连续地驱动时，编码器传感器单元130输出与部分4相对应的电信号。控制单元150通过编码器传感器单元130的电信号计算来自部分4的电动机100的驱动速度，并且速度是b。
控制单元150计算来自第三寄存器175c的存储的速度值a，将在第二寄存器175b中存储的速度值b存储在第三寄存器175c中，将在第一寄存器175a中存储的速度值b存储在第二寄存器175b中，并将从部分4计算的速度值b存储在存储单元170的第一寄存器175a中。
接着，控制单元150计算第一、第二和第三寄存器175a、175b和175c中存储的速度值b、b和b的平均值。速度值与b之间没有差值，因此该值是平均值。在这种情况下，b是部分2、3和4中的中间速度值。
控制单元150将中间速度值b发送到驱动器单元190，并且驱动器单元190利用接收的中间速度值b控制电动机100的驱动速度。
当电动机100被连续地驱动时，编码器传感器单元130输出与部分5相对应的电信号。控制单元150通过编码器传感器单元130的电信号计算来自部分5的电动机100的驱动速度，并且速度是c。
控制单元删除在第三寄存器175c中存储的速度值b，将在第二寄存器175b中存储的速度值b存储到第三寄存器175c中，将存储在第一寄存器175a中的速度值b存储到第二寄存器175b中，并将从部分5计算的速度值c存储在存储单元170的第一寄存器175a中。
接着，控制单元150计算在第一、第二和第三寄存器175a、175b和175c中存储的速度值c、b和b的平均值，并以如下规则排除各个速度值：离平均值的差值最大的速度值首先被排除。结果，速度值b留下，并且该值是部分3、4和5中的中间速度值。
控制单元150将中间速度值b发送到驱动器单元190，并且电动机驱动器单元190利用接收的中间速度值b控制电动机100的驱动速度。
当电动机100被连续地驱动时，编码器传感器单元130输出与部分6相对应的电信号。控制单元150通过编码器传感器单元130的电信号计算来自部分6的电动机100的驱动速度，并且速度是b。
控制单元150删除在第三寄存器175c中存储的速度值b，将在第二寄存器175b中存储的速度值b存储到第三寄存器175c，将在第一寄存器175a中存储的速度值c存储到第二寄存器175b中，并将从部分6计算的速度值b存储到存储单元170的第一寄存器175a中。
接着，控制器150计算第一、第二和第三寄存器175a、175b和175c中存储的速度值b、c和b的平均值，并以如下规则排除各个速度值：离平均值最远的速度值首先被排除。结果，速度值b留下，该值是部分4、5和6中的中间速度值。
控制单元150将中间速度值b发送到驱动器单元190，并且电动机驱动器单元190利用接收的中间速度值b控制电动机100的驱动速度。
参考上述的存储单元170中的寄存器数目为3的情况，本领域中的任何技术人员都可以容易地将上述描述应用于存储单元170中的寄存器的数目为4、5和6或更多的情况。
当寄存器的数目为5时，根据排除从五个连续部分计算的速度值中的最大值和最小值的三个部分中的速度值的平均值而确定中间速度值。
当寄存器的数目增加时，控制单元150计算从多个连续部分计算的速度值的中间速度值，以便可能更为精确地校正电动机的速度。
图3A是说明根据校正编码器的速度的传统方法测量电动机的速度的结果的图。
参考根据图3A中所示传统方法的电动机的速度300，当编码器计数是361、721和1081时电动机的速度严重地偏离了平均值。
图3B是将根据传统方法测量电动机的速度的结果与根据本发明的示例性实施例测量电动机的速度的结果进行比较的图。当寄存器数目是3时，获得图3B中示出的根据本发明的示例性实施例测量电动机的速度的结果。
如图3B所示，当根据传统方法的电动机的速度300与根据本发明示例性实施例的电动机的速度330进行比较时，注意当编码器计数是361、721和1081时根据本发明的示例性实施例的电动机的速度偏离平均值的程度小于当编码器计数是361、721和1081时根据传统方法的电动机的速度偏离平均值的程度。在其他部分中，根据本发明的示例性实施例的电动机的速度330中变化的偏差也小于根据传统方法的电动机的速度300中的变化的偏差。
图3C是将根据传统技术测量电动机的速度的结果与根据本发明的另一示例性实施例测量电动机的速度的结果进行比较的图。当寄存器的数目是5时，获得图3C所示的根据本发明的示例性实施例测量电动机的速度的结果。排除从在寄存器中存储的五个连续部分计算的速度值中的最大值和最小值的三个速度值的平均值可以被确定为用于校正电动机的速度的中间速度值。
如图3C所示，当根据传统方法的电动机的速度300与根据本发明的另一示例性实施例的电动机的速度360进行比较时，注意当编码器计数是361、721和1081时根据本发明的另一示例性实施例的电动机的速度偏离平均值的程度小于当编码器计数是361、721和1081时图3B所示的根据本发明的示例性实施例的电动机的速度330偏离平均值的程度。在其他部分，根据方面的另一示例性实施例的电动机的速度360中变化的偏差也小于根据本发明的示例性实施例的电动机的速度330中的变化的偏差。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，可以通过准确地测量电动机的实际驱动速度值而精确地控制电动机的驱动速度。
上述实施例和优点仅仅是示例性的，其并不构成对本发明的限制。本示教可以容易地应用到其他类型的实施例。而且，本发明的实施例的描述是说明性的，并不是用于限制权利要求的范围，并且多种替换、修改和变换对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (19)

1.一种校正编码器的速度的方法，所述方法包括：
检测与电动机的驱动速度相对应的电信号；
分别计算来自电信号的三个或更多连续部分的电动机的驱动速度值；
以计算的顺序存储所述计算的速度值；
在从三个或更多连续部分计算的速度值中选择中间速度值；以及
基于选择的中间速度值校正电动机的驱动速度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在存储所述计算的速度值时，在第二寄存器中存储的速度值被存储在第三寄存器中，在第一寄存器中存储的速度值被存储在第二寄存器中，并且所述选择的速度值被存储在第一寄存器中。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在选择中间速度值时，与从三个或更多连续部分计算的速度值的平均值最接近的值被选择作为中间速度值。
4.如权利要求1所述的方法，其中电信号的多个部分对应于电信号的一个周期。
5.如权利要求1所述的方法，其中电信号的多个部分对应于电信号的两个周期。
6.如权利要求1所述的方法，其中通过旋转连接到电动机的驱动轴的车轮编码器而产生电信号。
7.如权利要求1所述的方法，其中通过线性地驱动连接到电动机的驱动轴的带编码器而产生电信号。
8.如权利要求1所述的方法，其中电信号是模-数变换的信号。
9.如权利要求1所述的方法，其中通过三个或更多寄存器执行所述计算的速度值的存储。
10.如权利要求1所述的方法，其中通过接收中间速度值的电动机驱动器单元来校正电动机的驱动速度。
11.一种用于校正编码器的速度的设备，所述设备包括：
编码器传感器单元，用于检测与电动机的驱动速度相对应的电信号；
控制单元，分别计算来自电信号的三个或更多连续部分的电动机的驱动速度值，以利用从三个或更多连续部分选择的速度值来选择中间速度值；
存储单元，用于以计算的顺序存储所述选择的速度值；和
电动机驱动器单元，用于基于选择的中间速度值来校正电动机的驱动速度。
12.如权利要求11所述的设备，其中存储单元将第二寄存器中存储的速度值存储到第三寄存器中，将在第一寄存器中存储的速度值存储到第二寄存器中，并将所述计算的速度值存储到第一寄存器中。
13.如权利要求11所述的设备，其中控制单元选择与从三个或更多连续部分计算的速度值的平均值最接近的值作为中间速度值。
14.如权利要求11所述的设备，其中电信号的多个部分对应于电信号的一个周期。
15.如权利要求11所述的设备，其中电信号的多个部分对应于电信号的两个周期。
16.权利要求11所述的设备，其中通过旋转连接到电动机的驱动轴的车轮编码器而产生电信号。
17.如权利要求11所述的设备，其中通过线性地驱动连接到电动机的驱动轴的带编码器而产生电信号。
18.如权利要求11所述的设备，其中电信号是模-数变换的信号。
19.如权利要求12所述的设备，其中存储单元包括三个或更多寄存器。
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