CN202093336U - 一种多接口可支持半闭环控制和全闭环控制的位置信息处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多接口可支持半闭环控制和全闭环控制的位置信息处理装置，其特征在于包括：位置传感器接口，包括普通增量数据接口、高速增量数据接口和绝对值数据接口，传感器接口控制器，信息采集分配器，对外通讯接口，用于同外部通讯。本装置能够兼容多种接口，可支持多种位置传感器，带有多种接口可实现半闭环和全闭环控制的装置可在数控机床和工控设备有广泛的应用。

Description

一种多接口可支持半闭环控制和全闭环控制的位置信息处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种多接口可支持半闭环控制和全闭环控制的位置信息处理装置。

背景技术

带有多种接口可实现半闭环和全闭环控制的装置，是将多种接口的信号集中到同一块芯片上进行处理，通过一定的协调机制对各个接口进行协作管理以实现半闭环和全闭环控制功能。

当前的数控和工控领域中的位置传感器种类繁多，其接口和通讯形式日趋多样，半闭环和全闭环的控制的要求日益提高。现有的位置信息处理装置功能单一，难以充分满足数控和工控领域的需求。

发明内容

本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种多接口可支持半闭环控制和全闭环控制的位置信息处理装置。本实用新型采用的技术手段如下：

一种多接口可支持半闭环控制和全闭环控制的位置信息处理装置，其特征在于包括：

位置传感器接口，包括普通增量数据接口、高速增量数据接口和绝对值数据接口；

连接位置传感器接口和信息采集分配器，实现位置传感器接口的选通，并且将接口选通的信息传给信息采集分配器的传感器接口控制器；

连接位置传感器接口和传感器接口控制器，实现位置信息的分配处理，之后将转速信息和直线位置信息送到对外通讯接口，配置接口采用半闭环控制处理方式或全闭环控制处理方式的信息采集分配器；

连接信息采集分配器和传感器接口控制器，用于同外部通讯的外通讯接口。

本装置是高性能高集成化低成本的平衡产品，有很多优势。

1、兼容多种接口，可支持多种位置传感器。

2、即能支持半闭环控制，又能支持全闭环控制，为应用的选择提供了极大的便利。

3、同一块芯片上实现，集成化程度高，稳定性强。

由于以上的特点，带有多种接口可实现半闭环和全闭环控制的装置可在数控机床和工控设备有广泛的应用。

附图说明

图1为本实用新型所述装置的结构框图；

图2为本实用新型所述普通增量信号处理的原理图；

图3为本实用新型所述高速增量信号处理的原理图；

图4为本实用新型所述半闭环控制方式I的原理图；

图5为本实用新型所述半闭环控制方式II的原理图；

图6为本实用新型所述全闭环控制方式I的原理图；

图7为本实用新型所述全闭环控制方式II的原理图；

具体实施方式

应用于位置测量、角度测量、运动控制领域，如数控机床、工控设备。

本实用新型的目的在于克服现有技术的局限性，提供一种全面的位置信息采集分配并且实现半闭环和全闭环控制的功能的装置。

本装置主要分为4部分，分别是位置传感器接口，传感器接口控制器(可通过单片机或ARM实现)，信息采集分配器(可通过单片机或ARM实现)和对外通讯接口。位置传感器接口部分包括普通增量数据接口两个，高速增量数据接口一个，绝对值数据接口两个。其结构如图1所示。

首先对外通讯接口部分对传感器接口控制器和信息采集分配器进行配置，对传感器接口控制器配置传感器选用的信息，对信息采集分配器配置位置信息处理的信息(半闭环控制处理方式或全闭环控制处理方式)。传感器接口控制器实现位置传感器接口的选通，并且将接口选通的信息传给信息采集分配器。信息采集分配器实现位置信息的分配处理，之后将转速信息和直线位置信息送到对外通讯接口部分。

位置传感器接口部分结构如下：

普通增量数据接口(接收信号为：具有A，B，R三相，频率不超过5M，5V电平的LVDS信号)两个。普通增量信号处理如图2所示：

首先A，B，R三相输入信号各自经过一个滤波器(数字滤波器，可滤除信号上频率大于5M的毛刺)。完成滤波的A，B相信号分别送给鉴相器模块和倍频器模块。鉴相器模块通过对A，B相位的相对变化判断被检测物体的位置变化方向，并将位置变化方向对应成计数器方向标志信号送给加减计数器。倍频器模块依照A，B相的相位变化实现4倍频，并将产生的脉冲增量信号送给加减计数器。加减计数完成位置值的实时累加更新，同步锁存器完成位置值的同步锁存，Z相锁存器完成来Z相脉冲时位置值的锁存。

高速增量数据接口(接收信号为：具有A，B，R三相，频率不超过20M，5V电平的LVDS信号)一个。高速增量信号处理如图3所示：

首先A，B，R三相输入信号各自经过一个高速滤波器(数字滤波器，可滤除信号上频率大于20M的毛刺)。完成滤波的A，B相信号分别送给鉴相器模块和倍频器模块。鉴相器模块通过对A，B相位的相对变化判断被检测物体的位置变化方向，并将位置变化方向对应成计数器方向标志信号送给加减计数器。倍频器模块依照A，B相的相位变化实现4倍频，并将产生的脉冲增量信号送给加减计数器。加减计数完成位置值的实时累加更新，同步锁存器完成位置值的同步锁存，Z相锁存器完成来Z相脉冲时位置值的锁存。

绝对值数据接口(具有两路双向5V电平的LVDS信号收发接口，支持EnDat，SPI协议。)两个。

信息采集分配器可实现半闭环控制处理方式的信息采集分配和全闭环控制处理方式的信息采集分配，其结构和原理如下：

半闭环控制方式，如图4，5所示：

电机编码器反馈的角度位置信息，通过一个增量或绝对值数据接口，将采集到的实时的角度位置信息分别按照速度环的周期和位置环的周期进行实时采集。与速度环同步的位置信息，如果是增量信息将进行M/T测速，若是绝对值信息将进行M测速，得到轴的转速信息反馈给速度环。

脉冲测速最典型的方法有测频率(M法)和测周期(T法)。M法、T法各有优劣和适应范围，编码器线数不能无限增加、测量时间也不能太长(得考虑实时性)、计时单位也不能无限小，所以往往M法、T法都无法胜任全速度范围内的测量。因此产生了M法、T法结合的M/T测速法：低速时测周期、高速时测频率。

M/T法中的“低速”、“高速”如何确定

假定能接受的误差范围为1％、M法测得脉冲数为f，T法测得时间为t。

M法：2/f＜＝1％＝＝＞f＞＝200

即一次测量的最小脉冲数为200，设此频率对应的速度为V1

T法：(1/(t-1)-1/t)/(1/t)＜＝1％＝＝＞t＞＝101

即一次测量的时间为101个单位，设此周期对应的速度为V2

若计时单位为mS，则t＞＝101mS

这只是理论精度，实际应用还要考虑脉冲信号采集的延迟，软硬件处理所需花费的时间。

若V1＜V2，则M/T法能满足全范围内的速度测量。一个系统设计之前，就需要详细的计算，使V1＜V2或尽可能接近。不能光凭经验估算确定高低速、传动比、编码线数。然后很不幸，很多现有系统中会出现V1＞V2，就会出现(V2，V1)这一段速度无论M法还是T法都无法覆盖的情况，一个缓解的办法就是在(V2，V1)段同时使用M法和T法测量，然后取平均值。

与位置环同步的置信息，是将按照位置环的周期采集的角度位置信息根据机械比、直径或者丝杠螺距等变速比例换算成直线位置信息，反馈给位置环。

全闭环控制方式，如图6、7所示：

全闭环控制是针对直线运动控制的，不仅需要电机编码器反馈的角度位置信息，还需要直线方向上的位置测量信息。电机编码器反馈的角度位置信息，通过一个增量或绝对值数据接口，将采集到的实时的角度位置信息按照速度环的周期和进行实时采集。与速度环同步的位置信息，如果是增量信息将进行M/T测速，若是绝对值信息将进行M测速，得到轴的转速信息反馈给速度环。直线方向上的位置测量信息将按位置环的周期进行实时采集，将位置信息反馈给位置环。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种多接口可支持半闭环控制和全闭环控制的位置信息处理装置，其特征在于包括：

位置传感器接口，包括普通增量数据接口、高速增量数据接口和绝对值数据接口；

连接位置传感器接口和信息采集分配器，实现位置传感器接口的选通，并且将接口选通的信息传给信息采集分配器的传感器接口控制器；

连接位置传感器接口和传感器接口控制器，实现位置信息的分配处理，之后将转速信息和直线位置信息送到对外通讯接口，配置接口采用半闭环控制处理方式或全闭环控制处理方式的信息采集分配器；

连接信息采集分配器和传感器接口控制器，用于同外部通讯的外通讯接口。

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