CN217424403U

CN217424403U - 正余弦编码器的误差补偿电路和正余弦编码器

Info

Publication number: CN217424403U
Application number: CN202122999750.2U
Authority: CN
Inventors: 沈立; 陈坤
Original assignee: Zhejiang Xizi Forward Electrical Machinery Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Xizi Forward Electrical Machinery Co Ltd
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2031-11-30

Abstract

本申请涉及正余弦编码器的误差补偿电路和正余弦编码器，所述误差补偿电路包括幅值确定模块和比例积分控制器，其中，所述幅值确定模块的输入端与所述正余弦编码器的输出端电性连接，用于确定所述正余弦编码器输出的正余弦电压幅值；所述比例积分控制器的第一输入端与所述幅值确定模块的输出端电性连接、第二输入端被施加目标电压幅值，用于对所述目标电压幅值与所述正余弦电压幅值之间的偏差进行比例调节和积分调节，并生成补偿电压值；所述比例积分控制器还将所述补偿电压值输出给所述正余弦编码器的输入端，使得所述正余弦编码器、所述幅值确定模块和所述比例积分控制器形成闭合环路。

Description

正余弦编码器的误差补偿电路和正余弦编码器

技术领域

本申请涉及正余弦编码器领域，尤其涉及一种正余弦编码器的误差补偿电路和正余弦编码器。

背景技术

正余弦编码器作为位置反馈的精密传感器，在对速度及位置控制要求较高的设备中得到广泛应用，如伺服驱动系统、电梯系统等。在电梯系统中，正余弦编码器的转子可以随曳引机转子旋转，产生正余弦电压信号，该正余弦电压信号能够精确的反应电机的位置和转速，因此，正余弦电压信号是电梯系统稳定运行的关键信息之一。

相关技术中的正余弦编码器中可能存在如下问题：

1)光电传感器输出端正余弦电压的幅值大小存在动态变化，可能超过和低于标准要求，无法调整；

2)发光源随着使用时间的延长，以及环境温度、灰尘的影响，会出现光源强度衰减问题，通过光电传感器接收、标定、计算处理，得到正余弦电压信号也随之有部分衰减；

3)硬件电路部分供电电压的偏差或其他干扰导致正余弦电压信号不稳定的变化。

上述问题会直接或间接影响到编码器正余弦电压信号的质量，从而影响驱动系统、电梯系统等运行的准确性、舒适性及安全性。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种正余弦编码器的误差补偿电路和正余弦编码器，可以从硬件上闭环动态调整正余弦电压信号，从而实现正余弦电压信号的稳定。

第一方面，本申请实施例提出一种正余弦编码器的误差补偿电路，包括幅值确定模块和比例积分控制器，其中，

所述幅值确定模块的输入端与所述正余弦编码器的输出端电性连接，用于确定所述正余弦编码器输出的正余弦电压幅值；

所述比例积分控制器的第一输入端与所述幅值确定模块的输出端电性连接、第二输入端被施加目标电压幅值，用于对所述目标电压幅值与所述正余弦电压幅值之间的偏差进行比例调节和积分调节，并生成补偿电压值；所述比例积分控制器还将所述补偿电压值输出给所述正余弦编码器的输入端，使得所述正余弦编码器、所述幅值确定模块和所述比例积分控制器形成闭合环路。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述幅值确定模块包括电压检测模块、第一乘法模块、第二乘法模块和加法及开方模块，其中，

所述电压检测模块，用于检测所述正余弦编码器的正弦电压信号和余弦电压信号，并通过第一输出端将所述正弦电压信号输出给所述第一乘法模块，通过第二输出端将所述余弦电压信号输出给所述第二乘法模块；

所述第一乘法模块，用于对所述正弦电压信号做平方运算，生成所述正弦电压信号对应的正弦电压幅值；

所述第二乘法模块，用于对所述余弦电压信号做平方运算，生成所述余弦电压信号对应的余弦电压幅值；

所述加法及开方模块的第一输入端与所述第一乘法模块的输出端电性连接、第二输入端与所述第二乘法模块的输出端电性连接，用于对所述正弦电压幅值与所述余弦电压幅值做加法运算及开方运算，生成所述正余弦编码器输出的正余弦电压幅值。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述比例积分控制器包括比例调节电路和积分电路，其中，

所述比例调节电路的第一输入端与所述幅值确定模块的输出端电性连接、第二输入端被施加目标电压幅值，用于按照预设比例值对所述目标电压幅值与所述正余弦电压幅值之间的偏差进行放大；

所述积分电路的输入端与所述比例调节电路的输出端电性连接，用于对放大后的所述偏差进行积分，生成补偿电压值。

可选的，在本申请的一个实施例中，还包括：

电压基准电路，所述电压基准电路的输出端与所述比例积分控制器的第二输入端电性连接，用于产生与所述目标电压幅值相等的基准电压。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述比例调节电路包括具有固定增益的差分放大电路。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述补偿电压值被施加于所述正余弦编码器的发光源的电压输入端，以调节所述发光源的发光强度。

第二方面，本申请实施例提出一种正余弦编码器，包括所述误差补偿电路。

本申请实施例中，基于上述分析，相关技术中的正余弦编码器输出的正余弦电压信号容易出现衰减等不稳定状况，基于此，本申请实施例提供一种针对所述正余弦电压信号的误差补偿电路。在所述误差补偿电路中，所述幅值确定模块能够利用硬件电路确定出所述正余弦电压信号所对应的电压幅值。所述比例积分调节器从比例调节和积分调节两个环节对所述正余弦电压幅值和所述目标电压幅值之间的偏差进行调节，其中，所述比例调节环节可以加快对所述偏差的调节速度，提升收敛速度，而所述积分调节环节可以消除所述正余弦电压信号的稳态误差，提高无差度。最终，所述比例积分调节器所生成的补偿电压值被反馈至正余弦编码器的输入端，从而产生对相关技术中的正余弦编码器的前馈补偿。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示实施例示出的一种正余弦编码器100的模块结构示意图；

图2是根据一实施例示出的一种正余弦编码器200的模块结构示意图；

图3是根据一实施例示出的一种幅值确定模块2011的模块结构示意图；

图4是根据一实施例示出的一种比例调节模块301的模块结构示意图；

图5是根据一实施例示出的一种积分电路303的模块结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

为了方便本领域技术人员理解本申请实施例提供的技术方案，下面首先通过图1对技术方案实现的技术环境进行说明。

图1示出了本申请提供的正余弦编码器的一种实施例的结构示意图。如图1所示，正余弦编码器100包括发光源101、光栅103、光电传感器105、驱动模块(图中未示出)，其中，所述发光源101在供电电压Uo的作用下，用于产生光束，并将所述光束垂直投射至光栅103上，所述发光源101例如可以包括LED光源、发光二极管等。所述光栅103可以包括多个等分排列且使光反射或透射的狭缝，在一种示例中，所述光栅103可以是圆盘结构，该圆盘上可以等分地设置多个长方形孔。由于所述光栅103与所述驱动模块同轴，当所述驱动模块旋转时，所述光栅103与所述驱动模块同速旋转，在此过程中，发光源101将光束垂直投射至光栅103上，而从光栅103反射或者透射出的光被投射到所述光电传感器105。所述光电传感器103主要由光敏元件组成，因此，所述光电传感器103可以不断检测从所述发光源照射且沿所述狭缝反射或透射的光，这样，最终能够实现的效果是将所述光栅103转动所产生的光变换转换成相应的正余弦信号变化输出。

下面通过附图2说明本申请一实施例提供的正余弦编码器的误差补偿电路201，如图2 所示，所述误差补偿电路201可以包括幅值确定模块2011和比例积分控制器2013，其中，

所述幅值确定模块2011的输入端与所述正余弦编码器的输出端电性连接，用于确定所述正余弦编码器200输出的正余弦电压幅值；

所述比例积分控制器2013的第一输入端与所述幅值确定模块2011的输出端电性连接、第二输入端被施加目标电压幅值，用于对所述目标电压幅值与所述正余弦电压幅值之间的偏差进行比例调节和积分调节，并生成补偿电压值；所述比例积分控制器2013还可以将所述补偿电压值输出给所述正余弦编码器的输入端，使得所述正余弦编码器、所述幅值确定模块2011 和所述比例积分控制器2013形成闭合环路。

本申请实施例中，基于上述分析，相关技术中的正余弦编码器输出的正余弦电压信号容易出现衰减等不稳定状况，基于此，本申请实施例提供一种针对所述正余弦电压信号的误差补偿电路201。在所述误差补偿电路201中，所述幅值确定模块2011能够利用硬件电路确定出所述正余弦电压信号所对应的电压幅值。所述比例积分控制器2013从比例调节和积分调节两个环节对所述正余弦电压幅值和所述目标电压幅值之间的偏差进行调节，其中，所述比例调节环节可以加快对所述偏差的调节速度，提升收敛速度，而所述积分调节环节可以消除所述正余弦电压信号的稳态误差，提高无差度。最终，所述比例积分控制器2013所生成的补偿电压值被反馈至正余弦编码器的输入端，从而产生对相关技术中的正余弦编码器的前馈补偿。

在本申请的一个实施例中，所述补偿电压值被施加于所述正余弦编码器的发光源101的电压输入端，以调节所述发光源101的发光强度。所述发光源101的发光强度的增强或者减弱，可以使得所述光电传感器105采集到的正余弦电压信号在幅值上得到调整，从而实现从硬件上闭环调整正余弦电压信号的技术效果。

在本申请的一个实施例中，所述误差补偿电路201还可以包括电压基准电路，所述电压基准电路的输出端与所述比例积分控制器的第二输入端电性连接，用于产生与所述目标电压幅值相等的基准电压。利用电压基准电路可以产生稳定的基准电压值，符合所述补偿电路中对所述目标电压幅值稳定的需求。在本申请的一个实施例中，如图3所示，所述幅值确定模块2011可以包括电压检测模块301、第一乘法模块303、第二乘法模块305和加法及开方模块307，其中，

所述电压检测模块301，用于检测所述正余弦编码器的正弦电压信号和余弦电压信号，并通过第一输出端将所述正弦电压信号输出给所述第一乘法模块303，通过第二输出端将所述余弦电压信号输出给所述第二乘法模块305；

所述第一乘法模块303，用于对所述正弦电压信号做平方运算，生成所述正弦电压信号对应的正弦电压幅值；

所述第二乘法模块305，用于对所述余弦电压信号做平方运算，生成所述余弦电压信号对应的余弦电压幅值；

所述加法及开方模块307的第一输入端与所述第一乘法模块303的输出端电性连接、第二输入端与所述第二乘法模块305的输出端电性连接，用于对所述正弦电压幅值与所述余弦电压幅值做加法运算和开方运算，生成所述正余弦编码器输出的正余弦电压幅值。

本申请实施例中，所述电压检测模块301可以检测得到正弦电压信号k*sin和余弦电压信号k*cos两部分信号，但是无法直接获取到k值，基于此，可以利用所述第一乘法模块303 和所述第二乘法模块305这样的乘法器分别对所述正弦电压信号和所述余弦电压信号做平方运算，最后对平方后的值再做加法运算和开方运算，生成正余弦电压幅值U_fb，上述过程可以表示为：

在理想状态下，正余弦编码器输出的正余弦电压幅值是固定值，因此，需要确定正余弦编码器实际输出的正余弦电压幅值与该固定值之间的偏差，并对该偏差进行累计。基于此，在本申请的一个实施例中，如图2所示，所述比例积分控制器2013包括比例调节电路301和积分电路303，其中，

所述比例调节电路301的第一输入端与所述幅值确定模块2011的输出端电性连接、第二输入端被施加目标电压幅值，用于按照预设比例值对所述目标电压幅值与所述正余弦电压幅值之间的偏差进行放大；

所述积分电路303的输入端与所述比例调节电路301的输出端电性连接，用于对放大后的所述偏差进行积分，生成补偿电压值。

本申请实施例中，所述比例调节电路301可以按照预设比例值反应所述目标电压幅值与所述正余弦电压幅值之间的偏差，也就是说，所述正余弦电压信号一旦出现偏差，所述比例调节电路301可以立即产生调节作用以减少偏差。所述预设比例值设置得越大，调节速度越快。但是所述预设比例值设置得过大，可能造成所述正余弦电压信号的稳定性下降，基于此，可以根据所述正余弦电压信号的稳定性，将所述预设比例值设置为一个合理的数值，在该数值下，不仅可以保证所述比例调节电路301具有较高的调节速度，还不会降低所述正余弦电压信号的稳定性。在本申请的一个实施例中，所述比例调节电路301可以包括具有固定增益的差分放大电路。图4展示了所述比例调节电路301的一种实施例的模块结构示意图，图4 所示的差分放大电路的增益U_in可以表示为：

基于图4所示的比例调节电路301的结构，图5展示了所述积分电路303的一种实施例的模块结构示意图，图5所示的积分电路303的输出电压U_out可以表示为：

如图2所示，本申请另一方面还提供一种正余弦编码器200，正余弦编码器200包括上述任一实施例所述的误差补偿电路201。

在其中的一个实施例中，所述正余弦编码器200可以包括光栅103、发光源101、光电传感器105、幅值确定模块2011和比例积分控制器2013，其中，

所述光栅103，包括多个等分排列且使光反射或透射的狭缝；

所述发光源101，用于产生光束，并将所述光束垂直投射至所述光栅103；

所述光电传感器105，用于检测从所述发光源101照射且沿所述狭缝反射或透射的光，并产生正余弦电压信号；

所述幅值确定模块2011的输入端与所述光电传感器105的输出端电性连接，用于确定所述正余弦电压信号对应的正余弦电压幅值；

所述比例积分控制器2013的第一输入端与所述幅值确定模块2011的输出端电性连接、第二输入端被施加目标电压幅值，用于对所述目标电压幅值与所述正余弦电压幅值之间的偏差进行比例调节和积分调节，并生成补偿电压值；所述比例积分控制器2013还将所述补偿电压值输出给所述正余弦编码器的输入端，使得所述光栅103、所述发光源101、所述光电传感器105、所述幅值确定模块2011和所述比例积分控制器2013形成闭合环路。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述比例积分控制器2013包括比例调节电路301和积分电路303，其中，

可选的，在本申请的一个实施例中，所述补偿电压值被施加于所述发光源101的电压输入端，以调节所述发光源101的发光强度。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种正余弦编码器的误差补偿电路，其特征在于，包括幅值确定模块和比例积分控制器，其中，

2.根据权利要求1所述的误差补偿电路，其特征在于，所述幅值确定模块包括电压检测模块、第一乘法模块、第二乘法模块和加法及开方模块，其中，

所述加法及开方模块的第一输入端与所述第一乘法模块的输出端电性连接、第二输入端与所述第二乘法模块的输出端电性连接，用于对所述正弦电压幅值与所述余弦电压幅值做加法运算和开方运算，生成所述正余弦编码器输出的正余弦电压幅值。

3.根据权利要求1或2所述的误差补偿电路，其特征在于，所述比例积分控制器包括比例调节电路和积分电路，其中，

4.根据权利要求1所述的误差补偿电路，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求3所述的误差补偿电路，其特征在于，所述比例调节电路包括具有固定增益的差分放大电路。

6.根据权利要求1所述的误差补偿电路，其特征在于，所述补偿电压值被施加于所述正余弦编码器的发光源的电压输入端，以调节所述发光源的发光强度。

7.一种正余弦编码器，其特征在于，所述正余弦编码器包括权利要求1～6中任意一项所述的误差补偿电路。