CS254692B1

CS254692B1 - Connection for evaluating the angular speed and direction of rotation of the incremental encoder rotor

Info

Publication number: CS254692B1
Application number: CS865539A
Authority: CS
Inventors: Martin Stransky
Original assignee: Martin Stransky
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1988-01-15
Also published as: CS553986A1

Abstract

Riešenie sa týká oboru regulácie potanov. Rieši zapojenie pre vyhodnocovanie světelného toku v inkrementálnom snímači modulovaného podlá rýchlosti a směru otáčania rotora snímača zo štyroch signálov fázovo posunutých o 90° elektrických. Riešenie možno použiť napr. v číslicových servosystémoch.The solution concerns the field of potan regulation. It solves the connection for evaluating the luminous flux in an incremental sensor modulated according to the speed and direction of rotation of the sensor rotor from four signals phase-shifted by 90° electrical. The solution can be used, for example, in digital servo systems.

Description

' Vynález sa týká zapojenia pře vyhodnocovanie velkosti uhlově] rýchlosti a směru otáčania rotora inkrementálneho* snímača z dvoch elektrických signálov, vystupujúcich z tohto snímača, priamo úmorných velkosti světelného toku modulovaného kotúčikom inkrementálneho snímača a fázové navzájom posunutých podfa směru otáčania o plus 90°, vhodného najma pre účely regulácie pohonov.The invention relates to a circuit for evaluating the magnitude of the angular velocity and the rotational direction of the rotor of an incremental encoder from two electrical signals exiting the encoder, directly proportional to the magnitude of the luminous flux modulated by the incremental encoder disc. in particular for drive control purposes.

Známe sú zariadenia vyhodnocujúce uhlovú rýchlosť otáčania rotora inkrementálneho snímača vyrobením impulzu konštantnej šířky od definovanej hrany signálu z inkrementálneho snímača a filtráciou postupnosti týchto impulzov za účelom získania informácie o absolútnej hodnotě uhlovej rýchlosti otáčania, Nevýhodou je, že údaj o skutočnej hodnotě rýchlosti sa teoreticky získá až v nekonečnom čase. V praxi to može představovat aj niekofko desiatok periód spracovávaného signálu. Navýše je znížený frekveničný rozsah, pretože pri nízkých frekvenciách stúpa zvlnenie výstupného· signálu. Iné zariadenia na vyhodnocovanie uhlovej rýchlosti sú založené na principe merania frekvencie signálu z inkrementálneho snímača. Jeho nevýhodou je, že umožňuje získat údaj o skutočnej hodnotě rýchlosti až po čase rovnajúcom sa době meracej periody. Dalej sú známe zariadenia, ktoré získavajú údaj o uhlovej rýchlosti meraním dížky periody signálu zo snímača. V tomto* případe možno získat informáciu už po pootočení rotora snímača o· jeden inkrement, avšak nevýhodou je hyperbolická závislost uhlovej rýchlosti na získanej informácii. Nevýhodou všetkých uvedených zariadení je fakt, že zistenie skutečného směru otáčania je možné až s príchodom nejakej změny, vačšinou to bývá hrana signálu. To znamená, že pri použití takého snímača, například v rýchlostnej slučke regulačného obvodu, vzniká vždy pri reverzácii chvilková kladná spatná vazba.Known are devices evaluating the angular rotational speed of an incremental encoder rotor by producing a constant width pulse from a defined edge of the signal from the incremental encoder and filtering the sequence of these pulses to obtain information about the absolute value of the angular rotational speed. in infinite time. In practice, it can also represent several tens of periods of processed signal. In addition, the frequency range is reduced because the output signal ripple increases at low frequencies. Other angular velocity evaluation devices are based on the principle of measuring the frequency of a signal from an incremental encoder. Its disadvantage is that it makes it possible to obtain an indication of the actual speed value only after a time equal to the measurement period. Furthermore, devices are known which obtain an angular velocity by measuring the length of the signal period from the sensor. In this case, the information can already be obtained after the sensor rotor has been rotated by one increment, but the disadvantage is the hyperbolic dependence of the angular velocity on the obtained information. The disadvantage of all mentioned devices is the fact that it is possible to detect the real direction of rotation only with the arrival of some change, usually it is the edge of the signal. This means that when such a sensor is used, for example in the speed loop of the control circuit, a momentary positive feedback occurs at reversal.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojenie pre vyhodnocovanie velkosti uhlovej rýchlosti a směru otáčania rotora inkrementálneho snímača z dvoch elektrických signálov, vystupujúcich z tohto snímača, priamoúmerných velkosti světelného toku modulovaného kotúčikom inkrementálneho snímača a fázovo navzájom posunutých v závislosti od směru otáčania o + 90° alebo —90° podta vynálezu.These drawbacks are eliminated by the wiring for evaluating the magnitude of the angular velocity and the direction of rotation of the incremental encoder rotor from the two electrical signals exiting the encoder, the proportional luminous flux modulated by the incremental encoder disc and phase shifted relative to the + 90 according to the invention.

Podstata zapojenia spočívá v tom, že zosilňoVače, na ktorých vstupy sú připojené tieto signály majú výstupy spojené so vstupmi generátora adresy a so vstupml prvého analogového multiplexera. Výstupy generátora adresy sú spojené s dalšími vstupml prvého analogového· multiplexera a so vstupmi druhého analogového· multiplexera. Výstup prvého analogového multiplexera je spojený so· vstupom derivátora. Výstup deri-. vátora je připojený na vstup invertora a na vstup druhého analogového multiplexera.The principle of the circuit is that the amplifiers to which the inputs are connected have the outputs connected to the inputs of the address generator and to the inputs of the first analog multiplexer. The address generator outputs are coupled to other inputs of the first analog multiplexer and inputs of the second analog multiplexer. The output of the first analog multiplexer is coupled to the derivative input. Output deri-. The converter is connected to the input of the inverter and to the input of the second analog multiplexer.

Na iný vstup druhého analogového multiplexera je připojenývýstup invertora. Výstup invertora je spojený so vstupom filtra. Na výstupe filtra je údaj o skutočnej vel'kosti uhlovej rýchlosti a smere otáčania rotora snímača.Inverter output is connected to another input of the second analog multiplexer. The inverter output is connected to the filter input. The filter output shows the actual magnitude of the angular velocity and direction of rotation of the sensor rotor.

Výhoda zapojenia podlá vynálezu spočívá vo využití velmi silnej priímárnej info-rmácie o· okamžitej velkosti uhlovej rýchlosti a sípere otáčania rotora, ktorú je inkrementálny snímač schopný dodat.The advantage of the connection according to the invention is that it uses a very strong direct information about the instantaneous magnitude of the angular velocity and the rotor rotation angle that the incremental encoder can deliver.

Na připojených výkresoch je znázorněné zapojenie podfa vynálezu, kde na obr. 1 je bloková schéma zapojenia pre vyhodnocovanie velkosti uhlovej rýchlosti a směru otáčania rotora inkrementálneho· snímača a na obr. 2 sú grafy časových priebehov signálov důležitých pre vysvetlenie činnosti zapdjenia.In the accompanying drawings, the circuit according to the invention is shown. 1 is a circuit diagram for evaluating the magnitude of the angular velocity and direction of rotation of the incremental encoder rotor; and FIG. 2 are graphs of the waveforms of the signals important for explaining the delay operation.

Zapojenie pozostáva zo zosilňovačov 1, ktoré sú spojené s generátorem adresy 2 a s prvým analogovým multiplexerom 3. Generátor adresy 2 je spojený s druhým analogovým multiplexerom 6 a s prvým analogovým multiplexerom 3. Prvý analogový multiplexer 3 je spojený s derivátorom 4. Derivátoir 4 je spojený s invertoroim 5 a s druhým analogovým multiplexerom 6, ktorý je tiež spojený s invertorom 5. Na druhý analogový multiplexer 6 je zapojený filter 7.The circuit consists of amplifiers 1, which are connected to the address generator 2 and the first analog multiplexer 3. The address generator 2 is connected to the second analog multiplexer 6 and the first analog multiplexer 3. The first analog multiplexer 3 is connected to the derivative 4. The derivative 4 is connected to Inverter 5 and a second analog multiplexer 6, which is also connected to inverter 5. A filter 7 is connected to the second analog multiplexer 6.

Signály 8, 9, predstavujúce elektrický prúd z fotodiód priamiOiúmerný velkosti světelného toku prechádzajúceho cez clony inkrementálneho snímača sú v zosilňovačoch 1 zbavené jednosmernej zložky. Objavujú sa na výstupe III a IV zosilňovačov 1 ako napafové periodické priebehy signálov 10, 11 a na výstupech V, VI zosilňovača 1, ako k nim inverzně priebehy signálov 12, 13. Tieto periodické signály sú přivedené na analogové vstupy I, II, lil, IV prvého analogového multiplexera 3. Signály 10, 11, 13 sú přivedené na vstupy I, II, III generátora adresy 2. V ňom sa komparáciou vstupných signálov 10, 11 a 10, 13 vyrábajú dva logické signály, ktoiré sú cez výstupy IV, V generátora adresy 2 přivedené na adresovacie vstupy VI, V prvého analógovéhio multiplexera 3 ,a na adresovacie vstupy IV, III druhého analogového multiplexera 6. Podfa kombinácie logických úrovní na adresovacích vstupoch, vyberajú sa v prvom analógovom multiplexeri 5, časti z lineárnych úsekov vstupných signálov· a skladajú sa do· výstupného signálu 14. Signál 14 je spojitý trojuholníkový periodický priebeh, ktorého frekvencia a teda sklon jednotlivých častí priebehu závisí od okamžitej uhlovej rýchlosti otáčania rotora inkrementálneho snímača. Z tohto priebehu sa v derivátore 4 vyrobí obdížnikový priebeh signála 15 s amplitúdou úměrnou rýchlosti otáčania. K priebehu signála 15 sa v invertore 5 vyrobí priebeh signála 16 inverzný. Signály 15, 16 sa privádzajú na analogové vstupy druhého· analogového multiplexera 6, ktorý vyberá stupu druhého analogového multiplexera 6 vedie do vstupu filtra 7, na výstupe ktorého je už Signál, ktorý představuje velkost skutočnej uhlovej rýchlosti a směr otáčania rotora inkrementálneho snímača.The signals 8, 9 representing the electric current from the photodiodes directly proportional to the magnitude of the luminous flux passing through the incremental encoder apertures in the amplifiers 1 are devoid of the direct current component. They appear at the outputs III and IV of the amplifiers 1 as the napaf periodic waveforms of the signals 10, 11 and at the outputs V, VI of the amplifier 1 as the inverse waveforms of the signals 12, 13. These periodic signals are applied to analog inputs I, II, III, The signals 10, 11, 13 are applied to the inputs I, II, III of the address generator 2. Here, two logical signals are produced by comparing the input signals 10, 11 and 10, 13, which are via the outputs IV, V. address generator 2 applied to addressing inputs VI, V of the first analog multiplexer 3, and addressing inputs IV, III of the second analog multiplexer 6. According to the combination of logic levels at the addressing inputs, portions of the linear portions of the input signals are selected in the first analog multiplexer 5. and consist of an output signal 14. The signal 14 is a continuous triangular periodic wave whose frequency and thus the slope of the individual Asti course depends on the instantaneous angular speed of rotation of the rotor incremental encoder. From this waveform, a rectangular waveform of signal 15 with an amplitude proportional to the rotational speed is produced in the derivative 4. To the course of the signal 15, the waveform of the signal 16 is inverted in the inverter 5. The signals 15, 16 are applied to the analog inputs of the second analogue multiplexer 6, which selects the stage of the second analogue multiplexer 6, to the input of a filter 7 already outputting a signal representing the magnitude of the actual angular velocity and rotation direction of the incremental encoder rotor.

z obdlžnikových prlebehov buď priamu hodnotu signála 15, alebo invertovaná hodnotu signála 16 tak, aby sa na jeho výstupe otojavil jednosměrný signál 17, ktorého amplituda určuje okamžitá uhlová rýchliOsť a polarita směr Otáčania rotora. Signál sa z vý-from rectangular flanges, either the direct value of the signal 15 or the inverted value of the signal 16 so as to reveal at its output a unidirectional signal 17 whose amplitude determines the instantaneous angular velocity and polarity of the direction of rotation of the rotor. The signal

Claims

254692 5 of the rectangular waveforms of either the direct value of the signal 15 or the inverted value of the signal 16 so as to display a unidirectional signal 17 at its output, the amplitude of which determines the instantaneous angular velocity and the direction of rotation of the rotor. The signal is output from the second analog multiplexer 6 to the filter input 7, the output of which is already a signal that represents the actual angular velocity and the rotational direction of the incremental encoder. SUBJECT CONNECTION For evaluating the angular velocity and the direction of rotation of the incremental sensing rotor of the luminous flux-coded light, the amplifiers (1) on whose inputs (I, II) the outputs of the incremental transducer signals are connected have outputs (III) , IV, VI) connected to inputs (I, II, III) of address generator (2) and outputs (III, IV, V, VI) to inputs (I, II, III, IV) of the first analog multiplexer (3), the output (IV) of the address generator (2) is connected to the input (VI) of the first analog multiplexer (3) OUT and to the input (IV) of the second analogue mul-tipter (6) and the output (V) The address generator (2) is coupled to the input (III) of the second analog multiplexer (6) and also to the input (V) of the first analog multiplexer (3), the output of which is coupled to the input of the converter (4). its output is connected to the input (II) of the second analog multiplexer (6) and the input of the inverter (5), the output of which is connected to the input (I) of the second analog multiplexer (6), the output of which is connected to the input filter (7).

2 sheets of drawings