KR100969582B1 - Method for detecting the position of the Rotor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정현파 엔코더에서 출력되는 2상(사인파;A상, 코사인파;B상)을 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 정현파 엔코터의 회전자에 형성된 슬릿의 갯수를 파악하는 단계와, 상기 회전자의 슬릿의 갯수에 따라 1회전시 발생하는 사인파의 갯수를 r이라 정의하고, 상기 사인파 1주기에 해당하는 각도(360/r)를 p라 정의하는 단계와, 상기 A상의 신호를 As, B상의 신호를 Bs라 정의하고 이를 통해 선형적인 신호인 S1을 생성하는 단계와, 상기 선형적인 신호 S1을 As와 Bs의 부호에 따라 A상 사인파의 1주기 내의 선형적인 신호 S2를 생성하는 단계와, 상기 A상의 사인파의 부호를 비교하여 구형파를 생성하고, 상기 구형파의 라이징 에지(rising edge)의 횟수를 n이라 하여 회전자의 절대위치인 S3를 생성하는 단계로 이루어지는 알고리즘을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정현파 엔코더의 출력신호를 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precise position detection method of a rotor using two phases (sine wave; A phase, cosine wave; B phase) output from a sine wave encoder, and more particularly, to a slit formed in the rotor of the sine wave encoder. Determining the number, defining the number of sine waves generated in one revolution according to the number of slits of the rotor as r, and defining an angle (360 / r) corresponding to one period of the sine wave as p; Defining a signal of phase A as B and a signal of phase B to generate S1, which is a linear signal, and forming the linear signal S1 within one period of the phase A sine wave according to the signs of As and Bs. Generating a typical signal S2, generating a square wave by comparing the sign of the sine wave on the A phase, and generating S3 which is an absolute position of the rotor by n as the number of rising edges of the square wave; Egg It relates to a precise position detection method of the rotor using the output signal of the sine wave encoder, characterized in that it comprises a mechanism.
정현파, 엔코더, 위치측정, 사인파, 회전 Sine wave, encoder, position measurement, sine wave, rotation
Description
본 발명은 정현파 엔코더에서 출력되는 2상(사인파;A상, 코사인파;B상)을 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 정현파 엔코터의 회전자에 형성된 슬릿의 갯수를 파악하는 단계와, 상기 회전자의 슬릿의 갯수에 따라 1회전시 발생하는 사인파의 갯수를 r이라 정의하고, 상기 사인파 1주기에 해당하는 각도(360/r)를 p라 정의하는 단계와, 상기 A상의 신호를 As, B상의 신호를 Bs라 정의하고 이를 통해 선형적인 신호인 S1을 생성하는 단계와, 상기 선형적인 신호 S1을 As와 Bs의 부호에 따라 A상 사인파의 1주기 내의 선형적인 신호 S2를 생성하는 단계와, 상기 A상의 사인파의 부호를 비교하여 구형파를 생성하고, 상기 구형파의 라이징 에지(rising edge)의 횟수를 n이라 하여 회전자의 절대위치인 S3를 생성하는 단계로 이루어지는 알고리즘을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정현파 엔코더의 출력신호를 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a precise position detection method of a rotor using two phases (sine wave; A phase, cosine wave; B phase) output from a sine wave encoder, and more particularly, to a slit formed in the rotor of the sine wave encoder. Determining the number, defining the number of sine waves generated in one revolution according to the number of slits of the rotor as r, and defining an angle (360 / r) corresponding to one period of the sine wave as p; Defining a signal of phase A as B and a signal of phase B to generate S1, which is a linear signal, and forming the linear signal S1 within one period of the phase A sine wave according to the signs of As and Bs. Generating a typical signal S2, generating a square wave by comparing the sign of the sine wave on the A phase, and generating S3 which is an absolute position of the rotor by n as the number of rising edges of the square wave; Egg It relates to a precise position detection method of the rotor using the output signal of the sine wave encoder, characterized in that it comprises a mechanism.
종래의 프린터 또는 복합기 등은 위치 제어를 위해 정현파 엔코더, 신호 반전 회로, 구형파 생성회로, 신호 선택부 및 아날로그/ 디지털 변환부(즉, A/D 컨버터) 등을 구비하고 있다. 정현파 엔코더는 90도의 위상차를 갖는 2개의 채널을 갖는 정현파 신호들을 출력한다. 신호 반전 회로는 정현파 엔코더에서 출력되는 정현파 신호들을 반전시킨다. 구형파 생성회로는 아날로그 신호들을 구형파로 변환시킨다. 신호 선택부는 정현파 엔코더에서 출력된 정현파 신호들과 신호 반전 회로에서 출력된 반전된 정현파 신호들을 입력받아서, 구형파 생성회로에서 출력된 구형파 신호에 따라 입력된 아날로그 신호들 중의 하나를 선택하여 출력한다. 아날로그/디지털 변환부는 신호 선택부에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.Conventional printers or multifunction devices include sinusoidal encoders, signal inversion circuits, square wave generation circuits, signal selectors, and analog / digital converters (ie, A / D converters) for position control. The sinusoidal encoder outputs sinusoidal signals with two channels having a phase difference of 90 degrees. The signal inversion circuit inverts the sinusoidal signals output from the sinusoidal encoder. The square wave generation circuit converts analog signals into square waves. The signal selector receives the sinusoidal signals output from the sinusoidal encoder and the inverted sinusoidal signals output from the signal inversion circuit, and selects one of the analog signals input according to the square wave signal output from the square wave generation circuit. The analog / digital converter converts the analog signal output from the signal selector into a digital signal.
그런데, 정현파 엔코더를 갖는 종래의 위치 제어 기기는 정현파 엔코더에서 출력되는 2개의 채널 신호들을 반전시키기 위한 신호 반전회로와 아날로그 신호들을 선택하여 아날로그/디지털 변환부로 출력하기 위한 신호 선택부가 반드시 요구된다. 따라서, 종래의 위치 제어 기기는 구조의 복잡성이 있는데 반해 위치 제어의 정밀도가 높지 않다는 문제점이 있다.However, a conventional position control device having a sinusoidal encoder requires a signal inversion circuit for inverting two channel signals output from the sinusoidal encoder and a signal selector for selecting and outputting analog signals to an analog / digital converter. Therefore, the conventional position control device has a problem in that the accuracy of the position control is not high, while the structure is complicated.
또한, 정현파 엔코더를 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법의 경우 일반적인 엔코더에서 출력되는 디지털 신호가 아닌 아날로그 값으로 출력되므로 디지털 값으로 변환하고 체배된 효과를 얻기 위해서 보간기(interpolator)가 필요하다. 출력신호가 아날로그 값이므로 이론적으로 보간기를 구성하기에 따라 무한대의 체배수를 가질수 있어 초정밀 서보전동기에 적합한 회전자의 위치정보를 얻을 수 있다. 정현 파 엔코더의 보간기는 보통 두가지의 형태로 사용되고 있는데 이중 하나는 정현파 엔코더에서 출력되는 sine파와 cosine파의 값으로 테이블을 만들고 이를 이용하여 입력되는 값에 따른 위치정보를 출력하는 형태이다. 또 다른 하나는 프로세서를 이용하여 입력되는 sine파와 cosine파의 값을 이용하여 아크 탄젠트 연산을 이용하여 위치 정보를 출력하는 형태이다. 전자의 방식은 보간 시간이 빠른 반면 체배 수의 증가분에 비해 룩업 테이블의 증가분이 기하 급수적으로 증가하기 때문에 롬(ROM)과 같은 메모리 소자의 용량이 커지는 단점이 있고, 후자의 방식은 구현하기가 용이한 장점을 갖는 반면 연산시간이 길어 고속 프로세서를 요구하는 단점이 있다.In addition, in the case of a precise position detection method of the rotor using a sinusoidal encoder, an interpolator is required to convert the digital value and obtain a multiplied effect because it is output as an analog value instead of a digital signal output from a general encoder. Since the output signal is an analog value, theoretically, the interpolator can have infinite multipliers, so that the position information of the rotor suitable for the ultra-precision servomotor can be obtained. Interpolators of sine wave encoders are usually used in two types, one of which is a form of sine wave and cosine wave output from sine wave encoder, and using this to output position information according to the input value. Another is a form of outputting position information by arc tangent operation using the values of sine wave and cosine wave input using a processor. The former method has a disadvantage in that the capacity of a memory device such as a ROM is increased because the lookup table increases exponentially with the increase of the multiplication number while the interpolation time is fast. The latter method is easy to implement. On the other hand, the operation time is long and requires a high speed processor.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 계산 시간이 짧으면서 쉽게 구현 가능한 정현파 엔코더의 출력신호를 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a precise position detection method of the rotor using the output signal of the sine wave encoder can be easily implemented with a short calculation time.
상기와 같은 본 발명의 목적은 정현파 엔코더에서 출력되는 2상(사인파;A상, 코사인파;B상)을 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법에 있어서, 상기 정현파 엔코터의 회전자에 형성된 슬릿의 갯수를 파악하는 단계(S10)와; 상기 회전자의 슬릿의 갯수에 따라 1회전시 발생하는 사인파의 갯수를 r이라 정의하고, 상기 사인파 1주기에 해당하는 각도(360/r)를 p라 정의하는 단계(S20)와; 상기 A상의 신호를 As, B상의 신호를 Bs라 정의하고 이를 통해 선형적인 신호인 S1을 생성하는 단계(S30)와; 상기 선형적인 신호 S1을 As와 Bs의 부호에 따라 A상 사인파의 1주기 내의 선형적인 신호 S2를 생성하는 단계(S40)와; 상기 A상의 사인파의 부호를 비교하여 구형파를 생성하고, 상기 구형파의 라이징 에지(rising edge)의 횟수를 n이라 하여 회전자의 절대위치인 S3를 생성하는 단계(S50)로 이루어지는 알고리즘을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정현파 엔코더의 출력신호를 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above is a precision position detection method of a rotor using a two-phase (sine wave; A phase, cosine wave; B phase) output from a sine wave encoder, the slit formed in the rotor of the sine wave encoder Determining the number (S10); Defining the number of sine waves generated in one revolution according to the number of slits of the rotor as r, and defining an angle 360 / r corresponding to one period of the sine wave as p (S20); Defining the signal of phase A as B and the signal of phase B as Bs and thereby generating a linear signal S1 (S30); Generating a linear signal S2 in one period of the phase A sine wave according to the signs of As and Bs (S40); Comprising an algorithm comprising a step (S50) of generating a square wave by comparing the sign of the sine wave on the A phase, and generating S3, the absolute position of the rotor by the number of the rising edge of the square wave to n It is achieved by the precise position detection method of the rotor using the output signal of the sine wave encoder.
본 발명에 따른 정현파 엔코더의 출력신호를 이용한 회전자의 정밀위치 검출 방법에 의하면 계산 시간이 짧으면서 쉽게 구현 가능한 새로운 위치계산 알고리즘을 확보하는 효과가 있다.The precision position detection method of the rotor using the output signal of the sine wave encoder according to the present invention has the effect of securing a new position calculation algorithm that can be easily implemented with a short calculation time.
이하에서는 첨부도면들과 관련하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적인 광학식 엔코더는 도 1과 같으며, 이를 통해 출력되는 신호는 도 2의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같은 A상과 B상의 구형파이다. 그러나 정현파 엔코더의 경우는 도 3에 도시한 바와 같이 사인(sine)파 형태의 A상과 코사인(cosine)파 형태의 B상을 출력하고 정현파 엔코더의 회전자에 형성된 슬릿의 갯수에 따라 회전자의 1바퀴 회전시의 사인파의 갯수는 결정된다.A general optical encoder is the same as that of FIG. 1, and the signals output through the square encoders are A and B phase waves as shown in FIGS. 2A and 2B. However, in the case of the sine wave encoder, as shown in FIG. 3, the sine wave type A phase and the cosine wave type B phase are output and the number of slits formed in the sine wave encoder's rotor is determined. The number of sine waves in one revolution is determined.
또한, 정현파 엔코더의 출력신호는 아날로그 값이므로 이론적으로 보간기에 구성하기에 따라 무한대의 체배수를 갖을 수 있어 정밀 위치 검출에 적합하다.In addition, since the output signal of the sine wave encoder is an analog value, it can theoretically have an infinite multiplier according to the configuration of the interpolator, which is suitable for precision position detection.
따라서, 본 발명은 정현파 엔코더에서 출력되는 2상(사인파;A상, 코사인파;B상)을 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법을 제공한다. 이를 위해 본 발명은 상기 정현파 엔코터의 회전자에 형성된 슬릿의 갯수를 파악하는 단계(S10)와, 상기 회전자의 슬릿의 갯수에 따라 1회전시 발생하는 사인파의 갯수를 r이라 정의하고, 상기 사인파 1주기(10)에 해당하는 각도(360/r)를 p라 정의하는 단계(S20)와, 상기 A상의 신호를 As, B상의 신호를 Bs라 정의하고 이를 통해 선형적인 신호인 S1을 생성 하는 단계(S30)와, 상기 선형적인 신호 S1을 As와 Bs의 부호에 따라 A상 사인파의 1주기 내의 선형적인 신호 S2를 생성하는 단계(S40)와, 상기 A상의 사인파의 부호를 비교하여 구형파를 생성하고, 상기 구형파의 라이징 에지(rising edge)의 횟수를 n이라 하여 회전자의 절대위치인 S3를 생성하는 단계(S50)로 이루어지는 알고리즘을 포함하여 이루어진다.Accordingly, the present invention provides a precise position detection method of a rotor using two phases (sine wave; A phase, cosine wave; B phase) output from a sine wave encoder. To this end, the present invention is to determine the number of slits formed in the rotor of the sine wave encoder (S10), and the number of sine waves generated in one revolution according to the number of slits of the rotor is defined as r, Defining an angle 360 / r corresponding to one period of the
여기서, 구형파 엔코더의 경우는 p에 해당하는 각도만큼의 해상도를 제공할 수 밖에 없지만 정현파 엔코더는 도 3에 도시된 A상과 B상의 신호를 조작하여 위치정보를 이끌어 낼 수 있는 선형적인 신호로 만들어 낼 수 있다면 해상도를 무한히 높일 수 있으며, 본 발명은 이를 제공할 수 있다.Here, in the case of the square wave encoder, the resolution corresponding to the angle corresponding to p is inevitably provided, but the sine wave encoder makes a linear signal which can derive the position information by manipulating the signals of phases A and B shown in FIG. If possible, the resolution can be increased infinitely, and the present invention can provide it.
즉, As를 A상의 신호, Bs를 B상 신호라 할 때, 다음과 같은 수학식1과 같이 As의 절대값에서 Bs의 절대값을 빼면 도 4와 같은 형태의 선형적인 S1신호가 생성된다.That is, when As is an A-phase signal and Bs is a B-phase signal, a linear S1 signal of the form as shown in FIG. 4 is generated by subtracting the absolute value of Bs from the absolute value of As, as shown in
여기서, As : A상 신호, sine파Where As: A-phase signal, sine wave
Bs : B상 신호, cosine파.Bs: B-phase signal, cosine wave.
또한, S1을 As와 Bs의 부호에 따라 다음과 같은 수학식2와 같이 조작을 하면 도 5와 같은 A상 사인파의 1주기 내에서 선형적인 신호 S2가 생성된다.Further, when S1 is manipulated according to the signs of As and Bs as shown in
As ≥0 이고 Bs <0 인 경우 S2 = (S1/(8*M) + 0.125)*p
As <0 이고 Bs <0 인 경우 S2 = (S1/(8*M) + 0.125)*p
As <0 이고 Bs ≥0 인 경우 S2 = (-S1/(8*M) + 0.875)*p
For As ≥0 and Bs <0, S2 = (S1 / (8 * M) + 0.125) * p
If As <0 and Bs <0, then S2 = (S1 / (8 * M) + 0.125) * p
If As <0 and Bs ≥ 0, then S2 = (-S1 / (8 * M) + 0.875) * p
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여기서, As : A상 신호, sine파Where As: A-phase signal, sine wave
Bs : B상 신호, cosine파Bs: B-phase signal, cosine wave
M : As와 Bs의 최대 크기.M: the maximum size of As and Bs.
또한, A상의 사인파의 부호를 비교하여 도 6과 같은 구형파를 생성할 수 있고, 초기 위치로부터 회전자가 회전하면서 정현파 엔코더로부터 발생되는 도 6의 구형파의 라이징 에지(rising edge)의 횟수를 n이라고 할 때, 회전자의 절대위치 S3는 다음과 같은 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.In addition, by comparing the sign of the sine wave on the A phase, a square wave as shown in Fig. 6 can be generated, and n is the number of rising edges of the square wave of Fig. 6 generated from the sinusoidal encoder while the rotor rotates from the initial position. At this time, the absolute position S3 of the rotor can be calculated as Equation 3 below.
이와 같은 알고리즘은 보간기의 메모리 및 프로세서에 적용될 수 있으며, 이를 통해 정현파 엔코더의 출력신호를 이용한 회전자의 정밀위치 검출방법이 이루어진다. 그리고 본 발명의 상세한 설명 및 청구항에 사용된 부호"*"는 곱하기를 의미 한다.Such an algorithm can be applied to the memory and the processor of the interpolator, whereby a precise position detection method of the rotor using the output signal of the sine wave encoder is achieved. And the symbol "*" used in the description and claims of the present invention means multiplication.
이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will readily occur to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, it should be understood that the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and that the true scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof, .
도 1의 (a) 및 (b)는 종래의 광학식 엔코더의 개략적인 구조를 나타낸 도면이고, 1 (a) and (b) is a view showing a schematic structure of a conventional optical encoder,
도 2는 도 1의 광학식 엔코더에서 출력되는 A상과 B상의 구형파를 나타낸 도면이고,FIG. 2 is a diagram illustrating square waves of phase A and phase B output from the optical encoder of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 정현파 엔코더에서 출력되는 A상과 B상의 사인파와 코사인파를 나타낸 도면이고,3 is a view showing the sine wave and cosine wave of the A phase and B phase output from the sine wave encoder according to the present invention,
도 4는 도 3을 통하여 이루어진 선형적인 신호인 S1의 생성을 나타낸 도면이고, 4 is a diagram illustrating generation of S1 which is a linear signal made through FIG. 3,
도 5는 도 4를 통하여 이루어진 선형적인 신호인 S2의 생성을 나타낸 도면이고,FIG. 5 is a diagram illustrating generation of S2 which is a linear signal made through FIG. 4;
도 6은 A상의 사인파의 부호를 비교하여 생성된 구형파를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a square wave generated by comparing the signs of a sine wave on A phase.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art
10 : 사인파의 1주기10: 1 cycle of sine wave
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