KR101418150B1 - 정현파 광학 엔코더 신호 보상 방법 및 장치 - Google Patents

정현파 광학 엔코더 신호 보상 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정현파 광학 엔코더 신호 보상 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 엔코더의 신호를 보상하는 장치로서, 상기 엔코더에서 출력되는 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산하여 상기 sine 신호 및 cosine 신호를 보정하는 적응적 신호 보정부; 및 상기 계산된 이득 및 위상 차이를 이용하여 상기 엔코더의 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하는 엔코더 신호 보상 장치가 제공된다. 본 발명에 따르면 고속 제어 환경에서도 엔코더의 빠르고 정확한 신호 보상이 가능하다는 장점이 있다.

Description

정현파 광학 엔코더 신호 보상 방법 및 장치{Method and Apparatus for Compensating Sinusoidal Optical Encoder Signal}
본 발명은 정현파 광학 엔코더 신호 보상 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정현파 광학 엔코더 신호의 왜곡을 빠르고 정확하게 보상할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
서보 시스템에서는 회전각 또는 위치 정보를 검출하기 위해 정현파 광학 엔코더가 주로 이용된다.
정현파 광학 엔코더는 속도의 변화에 따라 출력 신호의 진폭이 변하게 되며 정현파 광학 엔코더에 들어오는 노이즈나 외란 성분의 영향을 받게 된다. 정현파 광학 엔코더의 진폭과 노이즈에 의한 영향을 Lissajous 곡선으로 확인하면 속도 변화에 의해 Lissajous 곡선은 점점 작아지고 노이즈와 외란의 영향을 받는 것을 알 수 있다.
따라서 정현파 광학 엔코더 신호의 진폭 변화 및 노이즈와 외란을 보상하지 못할 경우 엔코더 신호의 왜곡이 나타나게 된다.
종래의 신호 보상 방법은 Arc-tangent 방법, look-up table 방법이 일반적으로 널리 사용된다.
이 방법은 구현이 간단하고 오류 범위가 일정하며 속도 변화로부터 영향을 받지 않는 장점이 있다. 그러나 신호를 보상하는 계산 시간이 불규칙하고 위치 정보의 정확성이 메모리의 크기에 결정되는 단점을 가진다.
Heydemann이 제안한 방법은 sine과 cosine의 최소 제곱 방법을 이용하여 비이상적인 신호를 보상한다. 그러나 Heydemann이 제안한 방법은 계산 과정이 복잡하고 온라인으로 적용할 수 없는 단점이 있다.
Balemi는 실제 각도와 예측한 각도의 차이를 이용한 그래디언트(gradient) 탐색 방법을 이용하여 온라인으로 적용할 수 있는 방법을 제시하였다. 그래디언트 탐색 방법을 이용하면 계산 과정이 간단하며 온라인으로 적용할 수 있다. 그러나 HDD(Hard Disk Driver)의 spiral servo track writing(STW)과 같이 고속으로 적용해야 하는 경우와 엔코더 신호의 방향이 바뀔 경우에는 이상적인 신호로 보상하는데 어려움이 있다.
위상 이동 정현파(Phase Shifted Sinusoid: PSS) 보간법은 Benammar가 제안하였다. PSS 보간법은 프로세서나 look-up table 없이도 엔코더의 위상을 정확하고 선형으로 계산할 수 있다. 그러나 PSS 보간법은 아날로그 회로로 구현되기 때문에 스위칭 노이즈를 수반할 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 정밀 고속 제어에서도 정현파 광학 엔코더의 신호 보상이 가능하도록 하는 정현파 광학 엔코더 신호 보상 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 엔코더의 신호를 보상하는 장치로서, 상기 엔코더에서 출력되는 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산하여 상기 sine 신호 및 cosine 신호를 보정하는 적응적 신호 보정부; 및 상기 계산된 이득 및 위상 차이를 이용하여 상기 엔코더의 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 포함하는 엔코더 신호 보상 장치가 제공된다.
상기 적응적 신호 보정부는 상기 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 비율이 변하지 않는 것으로 가정하여 상기 이득 및 위상 차이를 계산할 수 있다.
상기 적응적 신호 보상부는, 상기 이득 및 위상 차이의 초기값을 설정하고, 각 주기마다 반복 계산을 통해 상기 이득 및 위상 차이의 최종값을 결정할 수 있다.
상기 가정에 의해 추정되는 sine 신호와 cosine 신호는 다음과 같이 정의되며,
[수학식]
Figure 112012037911727-pat00001
Figure 112012037911727-pat00002
와
Figure 112012037911727-pat00003
는 이득,
Figure 112012037911727-pat00004
와
Figure 112012037911727-pat00005
는 오프셋,
Figure 112012037911727-pat00006
는 위상 차이임
삼각함수를 이용하면 상기 이득 및 위상 차이는 다음과 같이 정의될 수 있다.
[수학식]
Figure 112012037911727-pat00007
Figure 112012037911727-pat00008
는 signum 함수이고,
Figure 112012037911727-pat00009
은 충분히 작은 양의 값이고,
Figure 112012037911727-pat00010
는
Figure 112012037911727-pat00011
범위에서 선택되는 변수임
상기 적응적 신호 보정부는 각 주기마다 상기 수학식 2의 반복 계산을 통해 상기 sine 신호 및 상기 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산할 수 있다.
상기 제어 신호 생성부는, 위상 이동 정현파(Phase Shifted Sinusoid: PSS) 보간법을 이용하여 상기 엔코더 신호의 보상을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 계산된 이득 및 위상 차이를 이용하여 상기 엔코더의 실제 각도와 예측된 각도의 차이를 계산하는 그래디언트 탐색부를 더 포함하며, 상기 제어 신호 생성부는 상기 그래디언트 탐색부에서 계산된 각도 차이를 이용하여 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 적응적 신호 보상부는 상기 엔코더에서 출력되는 sine 신호 및 cosine 신호의 디지털값이 입력되어 상기 디지털값의 복조를 통해 상기 sine 신호 및 cosine 신호를 적응적으로 보정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 엔코더의 신호를 보상하는 방법으로서, 상기 엔코더에서 출력되는 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산하여 상기 복수의 정현파 신호를 적응적으로 보정하는 단계; 및 상기 계산된 이득 및 위상 차이를 이용하여 상기 엔코더의 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 엔코더 신호 보상 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 정현파 광학 엔코더에서 출력되는 신호를 적응적으로 보정하고 보정된 신호의 위상 차이를 PSS 보간법을 적용하여 정현파 광학 엔코더를 보상하기 때문에 빠르고 정확한 보상이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파 광학 엔코더를 포함하는 서보 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 신호 보상부의 상세 구성을 도시한 도면.
도 3은 PSS 보간법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 실시예에 따른 결과를 확인하기 위한 시뮬레이션 배치도.
도 5는 보상 전의 엔코더 출력 신호를 도시한 도면.
도 6은 본 실시예에 따른 신호 보상 후의 엔코더 출력 신호를 도시한 도면.
도 7은 그래디언트 탐색 알고리즘만을 적용한 경우의 엔코더 출력 신호를 도시한 도면.
도 8은 본 실시예에 따른 신호 보상과 그래디언트 탐색 알고리즘만을 적용한 경우 각각의 Lissajous 곡선을 도시한 도면.
도 9는 본 실시예에 따른 신호 보상과 그래디언트 탐색 알고리즘만을 적용한 경우 각각의 위치 프로파일 및 추정된 오차의 크기를 비교한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파 광학 엔코더를 포함하는 서보 시스템을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 서보 시스템은 엔코더(100), 로우 패스 필터(102), 아날로그-디지털 변환기(104) 및 신호 보상부(106)를 포함할 수 있다.
엔코더(100)는 서보 시스템의 회전자(미도시)의 상태(위치, 회전각 등)를 검출하는 것으로서, 본 실시예에 따른 엔코더(100)는 투광용 광원과 수광 소자 및 슬릿이 있는 회전 디스크를 포함하며 sine 신호 및 cosine 신호의 정현파를 출력하는 정현파 광학 엔코더일 수 있다.
정현파 광학 엔코더의 회전 디스크를 투광용 광원과 수광 소자 사이에 위치시켜 회전시키면 회전각에 비례한 펄스 출력을 얻을 수 있다.
이때, 엔코더(100)는 sine 신호와 consine 신호를 동시에 출력한다.
출력된 sine 신호 및 consine 신호 각각은 로우 패스 필터(102)를 거쳐 아날로그-디지털 변환기(104)에서 디지털값으로 변환된다.
본 실시예에 따른 신호 보상부(106)는 디지털값으로 입력된 sine 신호 및 consine 신호를 이용하여 엔코더(100)에서 출력된 신호를 보정하여 신호의 이득 및 위상 차이를 계산한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 신호 보상부(106)는 엔코더(100)에서 출력되는 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산하여 sine 신호 및 cosine 신호를 적응적으로 보정하는 적응적 신호 보정부(200)와 적응적 신호 보정부(200)에서 계산된 이득 및 위상 차이를 이용하여 엔코더(100)의 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부(204)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 본 실시예에 따른 신호 보상부(106)는 그래디언트 탐색부(202)를 포함할 수 있다.
그래디언트 탐색부(202)는 상기와 같이 계산된 이득 및 위상 차이를 그래디언트 탐색 알고리즘에 적용하여 회전자의 실제 각도와 예측 각도의 차이를 계산한다.
본 실시예에 따른 제어 신호 생성부(204)는 상기와 같이 계산된 각도 차이를 PSS 보간법에 적용하여 엔코더(100) 제어를 위한 신호를 생성한다.
여기서 제어 신호는 엔코더(100)에서 출력되는 신호의 진폭 변화, 노이즈 및 외란을 보상할 수 있도록 하는 신호이다.
출력된 제어 신호는 엔코더(100)로 피드백되며, 이에 따라 엔코더(100)는 보상된 신호를 출력한다.
하기에서는 적응적 신호 보정 방법, 그래디언트 탐색 알고리즘 및 디지털 보간법을 상세하게 설명한다.
정현파 광학 엔코더(100)에서 출력하는 sine 및 consine 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012037911727-pat00012
Figure 112012037911727-pat00013
는 엔코더(100)에서 출력되는 consine 신호,
Figure 112012037911727-pat00014
는 엔코더(100)에서 출력되는 sine 신호이며,
Figure 112012037911727-pat00015
와
Figure 112012037911727-pat00016
는 이득이다. 또한
Figure 112012037911727-pat00017
와
Figure 112012037911727-pat00018
는 오프셋을 나타내고
Figure 112012037911727-pat00019
는 위상 차이를 나타낸다.
일반적으로 손실이 없을 때, 매우 낮은 속도로 동작한다면 이득,
Figure 112012037911727-pat00020
와
Figure 112012037911727-pat00021
, 그리고 오프셋
Figure 112012037911727-pat00022
와
Figure 112012037911727-pat00023
가 추정
Figure 112012037911727-pat00024
될 수 있으며, 이러한 동작 상태에서
Figure 112012037911727-pat00025
(sine 신호 및 cosine 신호의 DC 이득 비율)의 비율 및 오프셋은 변하지 않는 것으로 가정할 수 있다.
이러한 가정에 의해 추정된 cosine 신호 및 sine 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012037911727-pat00026
여기서,
Figure 112012037911727-pat00027
이고,
Figure 112012037911727-pat00028
이다.
상기한 수학식 2에 있어서, 회전자의 여러 속도에서
Figure 112012037911727-pat00029
와
Figure 112012037911727-pat00030
를 구하는 것이 필요하다.
삼각함수를 이용하면 수학식 2는 다음과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112012037911727-pat00031
따라서, 이득은 다음과 같다.
Figure 112012037911727-pat00032
또한 위상 차이는 다음과 같다.
Figure 112012037911727-pat00033
여기서,
Figure 112012037911727-pat00034
는 signum 함수이고, 다음의 반복 계산식으로 표현될 수 있는
Figure 112012037911727-pat00035
은 충분히 작은 양의 값이다.
Figure 112012037911727-pat00036
여기서,
Figure 112012037911727-pat00037
는
Figure 112012037911727-pat00038
범위에서 선택되는 변수이며, 수학식 6을 통해 미리 설정된 횟수 동안 반복 계산하는 경우 위상 차이를 계산할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 엔코더(100)에서 출력되는 sine 신호와 cosine 신호의 이득의 비가 변하지 않는다는 가정을 통해 이득을 손쉽게 계산할 수 있다.
또한, 수학식 4 및 수학식 6을 통한 반복 계산을 통해 사용자가 입력한 초기값에서 엔코더(100)의 신호 보상을 위한 이득 및 위상 차이를 빠르게 수행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기와 같이 적응적으로 신호 보정이 이루어진 후에 얻어진 sine 및 cosine 신호가 그래디언트 탐색 알고리즘에 적용된다.
상기한 수학식 1은 다음과 같이 다시 표현할 수 있다.
Figure 112012037911727-pat00039
여기서,
Figure 112012037911727-pat00040
,
Figure 112012037911727-pat00041
,
Figure 112012037911727-pat00042
,
Figure 112012037911727-pat00043
,
Figure 112012037911727-pat00044
이다.
삼각함수 등식을 이용하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112012037911727-pat00045
여기서,
Figure 112012037911727-pat00046
이며,
Figure 112012037911727-pat00047
이다.
목적함수(objective function),
Figure 112012037911727-pat00048
는
Figure 112012037911727-pat00049
로 정의되며, 이는 수학식 8의 오차를 최소화할 수 있고 목적함수의 그래디언트,
Figure 112012037911727-pat00050
는
Figure 112012037911727-pat00051
및 파라미터들의 추정을 위해 오프라인 데이터를 이용하여 계산된다.
목적함수의 그래디언트를 적용하여
Figure 112012037911727-pat00052
를 통해 회전자의 실제 각도와 예측 각도의 차이를 계산한다.
여기서
Figure 112012037911727-pat00053
는 충분히 작은 값이다.
본 실시예에 따른 신호 보상부(106)는 적응적으로 보정된 신호를 이용하여 회전자의 실제 각도와 예측 각도의 차이를 계산하고, 계산된 차이를 하기에서 설명하는 PSS 보간법을 이용하여 보간하여 제어 신호(엔코더의 회전을 제어하기 위한 고유값)를 생성한다.
본 실시예에 따르면, 다음의 수학식과 같은 다중 PSS를 이용한다.
Figure 112012037911727-pat00054
여기서, i = 1,3,5,...,2N-1,
Figure 112012037911727-pat00055
는 고정된 각도
Figure 112012037911727-pat00056
이고, N 은 자연수이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다음의 수학식 10을 만족하는 유사 선형 세그먼트(Pseudo linear segment: PLS)가 생성된다.
Figure 112012037911727-pat00057
여기서,
Figure 112012037911727-pat00058
는 출력 신호다.
만일 PLS가 선형이라면 입력 각도
Figure 112012037911727-pat00059
는 다음과 같다.
Figure 112012037911727-pat00060
여기서,
Figure 112012037911727-pat00061
,
Figure 112012037911727-pat00062
,
Figure 112012037911727-pat00063
, 그리고
Figure 112012037911727-pat00064
는 도 에 도시된 바와 같이, 이진 출력 (
Figure 112012037911727-pat00065
,
Figure 112012037911727-pat00066
,
Figure 112012037911727-pat00067
,
Figure 112012037911727-pat00068
,
Figure 112012037911727-pat00069
)이다.
Figure 112012037911727-pat00070
은 PLS의 선형적 구간에서 절대적 에러를 최소화하도록 해야 한다. 본 실시예에 따른 PSS 보간법은 간단하게 구현될 수 있고 스위칭 노이즈 문제를 해결할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 신호 보상 유형을 검증하기 위한 시뮬레이션 배치를 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 엔코더(100)의 신호 출력은 MATLAB Simulink의 sine(cosine) function에 의해 구현된다.
시뮬레이션 배치에서 표 1에 나타난 바와 같이, 이득, 위상 및 오프셋과 같은 비이상 신호 구성요소들(non-ideal signal components)이 추가된다.
시뮬레이션 조건들
Parameter Value
Sampling rate of ADC 2[MHz]
Resolution of ADC 16[bit]
Noise -0.002~0.002[V]
Offset Cos+0.2[V]
Phase °Sin(x-3.6°)
Gain Sin×1.1[V]
로우 패스 필터를 통과한 엔코더 신호(보상 전)는 도 5에 도시된다.
본 시뮬레이션에서는 적응적 신호 보정 및 디지털 PSS 보간을 위한 디지털 로직이 s-function을 이용한 C 언어로 구현된다.
본 시뮬레이션에서 절대적인 에러를 최소화하기 위한 디지털 PSS 보간의 조건은 N = 16이고 k N = 57.573°이다. 나머지 조건은 상기한 표 1과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 시뮬레이션에서 적응적 신호 보정을 거친 엔코더 신호는 이상적인 신호에 가깝다.
그러나, 종래의 그래디언트 탐색 방법만을 진폭 변화 효과를 보상하기 위해 사용하게 되면 도 7에 도시된 바와 같이 Lissajous 신호를 완전히 복구하지 못한다.
도 8에서 제안된 방법의 유용성을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따른 적응적 신호 보정 방법이 적용되는 경우의 Lissajous 곡선은 그래디언트 탐색 방법만을 이용하는 경우와는 달리 완벽한 원 형상을 나타낸다.
다음으로 적응적 신호 보정 후에 디지털 PSS 보간을 수행하였다.
위치 프로파일 및 추정된 위치 사이의 차이가 도 9에 도시된다.
진동(oscillation) 시간 및 정착(settling) 시간이 충분히 감소함을 알 수 있으며, 추정되는 에러각은 0.8°이고, 36 count에서와 같은 값이다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 엔코더의 신호를 보상하는 장치로서,
    상기 엔코더에서 출력되는 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산하여 상기 sine 신호 및 cosine 신호를 보정하는 적응적 신호 보정부를 포함하되,
    상기 적응적 신호 보정부는 상기 sine 신호 및 cosine 신호의 DC 이득 비율과 오프셋이 변하지 않는 것으로 하여 상기 이득 및 위상 차이를 계산하는 엔코더 신호 보상 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적응적 신호 보상부는,
    상기 이득 및 위상 차이의 초기값을 설정하고, 각 주기마다 반복 계산을 통해 상기 이득 및 위상 차이의 최종값을 결정하는 엔코더 신호 보상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    가정에 의해 추정되는 sine 신호와 cosine 신호는 다음과 같이 정의되며,
    [수학식]
    Figure 112013083602311-pat00071

    Figure 112013083602311-pat00072
    와
    Figure 112013083602311-pat00073
    는 이득,
    Figure 112013083602311-pat00074
    와
    Figure 112013083602311-pat00075
    는 오프셋,
    Figure 112013083602311-pat00076
    는 위상 차이임
    삼각함수를 이용하면 상기 이득 및 위상 차이는 다음과 같이 정의되는 엔코더 신호 보상 장치.
    [수학식]
    Figure 112013083602311-pat00077

    Figure 112013083602311-pat00078
    는 signum 함수이고,
    Figure 112013083602311-pat00079
    은 충분히 작은 양의 값이고,
    Figure 112013083602311-pat00080
    는
    Figure 112013083602311-pat00081
    범위에서 선택되는 변수임
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적응적 신호 보정부는 상기 수학식 2의 반복 계산을 통해 상기 sine 신호 및 상기 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산하는 엔코더 신호 보상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 계산된 이득 및 위상 차이를 이용하여 상기 엔코더의 제어를 위한 제어 신호를 생성하는 제어 신호 생성부를 더 포함하되,
    상기 제어 신호 생성부는, 상기 보정된 sine 신호 및 cosine 신호에 위상 이동 정현파(Phase Shifted Sinusoid: PSS) 보간법을 적용하여 상기 엔코더 신호의 보상을 위한 제어 신호를 생성하는 엔코더 신호 보상 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 계산된 이득 및 위상 차이를 이용하여 상기 엔코더의 실제 각도와 예측된 각도의 차이를 계산하는 그래디언트 탐색부를 더 포함하며,
    상기 제어 신호 생성부는 상기 그래디언트 탐색부에서 계산된 각도 차이를 이용하여 상기 제어 신호를 생성하는 엔코더 신호 보상 장치.
  8. 삭제
  9. 엔코더의 신호를 보상하는 방법으로서,
    sine 신호 및 cosine 신호의 DC 이득 비율과 오프셋이 변하지 않는 것으로 하여 상기 엔코더에서 출력되는 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 및 위상 차이를 계산하여 상기 복수의 정현파 신호를 적응적으로 보정하는 단계를 포함하는 엔코더 신호 보상 방법.

  10. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108981765A (zh) * 2018-07-27 2018-12-11 上海航天控制技术研究所 一种绝对式光电编码器测量通道容错设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0599175A1 (en) 1992-11-27 1994-06-01 Sony Magnescale, Inc. Interpolation device for scale arrangement
KR0169550B1 (ko) * 1994-01-28 1999-05-01 기타오카 다카시 절대위치 검출장치 및 그 에러 보정방법
JPH11190606A (ja) * 1997-12-25 1999-07-13 Muscle Kk 回転量測定方法および回転量測定装置
JP2006194861A (ja) * 2004-12-16 2006-07-27 Alps Electric Co Ltd 角度検出センサの補償値算出方法及びこれを用いた角度検出センサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0599175A1 (en) 1992-11-27 1994-06-01 Sony Magnescale, Inc. Interpolation device for scale arrangement
KR0169550B1 (ko) * 1994-01-28 1999-05-01 기타오카 다카시 절대위치 검출장치 및 그 에러 보정방법
JPH11190606A (ja) * 1997-12-25 1999-07-13 Muscle Kk 回転量測定方法および回転量測定装置
JP2006194861A (ja) * 2004-12-16 2006-07-27 Alps Electric Co Ltd 角度検出センサの補償値算出方法及びこれを用いた角度検出センサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108981765A (zh) * 2018-07-27 2018-12-11 上海航天控制技术研究所 一种绝对式光电编码器测量通道容错设计方法

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