KR20130126341A - Method and apparatus for compensating sinusoidal optical encoder signal - Google Patents

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KR20130126341A
KR20130126341A KR1020120050393A KR20120050393A KR20130126341A KR 20130126341 A KR20130126341 A KR 20130126341A KR 1020120050393 A KR1020120050393 A KR 1020120050393A KR 20120050393 A KR20120050393 A KR 20120050393A KR 20130126341 A KR20130126341 A KR 20130126341A
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Abstract

The present invention relates to an apparatus and a method for compensating sine waves of optical encoder signals. The invention comprises a signal compensating unit which compensates cosine and sine signals by calculating phase difference and gain between the sing and cosine signals from the encoder; and a control signal generating unit which generates signals for controlling the encoder using the calculated phase difference and gain. The invention is provided to accurately and quickly compensate the signals of the encoder even under a fast controlled environment. [Reference numerals] (100) Encoder;(102) Low pass filter;(106) Signal compensating unit;(AA) Control signal

Description

정현파 광학 엔코더 신호 보상 방법 및 장치{Method and Apparatus for Compensating Sinusoidal Optical Encoder Signal}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sinusoidal optical encoder signal compensation method and apparatus,

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.The present invention relates to a sinusoidal optical encoder signal compensation method and apparatus, and more particularly, to a method and apparatus that can quickly and accurately compensate for sinusoidal optical encoder signal distortion.

서보 시스템에서는 회전각 또는 위치 정보를 검출하기 위해 정현파 광학 엔코더가 주로 이용된다. In a servo system, a sinusoidal optical encoder is mainly used to detect rotation angle or position information.

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. The sinusoidal optical encoder changes the amplitude of the output signal according to the change of the speed and is influenced by noise or disturbance components coming into the sinusoidal optical encoder. When the influence of the amplitude and noise of the sinusoidal optical encoder is confirmed by the Lissajous curve, the Lissajous curve becomes smaller and affected by the noise and disturbance due to the speed change.

따라서 정현파 광학 엔코더 신호의 진폭 변화 및 노이즈와 외란을 보상하지 못할 경우 엔코더 신호의 왜곡이 나타나게 된다. Therefore, when the amplitude of the sinusoidal optical encoder signal and the noise and disturbance can not be compensated, the distortion of the encoder signal appears.

종래의 신호 보상 방법은 Arc-tangent 방법, look-up table 방법이 일반적으로 널리 사용된다.  The arc-tangent method and the look-up table method are widely used in the conventional signal compensation method.

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. This method is simple to implement, has a constant error range, and is not affected by speed variations. However, the calculation time to compensate the signal is irregular and the accuracy of the position information is determined by the size of the memory.

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. Heydemann's proposed method compensates for non-ideal signals using sine and cosine least-squares methods. However, the method proposed by Heydemann has a complicated calculation process and can not be applied online.

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. Balemi proposed a method that can be applied online by using a gradient search method using the difference between the actual angle and the predicted angle. Using the gradient navigation method, the calculation process is simple and can be applied online. However, it is difficult to compensate with the ideal signal when high speed application such as spiral servo track writing (STW) of HDD (Hard Disk Driver) is applied and when the direction of encoder signal is changed.

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.Phase Shifted Sinusoid (PSS) interpolation was proposed by Benammar. PSS interpolation can accurately and linearly calculate the phase of an encoder without a processor or a look-up table. However, since the PSS interpolation method is implemented by an analog circuit, there is a disadvantage that switching noise can be accompanied.

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.In order to solve the problems of the prior art as described above, the present invention proposes a sinusoidal optical encoder signal compensation method and apparatus capable of signal compensation of a sinusoidal optical encoder even in high-speed and high-speed control.

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. In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided an apparatus for compensating a signal of an encoder, comprising: a gain and a phase difference between a sine signal and a cosine signal output from the encoder, An adaptive signal corrector for correcting the signal; And a control signal generator for generating a control signal for controlling the encoder using the calculated gain and phase difference.

상기 적응적 신호 보정부는 상기 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 비율이 변하지 않는 것으로 가정하여 상기 이득 및 위상 차이를 계산할 수 있다. The adaptive signal correction unit may calculate the gain and phase difference on the assumption that the gain ratio of the sine signal and the cosine signal does not change.

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. The adaptive signal compensator may set an initial value of the gain and phase difference and determine a final value of the gain and phase difference through iterative calculation for each period.

상기 가정에 의해 추정되는 sine 신호와 cosine 신호는 다음과 같이 정의되며, The sine signal and the cosine signal estimated by the above assumption are defined as follows,

[수학식][Mathematical Expression]

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00003
는 이득,
Figure pat00004
Figure pat00005
는 오프셋,
Figure pat00006
는 위상 차이임
Figure pat00002
Wow
Figure pat00003
Is the gain,
Figure pat00004
Wow
Figure pat00005
Lt; / RTI >
Figure pat00006
Is the phase difference

삼각함수를 이용하면 상기 이득 및 위상 차이는 다음과 같이 정의될 수 있다. Using the trigonometric function, the gain and phase difference can be defined as follows.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
는 signum 함수이고,
Figure pat00009
은 충분히 작은 양의 값이고,
Figure pat00010
Figure pat00011
범위에서 선택되는 변수임
Figure pat00008
Is the signum function,
Figure pat00009
Is a sufficiently small positive value,
Figure pat00010
The
Figure pat00011
Variable to be selected in scope

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. The adaptive signal correction unit may calculate a gain and a phase difference of the sine signal and the cosine signal through the iterative calculation of Equation (2) for each period.

상기 제어 신호 생성부는, 위상 이동 정현파(Phase Shifted Sinusoid: PSS) 보간법을 이용하여 상기 엔코더 신호의 보상을 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. The control signal generator may generate a control signal for compensating the encoder signal using a phase shifted sinusoid (PSS) interpolation method.

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. And a gradient search unit for calculating a difference between an actual angle and a predicted angle of the encoder by using the calculated gain and phase difference, wherein the control signal generator generates the control signal using the angle difference calculated in the gradient search unit, Signal can be generated.

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.The adaptive signal compensator may adaptively correct the sine signal and the cosine signal through demodulation of the digital value by inputting digital values of a sine signal and a cosine signal output from the encoder.

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.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of compensating an encoder signal, comprising the steps of: calculating a gain and a phase difference of a sine signal and a cosine signal output from the encoder to adaptively correct the sinusoidal signals; And generating a control signal for controlling the encoder using the calculated gain and phase difference.

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.According to the present invention, since the sinusoidal optical encoder is compensated by adaptively correcting the signal output from the sinusoidal optical encoder and applying the PSS interpolation method to the phase difference of the corrected signal, it is possible to perform fast and accurate compensation.

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.
1 illustrates a servo system including a sinusoidal optical encoder in accordance with an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a detailed configuration of a signal compensator according to a preferred embodiment of the present invention;
3 is a diagram for explaining a PSS interpolation method;
4 is a simulation layout diagram for confirming results according to the present embodiment.
Figure 5 shows the encoder output signal before compensation;
6 is a diagram showing an encoder output signal after signal compensation according to the present embodiment.
7 is a diagram showing an encoder output signal when only a gradient search algorithm is applied;
8 is a diagram showing Lissajous curves of each of the signal compensation and gradient search algorithms according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram comparing magnitudes of estimated position profiles and estimated errors when only the signal compensation and the gradient search algorithm according to the present embodiment are applied. FIG.

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. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate a thorough understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same means regardless of the number of the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정현파 광학 엔코더를 포함하는 서보 시스템을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating a servo system including a sinusoidal optical encoder according to an embodiment of the present invention.

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. 1, the servo system according to the present embodiment may include an encoder 100, a low-pass filter 102, an analog-to-digital converter 104, and a signal compensation unit 106.

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. The encoder 100 detects the state (position, rotation angle, and the like) of the rotor (not shown) of the servo system. The encoder 100 according to the present embodiment includes a light- And a sinusoidal optical encoder for outputting sinusoidal signals of sine signals and cosine signals.

정현파 광학 엔코더의 회전 디스크를 투광용 광원과 수광 소자 사이에 위치시켜 회전시키면 회전각에 비례한 펄스 출력을 얻을 수 있다. When the rotary disk of the sinusoidal optical encoder is placed between the light source for transmitting light and the light receiving element and rotated, a pulse output proportional to the rotation angle can be obtained.

이때, 엔코더(100)는 sine 신호와 consine 신호를 동시에 출력한다. At this time, the encoder 100 simultaneously outputs the sine signal and the consine signal.

출력된 sine 신호 및 consine 신호 각각은 로우 패스 필터(102)를 거쳐 아날로그-디지털 변환기(104)에서 디지털값으로 변환된다. Each of the output sine signal and the consine signal is converted into a digital value in the analog-digital converter 104 via the low-pass filter 102.

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.The signal compensator 106 according to this embodiment corrects the signal output from the encoder 100 using the sine signal and the consine signal input as digital values and calculates the gain and phase difference of the signal.

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. 2, the signal compensator 106 according to the present embodiment calculates a gain and a phase difference of a sine signal and a cosine signal output from the encoder 100, and adaptively corrects the sine signal and the cosine signal, And a control signal generator 204 for generating a control signal for controlling the encoder 100 using the gain and phase difference calculated by the adaptive signal corrector 200 and the adaptive signal corrector 200 can do.

바람직하게, 본 실시예에 따른 신호 보상부(106)는 그래디언트 탐색부(202)를 포함할 수 있다. Preferably, the signal compensation unit 106 according to the present embodiment may include a gradient search unit 202.

그래디언트 탐색부(202)는 상기와 같이 계산된 이득 및 위상 차이를 그래디언트 탐색 알고리즘에 적용하여 회전자의 실제 각도와 예측 각도의 차이를 계산한다.The gradient search unit 202 calculates the difference between the actual angle and the predicted angle of the rotor by applying the calculated gain and phase difference to the gradient search algorithm.

본 실시예에 따른 제어 신호 생성부(204)는 상기와 같이 계산된 각도 차이를 PSS 보간법에 적용하여 엔코더(100) 제어를 위한 신호를 생성한다.The control signal generator 204 generates a signal for controlling the encoder 100 by applying the angular difference calculated as described above to the PSS interpolation method.

여기서 제어 신호는 엔코더(100)에서 출력되는 신호의 진폭 변화, 노이즈 및 외란을 보상할 수 있도록 하는 신호이다. Here, the control signal is a signal that can compensate for the amplitude change, noise, and disturbance of the signal output from the encoder 100.

출력된 제어 신호는 엔코더(100)로 피드백되며, 이에 따라 엔코더(100)는 보상된 신호를 출력한다. The output control signal is fed back to the encoder 100 so that the encoder 100 outputs the compensated signal.

하기에서는 적응적 신호 보정 방법, 그래디언트 탐색 알고리즘 및 디지털 보간법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the adaptive signal correction method, the gradient search algorithm, and the digital interpolation method will be described in detail.

정현파 광학 엔코더(100)에서 출력하는 sine 및 consine 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다.The sine and consine signals output from the sinusoidal optical encoder 100 can be expressed as follows.

Figure pat00012
Figure pat00012

Figure pat00013
는 엔코더(100)에서 출력되는 consine 신호,
Figure pat00014
는 엔코더(100)에서 출력되는 sine 신호이며,
Figure pat00015
Figure pat00016
는 이득이다. 또한
Figure pat00017
는 오프셋을 나타내고
Figure pat00019
는 위상 차이를 나타낸다.
Figure pat00013
A consine signal output from the encoder 100,
Figure pat00014
Is a sine signal output from the encoder 100,
Figure pat00015
Wow
Figure pat00016
Is the gain. Also
Figure pat00017
Wow Represents an offset
Figure pat00019
Represents the phase difference.

일반적으로 손실이 없을 때, 매우 낮은 속도로 동작한다면 이득,

Figure pat00020
Figure pat00021
, 그리고 오프셋
Figure pat00022
Figure pat00023
가 추정
Figure pat00024
될 수 있으며, 이러한 동작 상태에서
Figure pat00025
(sine 신호 및 cosine 신호의 DC 이득 비율)의 비율 및 오프셋은 변하지 않는 것으로 가정할 수 있다.Generally, when there is no loss, and when operating at very low speeds,
Figure pat00020
Wow
Figure pat00021
, And offset
Figure pat00022
Wow
Figure pat00023
Estimate
Figure pat00024
In this operating state,
Figure pat00025
(the DC gain ratio of the sine signal and the cosine signal) and the offset do not change.

이러한 가정에 의해 추정된 cosine 신호 및 sine 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다. The cosine signal and the sine signal estimated by this assumption can be expressed as follows.

Figure pat00026
Figure pat00026

여기서,

Figure pat00027
이고,
Figure pat00028
이다. here,
Figure pat00027
ego,
Figure pat00028
to be.

상기한 수학식 2에 있어서, 회전자의 여러 속도에서

Figure pat00029
Figure pat00030
를 구하는 것이 필요하다. In Equation (2), at various speeds of the rotor
Figure pat00029
Wow
Figure pat00030
.

삼각함수를 이용하면 수학식 2는 다음과 같이 정리될 수 있다. Using the trigonometric function, equation (2) can be summarized as follows.

Figure pat00031
Figure pat00031

따라서, 이득은 다음과 같다.Therefore, the gain is as follows.

Figure pat00032
Figure pat00032

또한 위상 차이는 다음과 같다.The phase difference is as follows.

Figure pat00033
Figure pat00033

여기서,

Figure pat00034
는 signum 함수이고, 다음의 반복 계산식으로 표현될 수 있는
Figure pat00035
은 충분히 작은 양의 값이다. here,
Figure pat00034
Is a signum function, and can be expressed by the following iteration formula
Figure pat00035
Is a sufficiently small positive value.

Figure pat00036
Figure pat00036

여기서,

Figure pat00037
Figure pat00038
범위에서 선택되는 변수이며, 수학식 6을 통해 미리 설정된 횟수 동안 반복 계산하는 경우 위상 차이를 계산할 수 있다. here,
Figure pat00037
The
Figure pat00038
And the phase difference can be calculated when the iterative calculation is performed for a predetermined number of times through Equation (6).

본 실시예에 따르면, 엔코더(100)에서 출력되는 sine 신호와 cosine 신호의 이득의 비가 변하지 않는다는 가정을 통해 이득을 손쉽게 계산할 수 있다. According to the present embodiment, the gain can be easily calculated on the assumption that the ratio of the gain of the sine signal and the cosine signal output from the encoder 100 does not change.

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. Also, it is possible to rapidly perform the gain and phase difference for signal compensation of the encoder 100 at the initial value input by the user through the iterative calculation using Equations (4) and (6).

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기와 같이 적응적으로 신호 보정이 이루어진 후에 얻어진 sine 및 cosine 신호가 그래디언트 탐색 알고리즘에 적용된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the sine and cosine signals obtained after adaptive signal correction is applied to the gradient search algorithm.

상기한 수학식 1은 다음과 같이 다시 표현할 수 있다.Equation (1) can be rewritten as follows.

Figure pat00039
Figure pat00039

여기서,

Figure pat00040
,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
이다. here,
Figure pat00040
,
Figure pat00041
,
Figure pat00042
,
Figure pat00043
,
Figure pat00044
to be.

삼각함수 등식을 이용하면 다음과 같이 나타낼 수 있다. Using trigonometric equations can be expressed as:

Figure pat00045
Figure pat00045

여기서,

Figure pat00046
이며,
Figure pat00047
이다. here,
Figure pat00046
Is,
Figure pat00047
to be.

목적함수(objective function),

Figure pat00048
Figure pat00049
로 정의되며, 이는 수학식 8의 오차를 최소화할 수 있고 목적함수의 그래디언트,
Figure pat00050
Figure pat00051
및 파라미터들의 추정을 위해 오프라인 데이터를 이용하여 계산된다. The objective function,
Figure pat00048
The
Figure pat00049
, Which can minimize the error of Equation (8) and can be used to determine the gradient of the objective function,
Figure pat00050
The
Figure pat00051
And the off-line data for estimation of the parameters.

목적함수의 그래디언트를 적용하여

Figure pat00052
를 통해 회전자의 실제 각도와 예측 각도의 차이를 계산한다.By applying a gradient of objective function
Figure pat00052
To calculate the difference between the actual angle of the rotor and the predicted angle.

여기서

Figure pat00053
는 충분히 작은 값이다. here
Figure pat00053
Is sufficiently small.

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.The signal compensator 106 according to the present embodiment calculates the difference between the actual angle and the predicted angle of the rotor using the adaptively corrected signal and interpolates the calculated difference using the PSS interpolation described below And generates a control signal (eigenvalue for controlling the rotation of the encoder).

본 실시예에 따르면, 다음의 수학식과 같은 다중 PSS를 이용한다.According to the present embodiment, multiple PSSs such as the following equations are used.

Figure pat00054
Figure pat00054

여기서, i = 1,3,5,...,2N-1,

Figure pat00055
는 고정된 각도
Figure pat00056
이고, N 은 자연수이다. Where i = 1, 3, 5, ..., 2 N -1,
Figure pat00055
A fixed angle
Figure pat00056
And N is a natural number.

도 3에 도시된 바와 같이, 다음의 수학식 10을 만족하는 유사 선형 세그먼트(Pseudo linear segment: PLS)가 생성된다.As shown in FIG. 3, a pseudo linear segment (PLS) satisfying the following equation (10) is generated.

Figure pat00057
Figure pat00057

여기서,

Figure pat00058
는 출력 신호다. here,
Figure pat00058
Is an output signal.

만일 PLS가 선형이라면 입력 각도

Figure pat00059
는 다음과 같다.If the PLS is linear,
Figure pat00059
Is as follows.

Figure pat00060
Figure pat00060

여기서,

Figure pat00061
,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
, 그리고
Figure pat00064
는 도 에 도시된 바와 같이, 이진 출력 (
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
,
Figure pat00069
)이다.here,
Figure pat00061
,
Figure pat00062
,
Figure pat00063
, And
Figure pat00064
As shown in the figure, the binary output (
Figure pat00065
,
Figure pat00066
,
Figure pat00067
,
Figure pat00068
,
Figure pat00069
)to be.

Figure 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.
Figure pat00070
Should minimize the absolute error in the linear section of the PLS. The PSS interpolation method according to the present embodiment can be implemented simply and can solve the switching noise problem.

도 4는 본 실시예에 따른 신호 보상 유형을 검증하기 위한 시뮬레이션 배치를 도시한다. 4 shows a simulation arrangement for verifying the signal compensation type according to the present embodiment.

도 4에 도시된 바와 같이, 엔코더(100)의 신호 출력은 MATLAB Simulink의 sine(cosine) function에 의해 구현된다. As shown in FIG. 4, the signal output of the encoder 100 is implemented by the sine (cosine) function of MATLAB Simulink.

시뮬레이션 배치에서 표 1에 나타난 바와 같이, 이득, 위상 및 오프셋과 같은 비이상 신호 구성요소들(non-ideal signal components)이 추가된다. Non-ideal signal components such as gain, phase, and offset are added to the simulation placement, as shown in Table 1.

시뮬레이션 조건들Simulation conditions ParameterParameter ValueValue Sampling rate of ADCSampling rate of ADC 2[MHz]2 [MHz] Resolution of ADCResolution of ADC 16[bit]16 [bit] NoiseNoise -0.002~0.002[V]-0.002 to 0.002 [V] OffsetOffset Cos+0.2[V]Cos + 0.2 [V] PhasePhase °Sin(x-3.6°)° Sin (x-3.6) GainGain Sin×1.1[V]Sin × 1.1 [V]

로우 패스 필터를 통과한 엔코더 신호(보상 전)는 도 5에 도시된다. The encoder signal (before compensation) passed through the low-pass filter is shown in Fig.

본 시뮬레이션에서는 적응적 신호 보정 및 디지털 PSS 보간을 위한 디지털 로직이 s-function을 이용한 C 언어로 구현된다. In this simulation, digital logic for adaptive signal correction and digital PSS interpolation is implemented in C language using s-function.

본 시뮬레이션에서 절대적인 에러를 최소화하기 위한 디지털 PSS 보간의 조건은 N = 16이고 k N = 57.573°이다. 나머지 조건은 상기한 표 1과 같다. In this simulation, the conditions of digital PSS interpolation to minimize absolute error are N = 16 and k N = 57.573 °. The remaining conditions are shown in Table 1 above.

도 6에 도시된 바와 같이 본 시뮬레이션에서 적응적 신호 보정을 거친 엔코더 신호는 이상적인 신호에 가깝다. As shown in Fig. 6, the encoder signal subjected to the adaptive signal correction in this simulation is close to an ideal signal.

그러나, 종래의 그래디언트 탐색 방법만을 진폭 변화 효과를 보상하기 위해 사용하게 되면 도 7에 도시된 바와 같이 Lissajous 신호를 완전히 복구하지 못한다. However, if only the conventional gradient search method is used to compensate for the amplitude change effect, the Lissajous signal can not be completely restored as shown in FIG.

도 8에서 제안된 방법의 유용성을 확인할 수 있다. The usefulness of the method proposed in FIG. 8 can be confirmed.

본 실시예에 따른 적응적 신호 보정 방법이 적용되는 경우의 Lissajous 곡선은 그래디언트 탐색 방법만을 이용하는 경우와는 달리 완벽한 원 형상을 나타낸다. The Lissajous curve in the case of applying the adaptive signal correction method according to the present embodiment shows a perfect circle shape unlike the case of using only the gradient search method.

다음으로 적응적 신호 보정 후에 디지털 PSS 보간을 수행하였다. Next, digital PSS interpolation was performed after adaptive signal correction.

위치 프로파일 및 추정된 위치 사이의 차이가 도 9에 도시된다. The difference between the location profile and the estimated location is shown in FIG.

진동(oscillation) 시간 및 정착(settling) 시간이 충분히 감소함을 알 수 있으며, 추정되는 에러각은 0.8°이고, 36 count에서와 같은 값이다.It can be seen that the oscillation time and the settling time are sufficiently reduced, and the estimated error angle is 0.8 °, which is the same value as at 36 count.

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.It will be apparent to those skilled in the relevant art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. The appended claims are to be considered as falling within the scope of the following claims.

Claims (10)

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 장치.
An apparatus for compensating for an encoder signal,
An adaptive signal corrector for correcting the sine signal and the cosine signal by calculating a gain and a phase difference between the sine signal and the cosine signal output from the encoder; And
And a control signal generator configured to generate a control signal for controlling the encoder by using the calculated gain and phase difference.
제1항에 있어서,
상기 적응적 신호 보정부는 상기 sine 신호 및 cosine 신호의 DC 이득 비율과 오프셋 비율이 변하지 않는 것으로 가정하여 상기 이득 및 위상 차이를 계산하는 엔코더 신호 보상 장치.
The method of claim 1,
And the adaptive signal correcting unit calculates the gain and phase difference assuming that the DC gain ratio and the offset ratio of the sine signal and the cosine signal do not change.
제2항에 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.
3. The method of claim 2,
Wherein the adaptive signal compensator comprises:
Wherein an initial value of the gain and phase difference is set and a final value of the gain and phase difference is determined through iterative calculation for each period.
제2항에 있어서,
상기 가정에 의해 추정되는 sine 신호와 cosine 신호는 다음과 같이 정의되며,
[수학식]
Figure pat00071

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

Figure pat00078
는 signum 함수이고,
Figure pat00079
은 충분히 작은 양의 값이고,
Figure pat00080
Figure pat00081
범위에서 선택되는 변수임
3. The method of claim 2,
The sine signal and cosine signal estimated by the assumption are defined as follows.
[Mathematical Expression]
Figure pat00071

Figure pat00072
Wow
Figure pat00073
Is the gain,
Figure pat00074
Wow
Figure pat00075
Lt; / RTI >
Figure pat00076
Is the phase difference
And the gain and phase difference are defined as follows using a trigonometric function.
[Mathematical Expression]
Figure pat00077

Figure pat00078
Is the signum function,
Figure pat00079
Is a sufficiently small positive value,
Figure pat00080
The
Figure pat00081
Variable to be selected in scope
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.
5. The method of claim 4,
Wherein the adaptive signal corrector calculates a gain and a phase difference of the sine signal and the cosine signal through the iterative calculation of Equation (2).
제1항에 있어서,
상기 제어 신호 생성부는,
위상 이동 정현파(Phase Shifted Sinusoid: PSS) 보간법을 이용하여 상기 엔코더 신호의 보상을 위한 제어 신호를 생성하는 엔코더 신호 보상 장치.
The method of claim 1,
Wherein the control signal generator comprises:
An encoder signal compensation device for generating a control signal for compensating the encoder signal by using a phase shifted sinusoid (PSS) interpolation method.
제1항에 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.
The method of claim 1,
And a gradient search unit for calculating a difference between an actual angle and a predicted angle of the encoder using the calculated gain and phase difference,
Wherein the control signal generator generates the control signal using the angle difference calculated by the gradient search unit.
제1항에 있어서,
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 보정하는 엔코더 신호 보상 장치.
The method of claim 1,
And the adaptive signal compensator is configured to input digital values of the sine signal and the cosine signal output from the encoder to adaptively correct the sine signal and the cosine signal through demodulation of the digital values.
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 방법.
A method of compensating for an encoder signal,
Adaptively correcting the plurality of sinusoidal signals by calculating a gain and a phase difference between a sine signal and a cosine signal output from the encoder; And
And generating a control signal for controlling the encoder using the calculated gain and phase difference.
제9항에 있어서,
상기 적응적 신호 보정 단계는 상기 sine 신호 및 cosine 신호의 이득 비율이 변하지 않는 것으로 가정하여 상기 이득 및 위상 차이를 계산하는 엔코더 신호 보상 방법.
10. The method of claim 9,
In the adaptive signal correction step, the gain and phase difference are calculated on the assumption that the gain ratios of the sine signal and the cosine signal do not change.
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