TWI274235B - Method and apparatus for estimating the position of a moving part of a linear actuator - Google Patents

Method and apparatus for estimating the position of a moving part of a linear actuator Download PDF

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TWI274235B
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Description

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I274283i5wf.doc, 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種绩#々蕾 , f actuator)^,^ 置計算方法與裝置 關於—種線性朗器的滑動件位 【先别技術】 傳統的定位致動器多選用步進馬達做為驅動裝置，但 疋乂進馬達有不少缺點。例如定位速度不夠快，慢速定位 對於线耗時且耗能，而且定位過程巾的機械雜 曰义大。所以為了提収位之特性且有效地降低硬體成 本使用線性致動斋搭配磁性尺(magnetic sca!e)作位置回 扫:控制已經成為未來的趨勢。 圖1為傳統線性致動器的位置回授控制架構圖。在圖 1的架構中，當線性致動器103的滑動件移動時，磁阻感 測器（magneto-resistive sensor，簡稱為 MR sensor) 1〇4 會產生兩個相位差90度的磁信號。類比細分割晶片（anai〇g interpolation chip) 105將磁信號轉換成脈衝信號後交由計 數器(counter) 106計數，接著計數器106將計數後的值送 入中央處理單元(CPU: central processing unit) 101以獲得 線性致動器103的滑動件位置。此種架構的主要缺點為類 比細分割晶片的價格昂貴。 圖2繪示另一種不使用類比細分割晶片的傳統線性致 動器的位置回授控制架構。在圖2的架構中，類比數位轉 換器（ADC: analog_to-digital converter) 202 將來自磁阻感
碉器104的磁信號轉換為數位的取樣值後，交給CPU2〇1 ，以計算出滑動件的位置。此種架構是以CPU執行的 ^算法取代昂貴的類比細分割晶片。然而傳統的演算法都 需要複雜而冗長的運算，甚至長時間的浮點運算，對於定 位效率有不利影響。 【發明内容】 ▲ μ本發明的目的是在提供一種線性致動器滑動件位置
什异方法’其優點騎算過程鮮快速，可降低磁性尺 本，提高解析度。 二月的乃 口叼疋桅供一種踝性致動器滑動件位 置计异裝置，^優點為簡單快速，可進一步降低系統成本， 亚且進一步提高解析度。 、、骨動Sttti他目的’本發明提出—種線性致動器 ^動件置#异方法，包括下列步驟。首先，（a)將線性致
==動^向目標位置。⑻接收線性致動器的磁信 唬包括一正弦(叫信號與—餘弦(c〇sine)信穿。 根據正弦信號與餘弦信號產生第—方波、第二^波'、、1 區段方波。⑻根據正弦信號、餘弦信號、第 ^ ;段方波’產生接著⑷根據第；皮第3 波、以及區段錢計算㈣件距__區 f =
根據鑛齒波形與區段數，計算滑動件的目前位i取後⑴ 上述之線性致動器滑動件位置。— 中’步驟⑷包括下列步，驟。首先 —貫施例 7 1274斑 f.doc/y 的上升緣與下降緣，計㈣師㈣翻 2述之線性致動器滑動件位置計:广 令，步驟⑴包括下列步驟。先 凌在—貫施例 極寬度(pole Pitch)與上述鑛齒波形1十曾、=型磁條的磁 位置，然後根據磁極寬度、滑動件距^ =，的區段内 及區段内位置計算滑動件的目前位置。、Q段數、以 從另一觀點來看，本發明另 件位置計算裝置，包括磁信號處理器、‘:::器:骨動 鑛齒區段計數器、以及位置信號計算器。^^生益、 ;= = =，信號根 】根據，信號、餘弦信號、第二3波以生 生鋸齒波形。鋸齒區段計數器根據第_ ' 算滑峨則根據上細^ 亡述之線性致動器滑動件位置計算裝置，在 令，弟一方波是根據正弦信號與餘弦信號的總和產生，第 艮據正弦信號與餘弦信號的差值產生，區段方波 、疋根據弟-方波與第二方波的邏輯運算結果而產生。 上述之線性致動器滑動件位置計算裝置，在一實施例 鋸U/波形產生益包括第一開關、反相器(1請刪、以 弟二，關。第一開關接收正弦信號與餘弦信號，若區段 方波為第-狀態，則輸出正弦信號’若區段方波為第二狀 loc/y 恶’則輸出餘弦信號。反相器祕於第—關的 第二開關輕接於第-開關的輸出端以及反相器的二° 若第二方波為第三狀態，則輪出反相器的輸出信號，= 二方波為第四狀態，則輸出第一開關的輸出信號。弟 上述之線性致動器滑動件位置計算裝置， 令，位置㈣計算器包括極值谓測器、乘法器、以^ =列 ^極㈣㈣侧_波形的極大值與極小值 = 回波形的極大值減去極小值的結果管^出鑛 丈乘上極值偵測器的輸出值的結果:最;:力出亡 位置乘法"的輸出值，產生代表滑動件的“ 動件位置計算方法ί述之線性致動器滑 以能降低成本，而丄;=，方法更加簡單快速。所 外，本方法是利用磁=感_ =法緩慢冗長的缺點。另 的方式計算，若配合高解析;=的磁信號，以線性近似 傳統細分割晶片的解析度倍C ’可使解析度更高於 上述之線性致動器滑動 上述方法加以硬體實現，：十=置主要是利用 降低成本的優點。另 有问樣的間早、快速、以及 步降低系統成本。而且本1=不需要咖，因此可進-性之任意定位，無解析度^=硬體架構，所以可達連續 為林务明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 I27423^vf.d〇c/v 易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式， 作詳細說明如下。 【實施方式】 圖3為根據於本發明一實施例的線性致動器位置回授 控制架構圖，以應用於數位攝影機或數位照相機為例。圖 3當中’線性致動裔的滑動件部分包括可移動式線圈 (moving coil) 309、光學鏡片載具(lens holder) 3〇卜交互極 性之線型磁條(linear magnetic strip) 306、以及套管302。 控制線性致動器的數位電路包括中央處理單元（cpu) 314、類比數位轉換器（ADC) 313、唯讀記憶體（R〇M: read-only memory) 315、以及隨機存取記憶體（RAM: random access memory) 316。中央處理單元314接收來自 影像數位信號處理器（image digital signal pr〇cess〇r)的命令 與貧料317。驅動器（driver) 311接收來自中央處理單元314 的數位資料及控制命令，然後根據接收到的命令產生不同 的驅動電壓以驅動線性致動器的滑動件。當 時，磁阻感《抓會與滑動件上的_磁^^= 對位移，當磁阻感測器307感應到線型磁條3〇6的磁力變 化，會產生相位差90度的兩組磁信號（正弦信號和餘弦俨 號）·，透過軟排線308將兩組磁信號送到低通濾波器㈣ pass filter) 310過濾、雜訊，再透過信號放大器312適當地將 ，可接受的範圍’最後透過 ^ 313將兩組處理後的磁信號轉換成數位資 料运到中央處理單元314做計算。實際上，類比數位轉換 10 rf.doc/y 器313可能包含兩個獨立的ADC以分別轉換兩組磁 執行本發明提出的線性致動器軸 法’可快速精確地計算出線性致動器滑動件 圖3的架構巾’如果磁阻感測器3〇7產生的 質良好，不需過濾雜訊，可以省略低通遽波器31〇^= 如果_號的電麼夠高，使類比數位轉換器313可直接产 理，就可以省略信號放大器312。 处 置計算圖二中=單動器滑動件位 +、 圆百先，在糸統電源開啟時會有一遠 ^刀始化的動作。接下來的說明可參照圖5與圖6。圖1 :示初始化過程中，線性致動器的滑動件5〇1的移=過 ^ ^磁阻感剩器3G7輸出的原始磁信號 ^ 本貫施例的各種信號的波形與時序。 則、、，曰不 η匕是從步驟405開始。在步驟4〇5，中央 :牛二= 生致動器的滑動件5〇1移回到原點，缺後 在^件動件5G1到整個行程的終止端點。 月動仵501私動時，磁阻感測器3〇7會 if 313的取樣頻率和解析度約高，在下面的;兒=位= 疋可广4接收的取樣值視為連續信號遇 件〇1到達終止端點後，在步驟化，中央處理 1274m f.doc/y 單兀314下令將滑動件50〗自終止端點再度移回原點。前 面的移動過程中，中央處理單元314已經得到足夠的取樣 值，因此可在步驟42Q進行比對，擷取正弦信號SIN的極 大值SIN—MAX與極小值SIN—MIN，以及餘弦信號c〇S 的極大值COS—MAX與極小值c〇S一MIN，如圖5所示。 然後在步驟425根據以上四個極值計算正弦信號SIN與餘 弦信號COS的偏移值(OFFSET)與振幅(AMP)，計算公式如 下。 SIN—OFFSET = (SINjVIAX + SIN—MIN)/2 SIN—AMP = (SIN一MAX 一 SIN—MIN) / 2 COS—OFFSET = (COS—MAX + COS—MIN) / 2 COS AMP = (COS MAX 一 COS—MIN) / 2 每一次系統開機後進行以上的初始化步驟，可確保以 上的位移值與振幅參數會隨著環境溫度等因素而改變。如 此，雖然磁信號受到各種因素影響，仍然可確保滑動件 位置計算不至於出現誤差。 接著在步驟430，根據線型磁條306的磁極寬度(p此 pitch)與磁信號SIN、c〇s，計算滑動件5〇1的原點偏移值。 至於為何计异原點偏移值以及計算的細節，在後合 細說明。 9啕砰 接下來進入本方法的主迴圈。中央處理單元314在牛 驟435下令將滑動件5〇1移向目標位置。然後在步驟4= 12 oc/y I27423i5wf.d 接收類比數位轉換器313處理過的正弦信號SIN與餘弦信 號COS。然後在步驟445根據正弦信號SIN與餘弦信號 COS的偏移值與振幅，單位t(nornialize)正弦信號SIN與 '、 餘弦號cos，計算公式如下。
• NSIN = (SIN — SIN—OFFSET) / SIN—AMP
NCOS = (COS - COS—OFFSET) / COS—AMP ® 其中NSIN為單位化之後的單位正弦信號，NCOS為 單位化之後的單位餘弦信號，如圖6所示。 接下來，在步驟450產生兩個方波信號。先將單位正 弦信號NSIN與單位餘弦信號NC0S分別相加及相減，產 生訊號ADD和SUB。 然後將信號ADD及SUB分別轉換為加法方波 ADD—C與減法方波SUB—C。加法方波ADD—C是根據單 位正弦信號NSIN與單位餘弦信號NC〇s的總和add產 _ 生’右總和ADD為正值，則加法方波ADD一C為邏輯1， 右總和ADD為負值，則加法方波ADD—C為邏輯〇。另一 方面’減法方波SUB-C是根據單位正弦信號NSm^ 餘弦信號NCOS的錄SUB產生，若差值㈣為到直， 則減法方波SUB—C為糖丨，若差值遞為負值 法方波SUB—C為邏輯〇。以上的信號如圖㈠斤示。、 — 纟本發明範圍中，加法方;皮ADD—C與減法方波
:SUB-C可允許其他定義。—般的規則是，若總和信號ADD 13 f.doc/y 為正值，則加法方波ADD—c為
為負值，則加法方波ADD c μ狀悲’若總和信號ADD 差值信號SUB為正值，職H二狀態。另—方面’若 芸#佶栌躲ςτπ 万攻SUB—C為第三狀態， 而第-^為&為負值’則減法方波SUB C為第四狀態。 而弟狀悲為邏輯1與邏輯0A+ 一 1與邏輯〇其中不同於第—狀=之―，第二狀態為邏輯 邏輯1與邏輯0A中之一，第：f。同樣的’第三狀態為 中不同於第三狀態者。若加邏輯1與邏輯0其 ςττ^ r ^ ^ 忒方波ADD—C與減法方波 者岸"r 在本發明技術領域具有通常知識 ㈣本貫施例的方法作適應修改，在此就不多說 RE^下Λ’Λ步驟455產生區段方波REG。區段方波 =疋加法方波ADD—c與減法旬皮sub c的互斥或 (exclusive or)運算的結果，如圖6所示。- 装，了來’在步驟46G產生麵波形ST。鑛齒波形st =疋將單位正弦信號獅與單位餘弦信號誦的 ^又重、㈣來。鋪波形ST的定義為：若減法方波SUB C 為邏輯i且區段方波腦為邏輯！，則鑛齒波形ST等於 反相的單位正弦信號NSIN 1減法方波c為邏輯i 且區段方波REG為邏輯G ’職缝形ST^反相的 位餘弦信號NCOS。若減法枝SUB—c為賴Q且區段方 波REG為邏輯卜則鋸齒波形ST等於單位正弦作號 NSIN。最後，若減法方波SUB—c為邏輯〇且區段方波^ 為邏輯〇 ’魏齒波形ST等於單位餘弦信號Nc〇s。產生 14 12 T 42s3l^wf.doc/y 出1==ST就如圖6所示。 似，在鑛波ADD-C與減法方波遞-C的定義類 波REG的〇、丨π。的疋義中，減法方波SUB-C或區段方 下，在本發明抽，輯狀態也可以任意對換。在對換的情況 例的方法_庫2域具有通常知識者應能輕易對本實施 4修改，在此亦不多說明。 距離原t 下來是在步驟465計算滑動件501 個鑛齒。對昭圖=個區段就是鑛齒波形ST的一 正弦信號獅^ ^序可知，—健段相當於單位 1 弦信號NC〇S的1/4個週期。而 極的寬产夕動相當於線型磁條306的相鄰的兩個磁 NCOS都會歷經一 +、闽如义_ 平1餘涊彳口琥 0 、 乂週功循裱。線型磁條300的磁極寬度 ::，所以鋸齒波形ST的區段數， 件501的移動距離，進而算出滑動件5〇1的目前位Ϊ。動 2區絲料技雜加法㈣ADD㈡ —C鐘別滑動件5〇1的移動方向。在本發明 ”或g具有通常知識者都知道如何鑑別，在此不予贅 =。心後是減此移財㈣區段錢删的上升緣愈下 ~緣:計算滑動件5 01距離原點的區段數。因為每一次通 ==波=的=緣或下降緣’就表示進入鑛齒波形 個區段肖簡單的計數就能得知目前距離原點的 區段數。 接下來，在步驟470根據線型磁條3〇6的磁極寬度與 、 、= ST叶异滑動件501的區段内位置。所謂的區段 、 内位置就疋/骨動件501在單一鑛齒區段内的局部位置。比 對圖6的仏就波形可知，鑛齒波形st是由 ^ 順N與單位餘弦信號NC〇s最趨近線性函數的部分= !來、。j早位正弦信號NSIN為例，如圖7所示，圖7的 • ^軸為單位正弦信號NSIN的相位，縱軸為單位正弦信號 • NSIN的取樣值。單位正弦信號NSIN的相位對應於滑動件 鲁5G1的區段内位置，然而中央處理單元314無法直接取得 相位，只能從單位正弦信號NSIN的信號絲算其相位。 為了避免繁複運算，本方法使用如圖7所示的線性趨近函 數^^替代單位正弦信號Ν_。如此就能快速地從信號 值计异出相位，而且誤差極小。例如，若磁極寬度為 0.8mm，則位置估异的誤差約為m，誤差只有磁極寬度 的 0.375% 〇 從圖7可看出，從相位〇到相位死/4的間距對應於1/8 的磁極1度，也對應於1/Α的信號值。此處的磁極寬度定 • 義為線型磁條上兩個相鄰交替磁極的寬度。使用線性近似 计鼻可付到下列公式。
LPOS = PP/8 + (V2/8) * ΡΡ * ST 其中，LPOS為滑動件501的區段内位置（1〇cal position)，PP為磁極寬度，ST就是鋸齒波形ST的信號值。 在等號右邊的PP/8是對應於圖7當中從相位-冗/4到相位 16 doc/y I27423cSvf. ^又的距離’因為區段内位置的計算是從相位_ 7Γ /4開 、 始’而非相位0。 ^ ^在5兒明下一步驟前，先說明前面步驟430所計算的原 =偏=值、。，因為線性致動器的滑動件在初始化過程中回歸 ”:守並不胃恰好落在相同的原點，因此在計算實際位 • 置時，必須先計算出回歸原點的位置偏移量，這就是上述 的原點，移值㈣ginal 0ffset)。基於同樣原理，此原點偏移 φ 值的汁异方法與公式都和前面的區段内位置相同。 接下來，在步驟475計算滑動件的目前位置，計算公 式如下。
CPOS = OFFSET + (PP/4) * NUM + LPOS 其中’ cpos為滑動件目前位置（current p〇sit〇n)， OFFSET為原點偏移值，pp為磁極寬度，NUM為滑動件 距離原點的區段數，LP0S為滑動件的區段内位置。 _ 最後，在步驟480檢查滑動件是否已經到達目標位 置，也就是檢查目前位置是否已經等於目標位置。如果是， 本方法流程至此結束，否則就回到步驟435繼續朝向目標 移動’然後計异新的目前位置。如此持續移動、修正，必 然會到達目標位置。 以上貫施例的滑動件位置計算方法也可以用硬體方 式實現，其架構如圖8所示。圖8為根據於本發明另一實 : 施例的線性致動器位置回授控制架構圖。本實施例將要二 f.doc/y I2742S5w ' =的線性致動器滑動件位置計算裝置8〇5會接收磁阻感測 804輸出的磁信號’然後計算出表示滑動件目前位置的 ' 巧函數，提供至控制器謝。控制器謝根據滑動件的 目月Η立置以及欲前往的目標位置，透過驅動器8〇2操控 性致動器803的滑動件。 圖9為線性致動器滑動件位置計算裝置8〇5的架構 - 圖。滑動件位置計算裝置805包括磁信號處理器9〇/、'鋸 % ，波形產生器902、鋸齒區段計數器903、以及位置信號計 算器9〇4。簡單的說，磁信號處理器9〇1根據磁阻感^器 8〇4產生的正弦信號SIN與餘弦信號c〇s產生加法方波 ADD—C、減法方波SUB—C、以及區段方波REG。鋸齒波 形產生器902根據正弦信號SIN、餘弦信號C0S、減法方 坡SUB—C、以及區段方波REG產生鋸齒波形ST。鋸齒區 段計數器903根據加法方波ADD—C、減法方波SUB C、 以及又方波REG计异線性致動器8〇3的滑動件距離原點 • 的區段數NUM。最後，位置信號計算器904則根據鋸齒 竣形ST與區段數num計算表示滑動件目前位置的線性函 數LF。 圖10為磁信號處理器901的架構圖。磁信號處理器 9〇1包括加法器1001、比較器1002、減法器1003、比較器 1004、以及互斥或閘(XOR gate) 1005。其中，加法器1〇〇1 : 計算正弦信號SIN與餘弦信號COS的總和ADD。比較器 _ 1002根據總和信號ADD輸出加法方波ADD—C，若總和信 號ADD為正值，則加法方波ADD_C為邏輯1，若總和信 18 iwf.doc/y 號jDD為j值，則加法方波add—c為邏輯〇。減法器誦 計异正弦信號SIN與餘弦信號c〇s的差值議。比較器 1〇〇4根據差值信f#bSUB輸出減法方波sub—c，若差值信 號SUB為正值，則減法方波SUB—c為邏輯卜若差值信 號漏為負值，則減法方波SUB—C為邏輯0。最後，互 斥或閘1005接收加法方;皮ADD—C與減法方;:皮SUB—C， 輸出區段方波REG。 —
邱圖Π騎齒波形產生器·的架翻。_波形產 生為9G2包括開關U(n、UG3、以及反相器2。開關 1101接收正弦信號SIN與餘弦信號c〇s，若區段方波义^^ 為邏輯卜則輸出正弦信號SIN，若區段方波職為邏輯 1102 1101 的，出端。開關11()3則麵接於開關UG1的輸出端以及反 相裔的輸出端，若減法方波SUB—C為邏輯1，則輸 出反相器1102的輸出信號，若減法方波SUB—c為邏輯 則輸出開關11 〇 1的輸出信號。
圖12為鑛齒區段計數器9〇3的架構圖。鑛齒區段 益903包括方向鐘別器12〇卜邊緣谓測器12们、以及辦 減計數器1203。方向鏗別器削根據加法讀伽^ 與減法方波SUB—C鑑職動件的義方向，並且根據 方向Λ出f _u DIR。邊緣偵測器m2輸出脈衝 :，衝信號PS。增減計數器腕則輪出滑 = 的區段數麵，並且在脈衝信號ps致 ^ 19 I27423(Svf.d〇c/y ' 號DiR遞增或遞減區段數num。 ' 目13為位置信號計算器904的架構圖。位置传號 算器904包括極值偵測器1301、乘法器13〇2、以及累加 ' 1303。極值偵測器1301偵測鑛齒波形ST的極大值與極^ 值’輸出鑛齒波形ST的極大值減去極小值的結果，也就 - 是鋸齒波形每一區段的高度。乘法器1302計算並輪出區庐 數顺Μ乘上極值偵測器13〇1的輸出值的結果。最後1 加器1303將鑛齒波形ST加上乘法器1302的輸出值，產 攀生代表滑動件的目前位置的線性函數L F。線性函數l F可 說是將鑛it波形ST的每-㈣區段疊加後的結果，如圖6 所示。 如同前面的方法實施例，在本發明範圍中，可將本實 施例中各數位信號的1、〇邏輯狀態的作用任意交換。交ς 之後’在本發明技術領域具有通常知識者應能輕易對本實 施例的線性致動器滑動件位置計算裝置805作適應修改，' 因此不多說明。 • I實施例的硬體架構不需要計算原點偏移值，因為在 初始化過程中，線性致動器803的滑動件回歸原點時，位 置計算，置805就已經產生一個電壓值，此電壓值就等同 上〆個貫施例的原點偏移值。至於這個回歸原點的動作， 可由外部的系統下令，例如上個實施例中的影像數位信號 處理器。 : 本實施例的硬體架構也不需要將磁阻感測器804提供 ：白勺原始磁信號單位化(normalize)，㈣直接用石兹阻感測器 20 f.doc/y 12742&^i5w n sm = 邏輯運算。如此，當原始的正弦 和餘弦信號cos的振幅不同時 ㈣。有_方法可崎免誤差魅。第 ^阻f 測器804輪出的磁佶缺和阳 裡疋將磁阻感 第-稀方^_g肢w又、，使兩組磁4吕號的振幅相同。 1: ΐ 的正弦信號s 1N和餘弦信號C 0 S，經 號调整機制，將振幅調整到彳g ρη。f '' 加_例如在本實施例增 置，：ΐ:Γ 耦接於磁阻感測器804與位
虫^ ΐϊ 信號處理器9G1之間，將正弦信號SIN 域cos的振幅調整至相同後輸出至磁信號處理 為 yui 〇 、’’T上所述，本叙明之線性致動器滑動件位置計算方 法’是以咖的計算分析取代昂貴的類比細分割晶片，而 且計算過程比傳統方法更加簡單快速。所以能降低成本， 而且沒有傳統演算法緩慢冗長的缺點。另外，本方法是利 用磁=感測H輸出的磁錢，以線性近似的方式計算，若 配合高解析度白勺ADC，T使解析度更高於傳統細分割晶片 的解析度倍率。 另外，本發明之線性致動器滑動件位置計算裝置主要 是上述方法的硬體實現，因此有同樣的簡單、快速、以及 降低成本的優點。而且此裝置不需要cpu，僅需要簡單的 控制裔，因此可進一步降低系統成本。而且本裝置為硬體 架構，所以可達連繽性之任意定位，無解析度之問題。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其旅非用以 限疋本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 21 ,doc/y 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1及圖2為傳統線性致動器的位置回授控制架構 圖。 圖3為根據於本發明一實施例的線性致動器位置回授 控制架構圖。 圖4為根據於本發明一實施例的線性致動器滑動件位 置計算方法流程圖。 圖5為根據於本發明一實施例的系統初始過程的滑動 件移動方式與原始磁信號的示意圖。 圖6為根據於本發明一實施例的各種信號的時序圖。 圖7為根據於本發明一實施例的線性近似計算示意 圖。 圖8為根據於本發明另一實施例的線性致動器位置回 授控制架構圖。 圖9為圖8的線性致動器滑動件位置計算裝置架構 圖。 圖10為圖9的磁信號處理器架構圖。 圖11為圖9的鋸齒波形產生器架構圖。 圖12為圖9的鋸齒區段計數器架構圖。 圖13為圖9的位置信號計算器架構圖。 【主要元件符號說明】 101 :中央處理單元 22 f.doc/y 102 :驅動器 103 :線性致動器 104 :磁阻感測器 105 :類比細分割晶片 106 :計數器 201 ··中央處理單元 202 :類比數位轉換器 301 :光學鏡片載具 302 :套管 306 :線型磁條 307 ··磁阻感測器 308 ·•軟排線 309 :可移動式線圈 310 ·•低通濾波器 311 :驅動器 312 :信號放大器 313 :類比數位轉換器 314 :中央處理單元 315 :唯讀記憶體 316 ··隨機存取記憶體 501 :線性致動器滑動件 801 :中央處理單元 802 :驅動器 803 :線性致動器 23 I27423lSwf.doc/y 804 :磁阻感測器 805 :線性致動器滑動件位置計算裝置 901 ··磁信號處理器 902 :鋸齒波形產生器 903 :鋸齒區段計數器 904 :位置信號計算器 1001 :加法器 1002 :比較器 1003 :減法器 1004 :比較器 1005 :互斥或閘 1101 :開關 1102 :反相器 1103 :開關 1201 :方向鑑別器 1202 :邊緣偵測器 1203 :增減計數器 1301 :極值偵測器 1302 ··乘法器 1303 :累加器 24

Claims (1)

  1. I27433<Svf.doc/y ' 十、申請專利範圍： , L一種線性致動器滑動件位置計算方法，包括·· (a)將一線性致動器的滑動件移向一目標位置； - (b)接收該線性致動器的磁信號，該磁信號包括一正弦 信號與一餘弦信號； • (c)根據該正弦信號與該餘弦信號產生一第一方波、一 第二方波、以及一區段方波； (d) 根據該正弦信號、該餘弦信號、該第二方波、以及 鲁 該區段方波，產生一鋸齒波形； (e) 根據該第一方波、該第二方波、以及該區段方波計 算該滑動件距離原點的區段數；以及 ⑴根據該鋸齒波形與該區段數，計算該滑動件的目 位置。 ^如申請專利範圍第1項所述之線性致動器滑動件位 置计异方法，其中該第一方波是根據該正弦信號與該餘弦 信號的總和產生，該第二方波是根據該正弦信號與該餘弦 • 信號的差值產生，該區段方波是根據該第一方波與該第二 方波的一邏輯運算的結果而產生。 X — 3·如申請專利範圍第2項所述之線性致動器滑 置計异方法，其中 若該總和為正值，則該第一方波為一第一狀態，若 總和為負值，則該第一方波為一第二狀態； ^右μ ’若該差值為正值，則該第二方波為一第三狀態，# :差值為負值，則該第二方波為一第四狀態。 ^ 25 f.doc/y ' 4.如申請專利範圍第2項所述之線性致動器滑動件位 . 置計算方法，其中該邏輯運算為互斥或運算。 5. 如申請專利範圍第1項所述之線性致動器滑動件位 — 置計算方法，其中 若該第二方波為一第一狀態且該區段方波為一第三 狀態，則該鋸齒波形等於反相的該正弦信號； 若該第二方波為該第一狀態且該區段方波為一第四 ' 狀態，則該鋸齒波形等於反相的該餘弦信號； • 若該第二方波為一第二狀態且該區段方波為該第三 狀態，則該鋸齒波形等於該正弦信號； 若該第二方波為該第二狀態且該區段方波為該第四 狀態，則該鋸齒波形等於該餘弦信號。 6. 如申請專利範圍第1項所述之線性致動器滑動件位 置計算方法，其中步驟(e)包括： 根據該第一方波與該第二方波鑑別該滑動件的移動 方向；以及 φ 根據該移動方向與該區段方波的上升緣與下降緣，計 算該滑動件距離原點的區段數。 7. 如申請專利範圍第1項所述之線性致動器滑動件位 置計算方法，其中步驟(f)包括： 根據該滑動件的線型磁條的磁極寬度與該鋸齒波形 計算該滑動件的區段内位置；以及 :根據該磁極寬度、該滑動件距離原點的區段數、以及 ； 該區段内位置計算該滑動件的目前位置。 26 c/y I27423(Svf.d〇, =申請專利範圍第〗項所述 置汁异方法，於步鄉(a)之前更包括：、、良動—動件位 (g) 將该滑動件移回原點，· (h) 移動騎树到整 ω將該滑動件自兮線卜钟妁〜止知點，以及 9·如申請專利範圍二;::= 置計算方法，於步驟(0與⑻之致動器滑動件位 及細取η亥正弦仏號與該餘弦信號的極大值輿極小值；以 根據該正弦信號與賴 算該正弦信號與該餘弦信號的偏;=與極小值’計 而且於步驟作)與(c)之間更包括： 根據該正弦信號與該餘弦信號的 化(normalize)該正弦信號與該餘弦信號。〆、巾田早位 10.如申請專利範圍第8項所述之 位置計算f法，於步驟(0與⑻之間更包括： 月動件 。。的=F 件^線型磁條的磁極寬度與該線性致動 益的磁彳5號计异該滑動件的原點偏移值； 而且步驟(f)更包括： 以該原點偏移值修正該滑動件的目前位置。 專利_第1項所述之線性致動器滑動件 位置計异方法，於步驟⑴之後更包括： 若該滑動件尚未到達該目標位置，則回到步驟⑻。 12. 一種線性致動器滑動件位置計算裴置，包括： 27 f.doc/y 一磁信號處理器，根據一線性致動器的磁阻感測器產 生的一正弦信號與一餘弦信號，產生一第一方波、一第二 方波、以及一區段方波； 一鋸齒波形產生器，根據該正弦信號、該餘弦信號、 該第二方波、以及該區段方波，產生一鋸齒波形； 一鋸齒區段計數器，根據該第一方波、該第二方波、 以及該區段方波計算該線性致動器的滑動件距離原點的區 段數；以及 一位置信號計算器，根據該鋸齒波形與該區段數，計 算該滑動件的目前位置。 13. 如申請專利範圍第12項所述之線性致動器滑動件 位置計算裝置，其中該第一方波是根據該正弦信號與該餘 弦信號的總和產生，該第二方波是根據該正弦信號與該餘 弦信號的差值產生，該區段方波是根據該第一方波與該第 二方波的一邏輯運算的結果而產生。 14. 如申請專利範圍第13項所述之線性致動器滑動件 位置計算裝置，其中該磁信號處理器包括： 一加法器，計算該正弦信號與該餘弦信號的總和； 一第一比較器，根據該總和輸出該第一方波，若該總 和為正值，則該第一方波為一^第一狀態’若該總和為負值’ 則該第一方波為一第二狀態； 一減法器，計算該正弦信號與該餘弦信號的差值； 一第二比較器，根據該差值輸出該第二方波，若該差 值為正值，則該第二方波為一第三狀態’若該差值為負值’ 28 oc/y I27423(Svf.d 則該第二方波為一第四狀態；以及 -互斥或閘，接收該第—方波與 區段方波。 刀政狗出忑 位置專㈣12項所述之、輪_滑動件 口十#衣置/、中该鑛齒波形產生器包括： 關，接收該正弦錢與該餘弦信號，若該區 ::ί :ί ，則輸出該正弦信號，若該區段方波 為弟一狀恶，則輸出該餘弦信號； 一反相器，耦接於該第一開關的輸出端；以及 π二第二開關，耦接於該第一開關的輸出端以及該反相 端，若該第二方波為一第三狀態，則輸出該反相 若該第二方波為一第四狀態，則輸出該第 一開關的輸出信號。 16·如申請專利範圍第12項所述之線性致動器滑動件 位置計异裝置，其中_齒區段計數器包括·· 一方向鑑別器，根據該第一方波與該第二方波，鑑別 該滑動件的移動方向，並且根據該移動方向輸出-方向_ 號； 、 邊緣偵測器’輸出一脈衝信號，在偵測到該區段方 波的上升緣或下降緣時致能該脈衝信號；以及 增減計數器，輸出該滑動件距離原點的區段數，並 ^及脈衝b號致能時，根據該方向信號遞增或遞減該區 段數。 17·如申請專利範圍第12項所述之線性致動器滑動件 29 I27433〇^f.doc/y 位置計算裝置，其中該位置信號計算器包括： 一極值偵測器，偵測該鋸齒波形的極大值與極小值， 輸出該鋸齒波形的極大值減去極小值的結果； 一乘法器，計算並輸出該區段數乘上該極值偵測器的 輸出值的結果；以及 一累加器，將該鋸齒波形加上該乘法器的輸出值，產 生代表該滑動件的目前位置的線性函數。 18. 如申請專利範圍第12項所述之線性致動器滑動件 位置計算裝置，其中該正弦信號與該餘弦信號的振幅相同。 19. 如申請專利範圍第12項所述之線性致動器滑動件 位置計算裝置，更包括： 一信號調整器，耦接於該磁阻感測器與該磁信號處理 器之間，將該正弦信號與該餘弦信號的振幅調整至相同後 輸出至該磁信號處理器。
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