TWI822347B

TWI822347B - 編碼器訊號產生器

Info

Publication number: TWI822347B
Application number: TW111135771A
Authority: TW
Inventors: 藍信翔; 許鎧麟; 許敏澤
Original assignee: 凱登智動科技股份有限公司
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2023-11-11

Abstract

本案提供一種編碼器訊號產生器，包含第一處理裝置及第二處理裝置。第一處理裝置接收控制命令，並將控制命令轉換為位置控制訊號。第二處理裝置與第一處理裝置相互通訊連接，其中第二處理裝置接收位置控制訊號，並依據位置控制訊號運算產生位置資訊，且根據位置資訊輸出編碼器訊號，其中，編碼器訊號包含增量型編碼器訊號、霍爾型編碼器訊號、類比型編碼器訊號、脈波調變編碼器訊號及通訊型編碼器訊號中的至少一個。

Description

編碼器訊號產生器

本案係關於訊號產生器，尤指一種編碼器訊號產生器。

由於能源問題日益嚴重，而電機又為能源消耗的大宗，多國政府對於動力系統的要求皆越來越高，其要求不外乎體積小及功率密度大等等。為了滿足要求，驅動器的控制性能十分關鍵，而精確的位置資訊對於驅動器的控制性能來說相當重要。

目前市面上有多種編碼器形式，在不同的應用與場合下，所配置的編碼器皆不相同，且不同形式之編碼器所提供的電氣訊號及其規格亦不相同。面對不同的編碼器，驅動器一般會透過不同PG (pulse generator，脈衝產生器) 卡來接收各種編碼器訊號，並進行精準控制。在設計PG卡時，開發、驗證、測試等階段對於使PG卡達到品質穩定並可長時間正常運作均十分重要。

在現有作法中，驗證PG卡時均裝配實際的編碼器，並讓編碼器轉動後測試數據正確與否，但就旋轉的精準度或者各種特殊測試條件 (例如轉速過高或相序錯誤等) 而言，由於測試過程較為危險，故不易於實機上進行測試。

此外，在測試PG卡之功能時，一般多透過測試人員按照規格在上電的情況下進行實機測試，如第1圖所例示，係將驅動器接上功率級並帶動真實馬達運轉，並同時接上位置傳感器。然而，此測試方式除了費時、耗電外，更存在人為失誤風險，尤其在進行高轉速的測試時，動力設備會有較高的風險。此外，在驅動器開發初期，因系統各部分的不確定性極高，故若貿然連接功率級並直接以實機測試，亦有相當高的機會造成設備損毀。

因此，如何發明一種可改善上述現有技術的編碼器訊號產生器，實為目前迫切之需求。

本案之目的在於提供一種編碼器訊號產生器，其以模擬產生之編碼器訊號取代現有作法中以實機產生的編碼器訊號，使得驗證及測試過程省電省時，且大幅降低成本及潛在風險。此外，本案之編碼器訊號產生器可產生增量型編碼器訊號、霍爾型編碼器訊號、類比型編碼器訊號、脈波調變編碼器訊號及通訊型編碼器訊號等各種類型之編碼器訊號，使得本案之編碼器訊號產生器的適用性極佳。

為達上述目的，本案提供一種編碼器訊號產生器，包含第一處理裝置及第二處理裝置。第一處理裝置接收控制命令，並將控制命令轉換為位置控制訊號。第二處理裝置與第一處理裝置相互通訊連接，其中第二處理裝置接收位置控制訊號，並依據位置控制訊號運算產生位置資訊，且根據位置資訊輸出編碼器訊號，其中，編碼器訊號包含增量型編碼器訊號、霍爾型編碼器訊號、類比型編碼器訊號、脈波調變編碼器訊號及通訊型編碼器訊號中的至少一個。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上系當作說明之用，而非用以限制本案。

第2圖及第3圖為本案一實施例之編碼器訊號產生器的架構示意圖。如第2圖所示，本案之編碼器訊號產生器1連接於上位機2與待測單元 (DUT，device under test) 3之間，編碼器訊號產生器1架構於自上位機2接收控制命令，並基於控制命令產生編碼器訊號，進而將編碼器訊號提供給待測單元3進行測試。如第3圖所示，編碼器訊號產生器1包含相互通訊連接的第一處理裝置11及第二處理裝置12。第一處理裝置11接收源自上位機2的控制命令，並將控制命令轉換為位置控制訊號。第二處理裝置12接收位置控制訊號，並依據位置控制訊號運算產生位置資訊，且根據位置資訊輸出編碼器訊號，其中，編碼器訊號包含增量型編碼器訊號、霍爾型編碼器訊號、類比型編碼器訊號、脈波調變編碼器訊號及通訊型編碼器訊號中的至少一個。於一些實施例中，第一處理裝置11為MCU (microcontroller，微控制器)、SoC (system on a chip，單晶片系統)、DSP (digital signal processor，數位訊號處理器)或微處理器，第二處理裝置12為FPGA (field programmable gate array，現場可程式化邏輯閘陣列)。

另外，須注意的是，控制命令與位置控制訊號的差異主要在於訊號格式的不同，第一處理裝置11架構於進行訊號格式的轉換，具體而言，第一處理裝置11架構於將上位機2所輸出之控制命令的格式轉換為第二處理裝置12運算所需的訊號格式 (即為位置控制訊號的訊號格式)。

藉由本案之編碼器訊號產生器1，可以模擬產生之編碼器訊號取代現有作法中以實機產生的編碼器訊號，使得驗證及測試過程省電省時，且大幅降低成本及潛在風險。此外，本案之編碼器訊號產生器1可產生增量型編碼器訊號、霍爾型編碼器訊號、類比型編碼器訊號、脈波調變編碼器訊號及通訊型編碼器訊號等各種類型之編碼器訊號，使得本案之編碼器訊號產生器1的適用性極佳。

於一些實施例中，第一處理裝置11包含第一通訊介面111，其中第一通訊介面111架構於接收控制命令。第一通訊介面111可例如但不限於包含RS485、CAN (controller area network，控制器區域網路) 及CAN FD (controller area network flexible data-rate，具彈性資料率的控制器區域網路) 中的至少一個，換言之，第一通訊介面111可通過RS485、CAN及/或CAN FD與上位機2相通訊。

於一些實施例中，第一處理裝置11包含第二通訊介面112，第二處理裝置12包含第三通訊介面121，其中第二通訊介面112與第三通訊介面121相互通訊連接，以傳輸位置控制訊號。第二通訊介面112與第三通訊介面121可例如但不限於通過RAM BUS (記憶體匯流排) 相互通訊。

於一些實施例中，第一處理裝置11包含第一運算單元113與第一記憶單元114，其中第一運算單元113將控制命令轉換為位置控制訊號，第一記憶單元114架構於儲存第一處理裝置11所接收、處理及產生的資料。於一些實施例中，第二處理裝置12包含第二運算單元122與第二記憶單元123，其中第二運算單元122依據位置控制訊號運算產生位置資訊，第二記憶單元123架構於儲存第二處理裝置12所接收、處理及產生的資料。

於一些實施例中，位置控制訊號包含編碼器訊號參數、故障注入及所模擬之編碼器的速度命令、位置變化曲線、軌跡和停止條件中的至少一個，其中編碼器參數可例如但不限於包含脈波數 (PPR，pulse per revolution)、相位、占空比、振幅及倍率等參數，故障注入即為注入反映故障情況之訊號，用以測試待測單元3在故障情況下的運作反應。對應地，第二處理裝置12之第二運算單元122根據位置控制訊號完成所模擬之編碼器的速度曲線、位置變化曲線、軌跡及/或停止條件等等，並據此產生精確的位置資訊。

於一些實施例中，第二處理裝置12包含訊號控制單元124，其中訊號控制單元124根據位置資訊輸出編碼器訊號。由於編碼器訊號產生器1所產生之位置控制訊號、位置資訊及編碼器訊號均基於上位機2所輸出的控制命令，故訊號控制單元124實際上係基於控制命令決定編碼器訊號中的各個參數，且亦可透過控制命令控制訊號控制單元124更改編碼器訊號中的各個參數。

舉例而言，在編碼器訊號包含增量型編碼器訊號時，訊號控制單元124基於控制命令決定增量型編碼器訊號之脈波數、ABZ三相訊號之占空比大小、Z相位置及故障注入模擬，但亦不以此為限。在編碼器訊號包含霍爾型編碼器訊號時，訊號控制單元124基於控制命令決定霍爾型編碼器訊號之相位、型式及故障注入模擬，但亦不以此為限。在編碼器訊號包含類比型編碼器訊號時，訊號控制單元124基於控制命令決定類比型編碼器訊號之相位、振幅、頻率及故障注入模擬，但亦不以此為限。在編碼器訊號包含脈波調變編碼器訊號時，訊號控制單元124基於控制命令決定脈波調變型編碼器訊號之位元數、載波、占空比及故障注入模擬，但亦不以此為限。在編碼器訊號包含通訊型編碼器訊號時，訊號控制單元124基於控制命令與通訊型編碼器種類決定通訊型編碼器訊號之各種旗標設定及故障注入模擬，但亦不以此為限。

此外，類比型編碼器訊號可例如但不限於包含旋轉變壓器 (resolver編碼器) 電氣訊號、Sin/Cos編碼器電氣訊號或1Vpp編碼器 (HEIDENHAIN編碼器) 電氣訊號。通訊型編碼器訊號可例如但不限於包含多摩川 (Tamagawa) 編碼器電氣訊號、倍加福編碼器電氣訊號、SSI (synchronous serial interface，同步序列介面) 編碼器電氣訊號、SPI (serial peripheral interface，序列周邊介面) 編碼器電氣訊號、ENDAT編碼器電氣訊號或BISS (bidirectional/serial/synchronous，雙向/序列/同步) 編碼器電氣訊號。

藉此，使用者可透過上位機2下達控制命令，從而控制編碼器訊號中的各種參數，使編碼器訊號產生器1產生所需的編碼器訊號供待測單元3進行測試。再者，通過調整編碼器訊號的參數，可模擬各種應用情境供待測單元3進行測試。

於一些實施例中，在編碼器訊號包含增量型編碼器訊號時，編碼器訊號產生器1還包含電連接於訊號控制單元124與待測單元3之間的第一訊號輸出單元13。訊號控制單元124所輸出的增量型編碼器訊號包含單端脈波，第一訊號輸出單元13對增量型編碼器訊號的單端脈波進行轉換而產生差動脈波，並輸出增量型編碼器訊號的單端脈波及差動脈波。依據實際需求，使用者可通過配線使待測單元3接收增量型編碼器訊號的單端脈波或差動脈波。

於一些實施例中，在編碼器訊號包含霍爾型編碼器訊號時，編碼器訊號產生器1還包含電連接於訊號控制單元124與待測單元3之間的第二訊號輸出單元14。訊號控制單元124所輸出的霍爾型編碼器訊號包含單端脈波，第二訊號輸出單元14對霍爾型編碼器訊號的單端脈波進行轉換而產生差動脈波，並輸出霍爾型編碼器訊號的單端脈波及差動脈波。依據實際需求，使用者可通過配線使待測單元3接收霍爾型編碼器訊號的單端脈波或差動脈波。

於一些實施例中，在編碼器訊號包含類比型編碼器訊號時，編碼器訊號產生器1還包含電連接於訊號控制單元124與待測單元3之間的第三訊號輸出單元15。訊號控制單元124所輸出的類比型編碼器訊號包含數位訊號，第三訊號輸出單元15將訊號控制單元124所輸出的的數位訊號轉換為類比訊號後輸出至待測單元3。另外，在類比型編碼器訊號包含旋轉變壓器電氣訊號時，第三訊號輸出單元15接收激勵電壓，並以激勵電壓為參考進行計算及調製後輸出類比訊號。

於一些實施例中，在編碼器訊號包含脈波調變編碼器訊號時，編碼器訊號產生器1還包含電連接於訊號控制單元124與待測單元3之間的第四訊號輸出單元16。訊號控制單元124所輸出的脈波調變編碼器訊號包含單端脈波，第四訊號輸出單元16對脈波調變編碼器訊號的單端脈波進行轉換而產生差動脈波，並輸出脈波調變編碼器訊號的單端脈波及差動脈波。依據實際需求，使用者可通過配線使待測單元3接收脈波調變編碼器訊號的單端脈波或差動脈波。

於一些實施例中，在編碼器訊號包含通訊型編碼器訊號時，編碼器訊號產生器1還包含電連接於訊號控制單元124與待測單元3之間的第五訊號輸出單元17。訊號控制單元124所輸出的通訊型編碼器訊號包含通訊封包，第五訊號輸出單元17將通訊型編碼器訊號的通訊封包轉換為通訊電氣訊號後輸出至待測單元3。此外，第五訊號輸出單元17與待測單元3可相互通訊並進行資料交握。

綜上所述，本案提供一種編碼器訊號產生器，其以模擬產生之編碼器訊號取代現有作法中以實機產生的編碼器訊號，使得驗證及測試過程省電省時，且大幅降低成本及潛在風險。此外，本案之編碼器訊號產生器可產生增量型編碼器訊號、霍爾型編碼器訊號、類比型編碼器訊號、脈波調變編碼器訊號及通訊型編碼器訊號等各種類型之編碼器訊號，使得本案之編碼器訊號產生器的適用性極佳。

須注意，上述僅是為說明本案而提出的較佳實施例，本案不限於所述的實施例，本案的範圍由如附專利申請範圍決定。且本案得由熟習此技術的人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附專利申請範圍所欲保護者。

1:編碼器訊號產生器 2:上位機 3:待測單元 11:第一處理裝置 111:第一通訊介面 112:第二通訊介面 113:第一運算單元 114:第一記憶單元 12:第二處理裝置 121:第三通訊介面 122:第二運算單元 123:第二記憶單元 124:訊號控制單元 13:第一訊號輸出單元 14:第二訊號輸出單元 15:第三訊號輸出單元 16:第四訊號輸出單元 17:第五訊號輸出單元

第1圖例示出現有作法中的驅動器測試方式。

第2圖及第3圖為本案一實施例之編碼器訊號產生器的架構示意圖。

1:編碼器訊號產生器

2:上位機

3:待測單元

11:第一處理裝置

111:第一通訊介面

112:第二通訊介面

113:第一運算單元

114:第一記憶單元

12:第二處理裝置

121:第三通訊介面

122:第二運算單元

123:第二記憶單元

124:訊號控制單元

13:第一訊號輸出單元

14:第二訊號輸出單元

15:第三訊號輸出單元

16:第四訊號輸出單元

17:第五訊號輸出單元

Claims

一種編碼器訊號產生器，包含：一第一處理裝置，接收一控制命令，並將該控制命令轉換為一位置控制訊號；以及一第二處理裝置，與該第一處理裝置相互通訊連接，其中該第二處理裝置接收該位置控制訊號，並依據該位置控制訊號運算產生一位置資訊，且根據該位置資訊輸出一編碼器訊號，其中該編碼器訊號包含一增量型編碼器訊號、一霍爾型編碼器訊號、一類比型編碼器訊號、一脈波調變編碼器訊號及一通訊型編碼器訊號中的至少一個。
如請求項1所述之編碼器訊號產生器，其中該第一處理裝置包含一第一通訊介面、一第二通訊介面、一第一運算單元及一第一記憶單元，該第二處理裝置包含一第三通訊介面，該第一通訊介面架構於接收該控制命令，該第二通訊介面與該第三通訊介面相互通訊連接，以傳輸該位置控制訊號，該第一運算單元將該控制命令轉換為該位置控制訊號，該第一記憶單元架構於儲存該第一處理裝置所接收、處理及產生的資料。
如請求項1所述之編碼器訊號產生器，其中該位置控制訊號包含速度命令、編碼器訊號參數、位置變化曲線、軌跡、停止條件及故障注入中的至少一個。
如請求項1所述之編碼器訊號產生器，其中該第二處理裝置包含一第二運算單元與一第二記憶單元，該第二運算單元依據該位置控制訊號運算產生該位置資訊，該第二記憶單元架構於儲存該第二處理裝置所接收、處理及產生的資料。
如請求項1所述之編碼器訊號產生器，其中該第二處理裝置包含一訊號控制單元，該訊號控制單元根據該位置資訊輸出該編碼器訊號。
如請求項5所述之編碼器訊號產生器，其中在該編碼器訊號包含該增量型編碼器訊號時，該訊號控制單元基於該控制命令決定該增量型編碼器訊號之脈波數、ABZ三相訊號之占空比大小、Z相位置及故障注入模擬。
如請求項5所述之編碼器訊號產生器，其中在該編碼器訊號包含該霍爾型編碼器訊號時，該訊號控制單元基於該控制命令決定該霍爾型編碼器訊號之相位、型式及故障注入模擬。
如請求項5所述之編碼器訊號產生器，其中在該編碼器訊號包含該類比型編碼器訊號時，該訊號控制單元基於該控制命令決定該類比型編碼器訊號之相位、振幅、頻率及故障注入模擬。
如請求項5所述之編碼器訊號產生器，其中在該編碼器訊號包含該脈波調變編碼器訊號時，該訊號控制單元基於該控制命令決定該脈波調變型編碼器訊號之位元數、載波、占空比及故障注入模擬。
如請求項5所述之編碼器訊號產生器，其中在該編碼器訊號包含該通訊型編碼器訊號時，該訊號控制單元基於該控制命令與通訊型編碼器種類決定該通訊型編碼器訊號之旗標設定及故障注入模擬。
如請求項1所述之編碼器訊號產生器，其中該類比型編碼器訊號包含旋轉變壓器電氣訊號、Sin/Cos編碼器電氣訊號或1Vpp編碼器電氣訊號。
如請求項1所述之編碼器訊號產生器，其中該通訊型編碼器訊號包含多摩川編碼器電氣訊號、倍加福編碼器電氣訊號、SSI編碼器電氣訊號、SPI編碼器電氣訊號、ENDAT編碼器電氣訊號或BISS編碼器電氣訊號。