伺服電機反饋信號處理方法及裝置的製作方法

2023-08-02 14:42:31 1

專利名稱：伺服電機反饋信號處理方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電機控制領域，更具體地說，涉及一種伺服電機反饋信號處理方法及
>J-U ρ α裝直。
背景技術：
伺服電機編碼器是安裝在伺服電機上用來測量磁極位置和伺服電機轉角及轉速的一種傳感器，其把角位移或直線位移轉換成電信號。目前應用較多的伺服電機編碼器包括正餘弦編碼器和絕對值編碼器。正餘弦編碼器的輸出信號由四組正弦波信號A、B、C、D組成，每個正弦波相差90度相位差(相對於一個周波為360度)，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上,可增強穩定信號；另每轉輸出一個Z相脈衝以代表零位參考位。正餘弦編碼器的優點是不用採用高頻率的通訊即可讓伺服驅動器獲得高精度的細分，這樣降低了硬體要求，同時由於有單圈角度信號，可以讓伺服電機啟動平穩，啟動力矩大。絕對值編碼器的輸出由其碼盤的機械位置決定，因此不受停電、幹擾的影響。由於絕對編碼器在定位方面明顯地優於增量式編碼器，已經越來越多地應用於伺服電機上。如圖1所示，是同時兼容上述兩種編碼器的變頻器的反饋信號處理的示意圖。在該變頻器的數位訊號處理器13中，包括有用於處理絕對值編碼器11產生並經絕對值編碼器PG卡12轉換後的信號的第一處理單元131以及用於處理正餘弦編碼器14產生並經正餘弦編碼器PG卡15轉換後的信號的第二處理單元132，且在輸入的信號時需通過功能碼選擇處理單元。上述變頻器的處理 方式將佔用變頻器過多的數位訊號處理器的外設資源，造成數位訊號處理器的資源壓力。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對上述兼容兩種以上編碼器的變頻器存在代碼重複編寫且佔用過多資源的問題，提供一種伺服電機反饋信號處理方法及裝置。本發明解決上述技術問題採用的技術方案是，提供一種伺服電機反饋信號處理方法，所述反饋信號包括來自第一編碼器的第一信號和來自第二編碼器的第二信號，包括以下步驟:(a)將來自所述第一編碼器的第一信號轉換為第二信號；(b)通過數位訊號處理器處理來自第二編碼器的第二信號和步驟(a)產生的第二信號。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理方法中，所述第一編碼器為絕對值編碼器，所述第二編碼器為正餘弦編碼器。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理方法中，所述第一信號包括增量信號、第一時鐘信號以及絕對位置信號，所述第二信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號，所述步驟(a)包括:將第一信號的增量信號直接作為第二信號的A、B相正餘弦信號並根據第一時鐘信號通過數模轉換將所述絕對位置信號轉換為第二信號的C、D相正餘弦信號，同時將每次絕對位置信號為零度時產生的信號作為零點位置Z信號。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理方法中，所述步驟(b)包括:在數位訊號處理器使用正餘弦編碼器處理代碼處理所述第二信號中的A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理方法中，所述步驟(a)中的數模轉換採用以下公式:C = sin [(ρ/8191).2 π ]D = -cos [ (ρ/8191).2 η]以上公式中，C表示第二信號的C信號的值，D表示第二信號的D信號的值，P表示第一信號的絕對位置信號。本發明還提供一種伺服電機反饋信號處理裝置，所述反饋信號包括來自第一編碼器的第一信號和來自第二編碼器的第二信號，包括:用於將所述第一信號轉換為第二信號的信號轉換單元，所述信號轉換單元將所述第二信號輸出到變頻器數位訊號處理器。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理裝置中，所述第一編碼器為絕對值編碼器，所述第二編碼器為正餘弦編碼器。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理裝置中，所述第一信號包括增量信號、第一時鐘信號以及絕對位置信號，所述第二信號包括Α、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號；信號轉換單元包括通信控制子單元、微控制器、數模轉換子單元；其中:所述通信控制子單元，用於獲取第一信號中的絕對位置信號和第一時鐘信號；所述微控制器，用於將第一信號中的絕對位置信號轉換為中間信號，同時將每次絕對位置信號為零度時產生的信號作為零點位置Z信號；所述數模轉換子單元，用於通過數模轉換將所述中間信號轉換為第二信號的C、D相正餘弦信號。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理裝置中，所述數模轉換子單元使用以下公式實現數模轉換:C = sin [(ρ/8191).2 π ]D = -cos [ (ρ/8191).2 π ]以上公式中，C表示第二信號的C信號的值，D表示第二信號的D信號的值，P表示第一信號的絕對位置信號。在本發明所述的伺服電機反饋信號處理裝置中，所述信號轉換單元輸出到數位訊號處理器的信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號，該信號轉換單元直接將第一信號的增量信號作為第二信號的A、B相正餘弦信號輸出。本發明的伺服電機反饋信號處理方法及裝置，通過將兩個編碼器信號轉換為相同的輸出信號，從而避免了處理代碼的重複編寫並減少了數位訊號處理器的代碼空間，同時還節約了變頻器數位訊號處理器的外設資源。


圖1是現有兼容兩種編碼器的變頻器的反饋信號處理示意圖。圖2是本發明伺服電機反饋信號處理裝置實施例的示意圖。
圖3是圖2中信號轉換單元的實施例的示意圖。圖4是本發明伺服電機反饋信號處理方法實施例的流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。如圖2所示，是本發明伺服電機反饋信號處理裝置實施例的結構示意圖。在本實施例中，伺服電機反饋信號包括來自第一編碼器21並經第一編碼器PG卡22轉換後的第一信號和來自第二編碼器24並由第二編碼器PG卡25轉換後的第二信號，該處理裝置包括信號轉換單元26。信號轉換單元26用於將第一信號(由第一編碼器PG卡產生)轉換為第二信號。上述轉換獲得的第二信號輸出到變頻器的數位訊號處理器23，可由數位訊號處理器23的第二編碼器信號處理單元231直接處理。上述第二編碼器信號處理單元231還處理由第二編碼器24產生並經第二編碼器PG卡25處理後的第二信號。在實際應用中，上述信號轉換單元26可以是一個獨立的模塊，也可以集成到第一編碼器PG卡22中。上述的伺服電機反饋信號處理裝置可應用於兼容絕對值編碼器和正餘弦編碼器的變頻器中，即上述第一編碼器21為絕對值編碼器，第二編碼器24為正餘弦編碼器，此時第一編碼器PG卡22為絕對值編碼器PG卡，第二編碼器PG卡25為正餘弦編碼器PG卡。由絕對值編碼器產生並經絕對值編碼器PG卡轉換輸出的第一信號包括增量信號A+、A-、B+、B-，第一時鐘信號CLK+、CLK-以及絕對位置信號DATA+、DATA_。而由正餘弦編碼器24產生並經正餘弦編碼器PG卡轉換輸出的第二信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號。在本實施例中，由於正餘弦編碼器和絕對值編碼器具有相同的增量信號A+、A-、B+、B-，因此信號轉換單元26隻需將絕對值編碼器PG卡產生的絕對位置信號DATA+、DATA-以及第一時鐘信號CLK+、CLK-轉換為正餘弦編碼器PG卡輸出的C (取代C+、C_，其中正負直接轉換為正餘弦信號中的信號的值，下同)、D (取代D+、D-)、Z (取代Z+、Z-)信號。如圖3所示，上述的信號轉換單元26包括:通信控制子單元261、微控制器262、數模轉換子單元263。通信控制子單元261用於獲取第一信號中的絕對位置信號DATA+、DATA-和第一時鐘信號CLK+、CLK-。在具體實現時，通信控制子單元261可採用485通信控制晶片，並使用海德漢專用ENDATA 2.0協議通信，以得到絕對位置信號DATA+、DATA-和第一時鐘信號CLK+、CLK-。微控制器262用於將第一信號中的絕對位置信號DATA+、DATA-轉化為中間信號，同時將每次絕對位置信號為零度時產生的信號作為零點位置Z信號。數模轉換子單元263用於通過數模轉換將中間信號轉換為第二信號的C、D相正餘弦信號。具體地，數模轉換子單元使用以下公式實現數模轉換:C = sin [ (ρ/8191).2 π ]D = -cos [ (p/8191).2 π ]以上公式中，C表示第二信號的C信號的值，D表示第二信號的D信號的值，P表示第一信號的絕對位置信號。在上述的伺服電機反饋信號處理裝置中，信號轉換單元26輸出到數位訊號處理器的信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號，該信號轉換單元26直接將第一信號的增量信號作為第二信號的A、B相正餘弦信號輸出。如圖4所示，是本發明伺服電機反饋信號處理方法實施例的流程圖，其中反饋信號包括來自第一編碼器的第一信號和來自第二編碼器的第二信號。該方法包括以下步驟:步驟S41:將來自第一編碼器的第一信號轉換為第二信號。步驟S42:通過數位訊號處理器處理來自第二編碼器的第二信號和步驟S41產生的第二信號。在上述的伺服電機反饋信號處理方法中，若第一編碼器為絕對值編碼器，第二編碼器為正餘弦編碼器，則第一信號包括增量信號A+、A-、B+、B-，第一時鐘信號CLK+、CLK-以及絕對位置信號DATA+、DATA-。而由正餘弦編碼器24產生並經正餘弦編碼器PG卡轉換輸出的第二信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號。此時步驟S41包括:將第一信號的增量信號A+、A-、B+、B-直接作為第二信號的A、B相正餘弦信號並根據第一時鐘信號CLK+、CLK-,並將第一信號中的絕對位置信號DATA+、DATA-通過數模轉換轉換為第二信號的C、D相正餘弦信號，同時將每次絕對位置信號為零度時產生的信號作為零點位置Z信號。特別地，上述數模轉換可採用以下公式:C = sin [(p/8191).2 ]D = -cos [ (p/8191).2 π ]以上公式中，C表示第二信號的C信號的值，D表示第二信號的D信號的值，P表示第一信號的絕對位置信號。相應地，上述步驟S42包括:在數位訊號處理器使用正餘弦編碼器處理代碼處理所述第二信號中的A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號。當然，上述伺服電機反饋信號處理裝置及方法也可應用於其他場合，例如第一編碼器為正餘弦編碼器、第二編碼器為絕對值編碼器的場合。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種伺服電機反饋信號處理方法，所述反饋信號包括來自第一編碼器的第一信號和來自第二編碼器的第二信號，其特徵在於:該方法包括以下步驟: (a)將來自所述第一編碼器的第一信號轉換為第二信號； (b)通過數位訊號處理器處理來自第二編碼器的第二信號和步驟(a)產生的第二信號。
2.根據權利要求1所述的伺服電機反饋信號處理方法，其特徵在於:所述第一編碼器為絕對值編碼器，所述第二編碼器為正餘弦編碼器。
3.根據權利要求2所述的伺服電機反饋信號處理方法，其特徵在於:所述第一信號包括增量信號、第一時鐘信號以及絕對位置信號，所述第二信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號，所述步驟(a)包括:將第一信號的增量信號直接作為第二信號的A、B相正餘弦信號並根據第一時鐘信號通過數模轉換將所述絕對位置信號轉換為第二信號的C、D相正餘弦信號，同時將每次絕對位置信號為零度時產生的信號作為零點位置Z信號。
4.根據權利要求3所述的伺服電機反饋信號處理方法，其特徵在於:所述步驟(b)包括:數位訊號處理器使用正餘弦編碼器處理代碼處理所述第二信號中的A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號。
5.根據權利要求3所述的伺服電機反饋信號處理方法，其特徵在於:所述步驟(a)中的數模轉換採用以下公式:C = sin[ (ρ/8191).2 π ]D = -cos [ (p/8191).2 η] 以上公式中，C表不第二信號的C信號的值,D表不第二信號的D信號的值,P表不第一信號的絕對位置信號。
6.一種伺服電機反饋信號處理裝置，所述反饋信號包括來自第一編碼器的第一信號和來自第二編碼器的第二信號，其特徵在於:所述裝置包括:用於將所述第一信號轉換為第二信號的信號轉換單元，所述信號轉換單元將所述第二信號輸出到變頻器數位訊號處理器。
7.根據權利要求6所述的伺服電機反饋信號處理裝置，其特徵在於:所述第一編碼器為絕對值編碼器，所述第二編碼器為正餘弦編碼器。
8.根據權利要求7所述的伺服電機反饋信號處理裝置，其特徵在於:所述第一信號包括增量信號、第一時鐘信號以及絕對位置信號，所述第二信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號；信號轉換單元包括通信控制子單元、微控制器、數模轉換子單元；其中:所述通信控制子單元，用於獲取第一信號中的絕對位置信號；所述微控制器，用於將第一信號中的絕對位置信號轉換為中間信號，同時將每次絕對位置信號為零度時產生的信號作為零點位置Z信號；所述數模轉換子單元，用於通過數模轉換將所述中間信號轉換為第二信號的C、D相正餘弦信號。
9.根據權利要求8所述的伺服電機反饋信號處理裝置，其特徵在於:所述數模轉換子單元使用以下公式實現數模轉換:C = sin[ (ρ/ 8191).2 π ]D = -cos [ (ρ/8191).2 η] 以上公式中，C表不第二信號的C信號的值,D表不第二信號的D信號的值,P表不第一信號的絕對位置信號。
10.根據權利要求8所述的伺服電機反饋信號處理裝置，其特徵在於:所述信號轉換單元輸出到數位訊號處理器的信號包括A、B、C、D四路正餘弦信號及零點位置Z信號，該信號轉換單元直接將第一信號的增量 信號作為第二信號的A、B相正餘弦信號輸出。
全文摘要
本發明提供了一種伺服電機反饋信號處理方法，所述反饋信號包括來自第一編碼器的第一信號和來自第二編碼器的第二信號，包括以下步驟(a)將來自所述第一編碼器的第一信號轉換為第二信號；(b)通過數位訊號處理器處理來自第二編碼器的第二信號和步驟(a)產生的第二信號。本發明還提供一種對應的裝置。本發明通過將兩個編碼器信號轉換為相同的輸出信號，從而避免了處理代碼的重複編寫並減少了數位訊號處理器的代碼空間，同時還節約了變頻器數位訊號處理器的外設資源。
文檔編號H03M1/66GK103187976SQ201110446618
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者袁華佑, 秘光明 申請人:蘇州默納克控制技術有限公司, 蘇州匯川技術有限公司, 深圳市匯川技術股份有限公司