正餘弦輸出型編碼器本身精度補償系統的製作方法

2023-05-24 17:08:06 2

專利名稱：正餘弦輸出型編碼器本身精度補償系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種編碼器精度補償系統，尤其涉及一種正餘弦輸出型編碼器本身精
度補償系統。
背景技術：
近幾年新興的產品正餘弦輸出的編碼器以其精度好，後續處理簡單快捷，數值直 觀易用在數控領域被廣泛應用，正餘弦輸出的編碼器是高解析度高精度低成本的平衡產 品，有很多優勢 1、輸出波形包含相對的相位信息，因此可以利用特定插值法實現解析度大大提 高，而不需要提高物理刻線。 2、正餘弦輸出的編碼器輸出頻譜比較純淨，頻譜特異成分少，因此較方波輸出和 絕對值輸出編碼器更加適合遠距離的傳輸，衰減小，距離遠。 3、在相同的數學解析度下，物理刻線比方波式輸出的編碼器少很多，可以提供更 高的轉速。 基於以上的特點，正餘弦編碼器在很多中檔至高檔的數控工具機和測繪系統中被大 量使用。通過細分技術(此技術為本專利申請人同時上報的另一項專利的內容，具體內容 在下面進行介紹。)可以大大提高正餘弦輸出型編碼器的解析度(最高可到上萬倍)。但 確無法提高正餘弦輸出型編碼器的精度，因為精度又正餘弦輸出型編碼器生產完成後已經 固定，編碼器生產廠商會根據不同的精度將正餘弦輸出型編碼器分成不同的檔次，精度越 高的價格越貴，而且精度特別高的種類還對我國禁運，而對於低精度產品進行補償的裝置 或系統目前尚未被研製，所以一種具有精度補償功能的新型的細分系統急需被研製，來解 決低精度編碼器如何提高精度的問題。 如圖1所示上述細分技術具體內容如下一種正餘弦細分裝置，首先，差補周期產 生模塊產生整個裝置的計算周期脈衝信號，用以控制裝置啟動和按照規定的時鐘周期進行 各命令的執行；然後，正餘弦數據採樣和計算模塊用於接收編碼器輸出的兩路正餘弦信號 (兩路正餘弦信號為A， B相或C， D相信號)，對這兩路正餘弦信號的電壓值先進行12位(或 14位)的A/D轉換，就能得到這個兩路正餘弦信號的電壓值所對應的數字量。該數字量為 12位A/D轉換器得到的，所以可達到的最大細分倍數為2的12次冪，即4096倍。同理用 14位A/D轉換器可以達到的最大細分倍數16384倍；其中的計算過程是，將採樣過程獲得 的兩路正餘弦信號的電壓值的數字量進行除法的操作，即用A相信號A/D轉換後的數字量 除以B相信號A/D轉換後的數字量(或用C相信號A/D轉換後的數字量除以D相信號A/D 轉換後的數字量)。其中A/D的位數決定的是細分倍數的最大值，如12位的A/D最大的細 分倍數可達4096倍。也可以實現比它小的2048， 1024， 512， 256， 128， 64， 32倍。
整周期計算模塊，用於對編碼器輸入的正餘弦信號進行整周期的計數。正餘弦信 號的整周期計算模塊，將編碼器輸出的正餘弦信號進行整周期的計數，編碼器旋轉一周，計 數值的增量等於編碼器的線數，要對輸入信號要進行濾波，要處理整周期波形的滯後現象。
通過一種數字濾波的方法(就是在一個高頻的時鐘控制下對方波信號的高電平 (或低電平)進行多次採樣，取多數的情況。(如對高電平採樣5次，由於幹擾有一次為0， 四次為l，就認為結果為l))，將高頻幹擾濾除掉，以防整周期計數值出現偏差。其中，要處 理整周期波形的滯後現象包括想對輸入的正餘弦波進行整周期計數，先要對正餘弦波進行 方波整形，是通過比較器實現的，(就是正餘弦信號的電壓高於某個值時，如2. 5V，就整成 高電平，低於2.5V時就整成低電平)也是很通用的方法。(這是對整周期波形的處理)。否 則無法進行計數。整形完成後進行計數操作，在這期間需要將滯後的部分補償回來。
正餘弦波進行整形包括在純硬體基礎上將波形變為易處理的形式，但在這一過程 中，新的波形將相對輸入的波形產生滯後。為解決這種滯後進行周期計算時需要將整周期 的滯後值進行補償，通過AD輸出值的採樣和計算模塊中得到的一個同步信號，將滯後值進
行補償計算，從而使整周期計數值不會因為滯後產生誤差。 其中正餘弦數據採樣和計算模塊處理後的數據交與查表模塊，由查表模塊根據內 儲存的兩路正餘弦波電壓值數字量的除法值所對應細分值的數據表進行比較，以此獲取細 分值。由於輸入的A，B兩相正餘弦信號經過A/D轉換後得到它們的數字量。計算過程是將 這兩個數字量進行除法操作，這個除法所的到的值和採樣A， B相信號的值共同確定了這個 除法值在一個正餘弦周期內的唯一性，所以進行具體如下操作以實現兩路正餘弦波電壓值 數字量的除法值所對應細分值的數據表的形成 以32倍細分為例進行說明，取相位差為90°兩路正餘弦波e和f (A相與B相或C 相與D相信號相位相差為90° ) ， e的相位超前於f 90° (A相是超前於B相90°的，C相 是超前於D相90。的)，它們的振幅為M，當使用12位A/D轉換器時，A，B相正餘弦信號的 振幅為4096，因此取M為4096，同理當使用14位A/D轉換器時，M的值取16384，這樣就可 以保證所取的e，f正餘弦波與A，B相正餘弦信號(或C，D相正餘弦信號)在幅度和相位上 完全一致。也就可以保證e， f正餘弦波與A， B相正餘弦信號(或C， D相正餘弦信號)在 同一個位置上所算得的除法值是相同的。將e，f的一個周期均等的分成32份，取e，f正餘 弦波32份中每一份的起點和終點的幅度值進行除法(用e除以f ，這個與A除以B對應)， 因為第一段的終點是第二段的起點，所以得到了 32個除法的結果，將除法之後的數值形成 一個表，存儲在查表模塊中。 查找的過程是一個比較的過程，每一次採樣和計算模塊得到一個A， B相正餘弦信 號經過A/D轉換後的數字量的除法結果後，將這一個結果同表中的32個已存儲的數據進行 比較大小的操作，經比較後會發現這一次A， B相正餘弦信號經過A/D轉換後的數字量的除 法結果會在32段中某一段的起點除法值和終點除法值之間，假設在第5段起點除法值和終 點除法值之間，那麼得到的細分值就是5，後交與求和模塊進行具體值的求得。
求和模塊進行的操作是，先將整周期計數模塊所得到的對A， B相正餘弦信號的整 周期的計數值乘以當前的細分倍數，然後用這一乘法後的結果與查表模塊查出的當前A， B 相正餘弦信號的細分值進行加法操作；將整周期計算值和細分值進行求和後經過輸出模式 選擇模塊的選擇，以脈衝的形式輸出或以絕對值的形式輸出。 輸出模式選擇模塊根據參數選擇輸入模塊輸入的指令進行輸出模式的切換工作，
當選擇脈衝輸出模式時，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結果傳遞給脈衝輸出模塊；
同樣當選擇絕對值輸出模式時，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結果傳遞給絕對值輸
5出模塊。 脈衝模式輸出模塊，用於對輸出模式選擇模塊輸入的根據加法結果確定的脈衝數 以脈衝的形式輸出；實現過程如下例如假設差補周期為800ns，在這個周期的起始點將 輸出模式選擇模塊傳遞過來的求和和模塊最終得到的加法的結果記錄一次，然後在這個周 期的結束點再記錄一次輸出模式選擇模塊傳遞過來的求和和模塊最終得到的加法的結果， 用後一次記錄的數據減去前一次的得到的記錄數據所得到的數值就是要輸出的脈衝個數， 然後用800ns除以要輸出的脈衝個數就能得到要輸出的一個脈衝的時鐘周期，最後將這些 脈衝在800ns中連續的輸出。 輸出模式選擇模塊傳遞過來的求和模塊最終得到的加法的結果就是要輸出的絕 對位置數據。將這一數據通過串行數據傳輸的方式輸出，即將絕對值輸出模塊接收到的輸 出模式選擇模塊傳遞過來的求和模塊最終得到的加法的結果轉化成二進位數據，然後從數 據的低位到高位依次的輸出。 參數選擇輸入模塊，提供用戶選擇的參數信息讀入到系統中，然後根據這一信息，
來控制細分專用晶片的某些模塊根據用戶的選擇進行相應的工作方式的切換。 1、參數選擇輸入模塊將A， B相正餘弦信號是否需要互換位置的信息傳遞給採樣
和計算模塊，這樣採樣和計算模塊就可以根據這一信息進行A， B相正餘弦信號是否互換位
置的操作，這麼做的好處是當連接信號線的人員將輸入到細分器的編碼器信號線中的A相
信號接到B相上，B相信號接到A相上時，可以不必從新接線，通過細分器專用晶片用戶參
數輸入方式快速的將A， B相正餘弦信號互換位置。 2、參數選擇輸入模塊將用戶所需要的細分倍數的信息傳遞給查表模塊，查表模塊 就可以根據這一信息生成用戶要求選擇的細分倍數的的表格。 3、參數選擇輸入模塊將用戶所需要的細分倍數的信息傳遞給求和模塊，求和模塊 中整周期的計數值乘以的細分倍數就可以根據這一信得到。 4、參數選擇輸入模塊將用戶所需要的輸出模式信息傳遞給輸出模式選擇模塊，輸 出模式選擇模塊就可以根據這一信息進行輸出模式的切換工作。

發明內容
本發明針對以上問題的提出，而研製一種以正餘弦輸出型編碼器細分技術為基 礎，在對正餘弦輸出型編碼器進行提高解析度的細分過程中將誤差進行補償，從而提高編 碼器反饋值的精度。本發明具體採用的技術手段如下 —種正餘弦輸出型編碼器本身精度補償方法，其特徵在於包括如下步驟 1)將一個需要修正的低精度正餘弦輸出型編碼器與一個高精度正餘弦輸出型編
碼器進行同軸安裝； 2)將低精度正餘弦輸出型編碼器和高精度正餘弦輸出型編碼器分別連接細分 器； 3)根據兩個編碼器的線數來調整細分器的細分倍數，使兩個編碼器旋轉一周得到 的相同的位置值數； 4)在編碼器旋轉的一周之內取相應個測試點，在每個測試點上分別取低精度正餘 弦輸出型編碼器和高精度正餘弦輸出型編碼器的細分值；
5)然後將兩個值作差，得到低精度正餘弦輸出型編碼器相對於高精度正餘弦輸出 型編碼器的測試點的相對誤差值； 6)將兩個測試點之間近似為一條線段，連接相鄰的兩點得到低精度正餘弦輸出型 編碼器旋轉一周的誤差曲線，根據誤差曲線可以獲得低精度正餘弦輸出型編碼器一周任意 點的相對誤差值； 7)將步驟6獲取的誤差值作成誤差表，作為低精度正餘弦輸出型編碼器輸出各個
位置的補償值，對低精度編碼器的誤差進行修正。 還包括對補償誤差值進行修正的步驟，具體如下 a)將誤差表輸入到低精度正餘弦輸出型編碼器的細分器中，繼續上述1至4的步 驟，將低精度正餘弦輸出型編碼器各測試點的絕對位置值同當前絕對位置值對應在誤差表 的修正值相加； b)將經修正後的修正值同高精度正餘弦輸出型編碼器測得的位置值進行比對，以 獲取誤差值； c)判斷步驟b獲得的各測試點的誤差值是否滿足設定的精度要求，滿足則將上述 步驟中獲得取的誤差表作為最終低精度正餘弦輸出型編碼器的誤差表；不滿足則返回上述 步驟1從新進行低精度正餘弦輸出型編碼器誤差表的獲取。
—種正餘弦編碼器精度補償裝置，包括 差補周期產生模塊，，用於產生啟動脈衝信號和整個裝置運行的周期時序； 正餘弦數據採樣和計算模塊，用於接收編碼器輸出的兩路正餘弦信號，並對這兩
路正餘弦信號的電壓值進行A/D轉換，已獲得這個兩路正餘弦信號的電壓值所對應的數字
量，後對採樣獲得的兩路正餘弦信號的電壓值的數字量進行除法的操作； 整周期計算模塊，用於對編碼器輸入的正餘弦信號進行整周期的計數； 查表模塊，用於將正餘弦數據採樣和計算模塊處理後的數據，同查表模塊內儲存
的兩路正餘弦波電壓值數字量的除法值所對應細分值的數據表進行比較，以此獲取細分
值； 輸出模式選擇模塊，用於根據輸入的指令進行輸出模式的切換工作，當選擇脈衝 輸出模式時，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結果傳遞給脈衝輸出模塊；同樣當選擇 絕對值輸出模式時，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結果傳遞給絕對值輸出模塊；
脈衝模式輸出模塊，用於對輸出模式選擇模塊輸入的根據加法結果確定的脈衝數 以脈衝的形式輸出； 絕對值輸出模塊，用於對輸出模式選擇模塊輸入的根據加法結果確定的脈衝數以 數據的形式直接輸出； 其特徵在於還包括誤差表存放模塊，用於存儲上述方法獲得的正餘弦輸出型編 碼器一周任意點的誤差值； 求和模塊，用於將查表模塊查出的當前正餘弦信號的細分值相對誤差表存放模塊 的誤差值進行累加後的補償值，與整周期計數模塊所得到的編碼器輸入整周期正餘弦信號 個數乘以當前的細分倍數後的結果進行加法操作； 所述正餘弦數據採樣和計算模塊及周期計算模塊同編碼器相連接進行同步採樣， 所述正餘弦數據採樣和計算模塊同整周期計算模塊相連接向其發送同步信號；所述差補周期產生模塊同正餘弦數據採樣和計算模塊相連接向其發送啟動脈衝信號，所述正餘弦數據
採樣和計算模塊同查表模塊相連接；所述整周期計算模塊將計錄編碼器輸入的整周期正餘
弦信號的個數發送到與其連接的求和模塊中；所述求和模塊將與其連接的查表模塊查出的
當前正餘弦信號的細分值，經與求和模塊相連接的誤差表存放模塊的誤差值進行累加後的
補償值同整周期計算模塊發送過來的輸入整周期正餘弦信號個數乘以當前的細分倍數值
進行求和後，發送到與其連接的輸出模式選擇模塊上，經輸出模式選擇模塊的選擇後，由脈
衝模式輸出模塊以方波的形式輸出或由絕對值輸出模塊以數據形式直接輸出。 還包括單圈整周期計數模塊同求和模塊相連接，用於對正餘弦信號的整周期計數
操作但當編碼器過零點時將該模塊的計數值進行清零。 各組成模塊都集成在現場可編程門陣列FPGA中。 在掌握了正餘弦輸出型編碼器的細分技術後，在細分的過程中將低精度編碼器產 生的誤差進行修正，就能在低成本的前提下獲得高精度正餘弦輸出型編碼器相同的效果， 從而提高使用這種編碼器設備的精度，也能打破無法獲得高精度正餘弦輸出型編碼器的尷 尬。 單晶片系統是將電子系統的全部設備集中設計在同一片晶片上，通過一定的協調 機制對系統中的各個設備進行協作管理，以達成系統級的功能實現。單晶片系統普遍具有 結構簡單的特點，同時矽智慧財產權核復用技術也簡化並加快了單晶片系統的設計過程，既 可以根據具體需求方便的對應用功能模塊進行增減，又可以使升級和修改變得更為容易。 另外，發明所述方法實施簡單、使用效果好，而且具有良好的適應性。其裝置結構簡單，不僅 便於生產，而且成本低廉適於在所有使用正餘弦信號輸出的位置測量、角度測量、運動控制 領域，如數控工具機、高精度的測量儀器等領域廣泛推廣。


圖1為背景技術所述細分裝置的結構示意圖； 圖2為採用正餘弦輸出型編碼器本身精度補償方法的系統結構示意圖； 圖3為本發明所述正餘弦編碼器精度補償裝置的結構示意圖； 圖4為採用正餘弦輸出型編碼器本身精度補償方法流程圖； 圖5為實施例中未經過補償前的誤差測試點和這些測試點連成的曲線圖； 圖6為實施例中經過補償後再次測得的誤差曲線圖。
具體實施例方式
如圖3所示，該系統所使用的裝置包括差補周期產生模塊，正餘弦數據採樣和計 算模塊，整周期計算模塊，查表模塊，輸出模式選擇模塊，脈衝模式輸出模塊和絕對值輸出 模塊。其功能和結構同背景技術中所介紹的細分裝置的完全相同這裡就不在進行描述。不 同的在於新增加了誤差表存放模塊，用於存儲上述方法獲得的正餘弦輸出型編碼器一周任 意點的誤差值；原來的求和模塊變為，將查表模塊查出的當前正餘弦信號的細分值相對誤 差表存放模塊的誤差值進行累加後的補償值，與整周期計數模塊所得到的編碼器輸入整周 期正餘弦信號個數乘以當前的細分倍數後的結果進行加法操作。另外，為配合使用該裝置 還設置了單圈整周期計數模塊同求和模塊相連接，用於對正餘弦信號的整周期計數操作但當編碼器過零點時將該模塊的計數值進行清零。 上述各組成模塊都集成在現場可編程門陣列FPGA中或將各模塊按FPGA的形式進
行設計將其集成在單晶片中。 下面重點介紹該系統採用的補償方法 如圖2、圖3和圖4所示的正餘弦輸出型編碼器本身精度補償方法，包括如下步 驟 1)將一個需要修正的低精度正餘弦輸出型編碼器與一個高精度正餘弦輸出型編 碼器進行同軸安裝(如圖2所示)； 2)將低精度正餘弦輸出型編碼器和高精度正餘弦輸出型編碼器分別連接細分 器； 3)根據兩個編碼器的線數來調整細分器的細分倍數，使兩個編碼器旋轉一周得到 的相同的位置值數； 4)在編碼器旋轉的一周之內取相應個測試點，在每個測試點上分別取低精度正餘 弦輸出型編碼器和高精度正餘弦輸出型編碼器的細分值； 5)然後將兩個值作差，得到低精度正餘弦輸出型編碼器相對於高精度正餘弦輸出 型編碼器的測試點的相對誤差值； 6)將兩個測試點之間近似為一條線段，連接相鄰的兩點得到低精度正餘弦輸出型 編碼器旋轉一周的誤差曲線，根據誤差曲線可以獲得低精度正餘弦輸出型編碼器一周任意 點的相對誤差值；具體實現如下 上述單圈整周期計數模塊與整周期計數模塊相比同樣完成對A， B相正餘弦信號 的整周期計數操作，不同的是當編碼器過零點(即Z信號脈衝出現)時將單圈整周期計數 模塊的計數值進行清零操作，以2048線編碼器為例，整周期計數值等於編碼器當前運行的 完整的圈數乘以2048再加上單圈整周期的計數值。這樣做的目的是為了確定編碼器當前 距零點旋轉到的角度值。例如，當單圈整周期計數值為1024(以2048線的編碼器為例)時， 編碼器距零點旋轉過了 180° 。每個誤差點的橫坐標就是當前編碼器距零點旋轉過的這個 角度值，每個誤差點的縱坐標為當前測試所得到的誤差值。 每兩個誤差點之間近似為一條線段(1個合格的編碼器應該滿足這一條件)，就可 以根據這兩個誤差點橫坐標和縱坐標計算出這條線段的斜率(如圖5所示，A段的兩個誤 差點的坐標分別是(120,-25)和(132,-17)，這樣斜率即為2/3)，然後根據斜率可以計算出 這兩點之間任意點的誤差值，從而計算出整周(編碼器旋轉一周)內的誤差值。如果細分 的倍數有限就可以直接計算出每個細分值的誤差值，並將其存儲在誤差表中；當細分倍數 比較大，相對細分值的誤差值的誤差表也就比較龐大，為避免這種情況發生，採用下列方法 簡化誤差表將獲得的誤差點坐標存儲到誤差表存放模塊中，根據單圈整周期計數值就可 以計算出當前編碼器距零點旋轉的角度值(當前編碼器停留點的橫坐標)，將當前點的橫 坐標與誤差表中誤差點的橫坐標進行比較操作，當前點的橫坐標介於誤差表中某兩個相鄰 的誤差點的橫坐標之間時，就確定了當前點在誤差表中這兩個相鄰的誤差點所形成的線段 上，這條線段的斜率由這條線段的起始點和結束點坐標算出，又知道當前點的橫坐標，所以 可以計算出當前點的縱坐標，也就是當前的誤差值。 7)將步驟6獲取的誤差值作成誤差表，作為低精度正餘弦輸出型編碼器輸出各個位置的補償值存放在上述裝置的誤差表存放模塊中，對低精度編碼器的誤差進行修正。
為保證其進度對補償誤差值進行修正的步驟，具體如下 a)將誤差表輸入到低精度正餘弦輸出型編碼器的細分器中，繼續上述1至4的步驟，將低精度正餘弦輸出型編碼器各測試點的絕對位置值同當前絕對位置值對應在誤差表的修正值相加； b)將經修正後的修正值同高精度正餘弦輸出型編碼器測得的位置值進行比對，以獲取誤差值； c)判斷步驟b獲得的各測試點的誤差值是否滿足設定的精度要求，滿足則將上述步驟中獲得取的誤差表作為最終低精度正餘弦輸出型編碼器的誤差表；不滿足則返回上述步驟1從新進行低精度正餘弦輸出型編碼器誤差表的獲取。 修正後的絕對位置值是由絕對位置值加上當前編碼器距零點旋轉的角度的補償值根據細分器的工作原理的描述，求和模塊中最後得到的是當前編碼器運行的絕對位置值(即整周期計數乘以當前細分倍數再加上當前細分值)，根據單圈整周期計數值可以確定編碼器距零點旋轉的角度，再根據，以2048線編碼器為例，整周期計數值等於編碼器當前運行的完整的圈數乘以2048再加上單圈整周期的計數值，單圈整周期計數值與整周期計數值是同步加減的。所以可以根據單圈整周期的計數值所算出的編碼器距零點旋轉的角度值，來確定修正後的絕對位置值是由絕對位置值加上當前編碼器距零點旋轉的角度的補償值。 求和模塊運算的最終結果變為修正後的絕對位置值，然後進行重複之前的誤差測
出步驟。例如在編碼器旋轉的一周之內取若干個測試點，在每個測試點上分別取低精度正
餘弦輸出型編碼器和誤差為±1〃的高精度正餘弦輸出型編碼器的細分值。 然後將兩個值作差，得到低精度正餘弦輸出型編碼器相對於誤差為±1〃的高精
度正餘弦輸出型編碼器的相對誤差值。 將兩個測試點之間近似為一條線段，連接相鄰的兩點得到低精度正餘弦輸出型編
碼器旋轉一周的誤差曲線，根據誤差曲線可以計算出低精度正餘弦輸出型編碼器一周任意
點的相對誤差值。重新得到新的誤差表，然後分析新的誤差表數據，看是否已將滿足精度要
求，假設低精度編碼器的物理精度是士35"(測得的曲線如圖5所示)，要求修正到的精度
是±5〃 ，當經過一次誤差補償後，測得的新的誤差曲線滿足±5〃 (如圖6所示)的精度
時，補償操完成，當進行一次誤差補償後，測得的新的誤差曲精度大於±5〃 ，那麼就根據新
的誤差曲線來進行二次修正工作，如此循環操作，直到誤差曲線滿足精度的要求。 這樣編碼器一周內的任意位置都對應唯一一個誤差修正值，從而很好的改善了低
精度正餘弦輸出型編碼器的精度。 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，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種正餘弦輸出型編碼器本身精度補償方法，其特徵在於包括如下步驟1)將一個需要修正的低精度正餘弦輸出型編碼器與一個高精度正餘弦輸出型編碼器進行同軸安裝；2)將低精度正餘弦輸出型編碼器和高精度正餘弦輸出型編碼器分別連接細分器；3)根據兩個編碼器的線數來調整細分器的細分倍數，使兩個編碼器旋轉一周得到的相同的位置值數；4)在編碼器旋轉的一周之內取相應個測試點，在每個測試點上分別取低精度正餘弦輸出型編碼器和高精度正餘弦輸出型編碼器的細分值；5)然後將兩個值作差，得到低精度正餘弦輸出型編碼器相對於高精度正餘弦輸出型編碼器的測試點的相對誤差值；6)將兩個測試點之間近似為一條線段，連接相鄰的兩點得到低精度正餘弦輸出型編碼器旋轉一周的誤差曲線，根據誤差曲線可以獲得低精度正餘弦輸出型編碼器一周任意點的相對誤差值；7)將步驟6獲取的誤差值作成誤差表，作為低精度正餘弦輸出型編碼器輸出各個位置的補償值，對低精度編碼器的誤差進行修正。
2. 根據權利要求1所述的一種正餘弦輸出型編碼器本身精度補償方法，其特徵在於還 包括對補償誤差值進行修正的步驟，具體如下a) 將誤差表輸入到低精度正餘弦輸出型編碼器的細分器中，繼續上述1至4的步驟，將 低精度正餘弦輸出型編碼器各測試點的絕對位置值同當前絕對位置值對應在誤差表的修 正值相加；b) 將經修正後的修正值同高精度正餘弦輸出型編碼器測得的位置值進行比對，以獲取 誤差值；c) 判斷步驟b獲得的各測試點的誤差值是否滿足設定的精度要求，滿足則將上述步驟 中獲得取的誤差表作為最終低精度正餘弦輸出型編碼器的誤差表；不滿足則返回上述步驟 1從新進行低精度正餘弦輸出型編碼器誤差表的獲取。
3. —種正餘弦編碼器精度補償裝置，包括差補周期產生模塊，用於產生啟動脈衝信號和整個裝置運行的周期時序； 正餘弦數據採樣和計算模塊，用於接收編碼器輸出的兩路正餘弦信號，並對這兩路正 餘弦信號的電壓值進行A/D轉換，已獲得這個兩路正餘弦信號的電壓值所對應的數字量，後對採樣獲得的兩路正餘弦信號的電壓值的數字量進行除法的操作；整周期計算模塊，用於對編碼器輸入的正餘弦信號進行整周期的計數；查表模塊，用於將正餘弦數據採樣和計算模塊處理後的數據，同查表模塊內儲存的兩 路正餘弦波電壓值數字量的除法值所對應細分值的數據表進行比較，以此獲取細分值；輸出模式選擇模塊，用於根據輸入的指令進行輸出模式的切換工作，當選擇脈衝輸出 模式時，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結果傳遞給脈衝輸出模塊；同樣當選擇絕對值輸出模式時，本模塊將求和模塊最終得到的加法的結果傳遞給絕對值輸出模塊；脈衝模式輸出模塊，用於對輸出模式選擇模塊輸入的根據加法結果確定的脈衝數以脈 衝的形式輸出；絕對值輸出模塊，用於對輸出模式選擇模塊輸入的根據加法結果確定的脈衝數以數據的形式直接輸出；其特徵在於還包括誤差表存放模塊，用於存儲上述方法獲得的正餘弦輸出型編碼器 一周任意點的誤差值；求和模塊，用於將查表模塊查出的當前正餘弦信號的細分值相對誤差表存放模塊的誤 差值直接或誤差值計算後進行累加的補償值，與整周期計數模塊所得到的編碼器輸入整周 期正餘弦信號個數乘以當前的細分倍數後的結果進行加法操作；所述正餘弦數據採樣和計算模塊及周期計算模塊同編碼器相連接進行同步採樣，所述 正餘弦數據採樣和計算模塊同整周期計算模塊相連接向其發送同步信號；所述差補周期產 生模塊同正餘弦數據採樣和計算模塊相連接向其發送啟動脈衝信號，所述正餘弦數據採樣 和計算模塊同查表模塊相連接；所述整周期計算模塊將計錄編碼器輸入的整周期正餘弦信 號的個數發送到與其連接的求和模塊中；所述求和模塊將與其連接的查表模塊查出的當前 正餘弦信號的細分值，經與求和模塊相連接的誤差表存放模塊的誤差值進行累加後的補償 值同整周期計算模塊發送過來的輸入整周期正餘弦信號個數乘以當前的細分倍數值進行 求和後，發送到與其連接的輸出模式選擇模塊上，經輸出模式選擇模塊的選擇後，由脈衝模 式輸出模塊以方波的形式輸出或由絕對值輸出模塊以數據形式直接輸出。
4. 根據權利要求3所述的正餘弦編碼器精度補償裝置，其特徵在於還包括單圈整周期 計數模塊同求和模塊相連接，用於對正餘弦信號的整周期計數操作但當編碼器過零點時將 該模塊的計數值進行清零。
5. 根據權利要求3或4所述的正餘弦編碼器精度補償裝置，其特徵在於上述各組成模 塊都集成在現場可編程門陣列FPGA中。
全文摘要
本發明公開了一種正餘弦輸出型編碼器本身精度補償系統，是在正餘弦輸出型編碼器細分技術為基礎，在對正餘弦輸出型編碼器進行提高解析度的細分過程中將誤差進行補償，從而提高編碼器反饋值的精度。通過正餘弦輸出型編碼器本身精度補償方法結合正餘弦編碼器精度補償裝置，包括差補周期產生模塊、正餘弦數據採樣和計算模塊、整周期計算模塊、查表模塊、輸出模式選擇模塊、脈衝模式輸出模塊、絕對值輸出模塊、誤差表存放模塊以及求和模塊；使該系統具有實施簡單、使用效果好，而且具有良好的適應性適於在所有使用正餘弦信號輸出的位置測量、角度測量、運動控制領域，如數控工具機、高精度的測量儀器等領域廣泛推廣。
文檔編號G01D5/12GK101726320SQ20091018834
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者于德海, 何興家, 張贊秋, 陳虎, 隋繼平 申請人:大連光洋科技工程有限公司