專利名稱：多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置。
背景技術(shù)：
帶有多種接口可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置，是將多種接口的信號(hào)集中到同一塊芯片上進(jìn)行處理，通過(guò)一定的協(xié)調(diào)機(jī)制對(duì)各個(gè)接口進(jìn)行協(xié)作管理以實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制功能。 當(dāng)前的數(shù)控和工控領(lǐng)域中的位置傳感器種類繁多，其接口和通訊形式日趨多樣，半閉環(huán)和全閉環(huán)的控制的要求日益提高?，F(xiàn)有的位置信息處理裝置功能單一，難以充分滿足數(shù)控和工控領(lǐng)域的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對(duì)值數(shù)據(jù)接
n ；傳感器接口控制器，用于實(shí)現(xiàn)位置傳感器接口的選通，并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器；信息采集分配器，用于實(shí)現(xiàn)位置信息的分配處理，之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對(duì)外通訊接口，配置接口采用半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式；對(duì)外通訊接口，用于同外部通訊。位置傳感器接口中的普通增量數(shù)據(jù)接口和高速增量數(shù)據(jù)接口，通過(guò)濾波器或高速濾波器對(duì)A，B，R三相輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，完成濾波的A，B相信號(hào)分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊；鑒相器模塊通過(guò)對(duì)A，B相位的相對(duì)變化判斷被檢測(cè)物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計(jì)數(shù)器方向標(biāo)志信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器；倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實(shí)現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器；加減計(jì)數(shù)完成位置值的實(shí)時(shí)累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來(lái)Z相脈沖時(shí)位置值的鎖存。位置傳感器接口中的絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口為具有兩路雙向5V電平的LVDS信號(hào)收發(fā)接口，支持EnDat，SPI協(xié)議。本裝置是高性能高集成化低成本的平衡產(chǎn)品，有很多優(yōu)勢(shì)。I、兼容多種接口，可支持多種位置傳感器。2、即能支持半閉環(huán)控制，又能支持全閉環(huán)控制，為應(yīng)用的選擇提供了極大的便利。
3、同一塊芯片上實(shí)現(xiàn)，集成化程度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。由于以上的特點(diǎn)，帶有多種接口可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置可在數(shù)控機(jī)床和工控設(shè)備有廣泛的應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明所述普通增量信號(hào)處理的原理圖；圖3為本發(fā)明所述高速增量信號(hào)處理的原理圖；圖4為本發(fā)明所述半閉環(huán)控制方式I的原理圖；圖5為本發(fā)明所述半閉環(huán)控制方式II的原理圖； 圖6為本發(fā)明所述全閉環(huán)控制方式I的原理圖；圖7為本發(fā)明所述全閉環(huán)控制方式II的原理具體實(shí)施例方式應(yīng)用于位置測(cè)量、角度測(cè)量、運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，如數(shù)控機(jī)床、工控設(shè)備。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，提供一種全面的位置信息采集分配并且實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的功能的裝置。本裝置主要分為4部分，分別是位置傳感器接口，傳感器接口控制器，信息采集分配器和對(duì)外通訊接口。位置傳感器接口部分包括普通增量數(shù)據(jù)接口兩個(gè)，高速增量數(shù)據(jù)接口一個(gè)，絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口兩個(gè)。其結(jié)構(gòu)如圖I所示。首先對(duì)外通訊接口部分對(duì)傳感器接口控制器和信息采集分配器進(jìn)行配置，對(duì)傳感器接口控制器配置傳感器選用的信息，對(duì)信息采集分配器配置位置信息處理的信息(半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式)。傳感器接口控制器實(shí)現(xiàn)位置傳感器接口的選通，并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器。信息采集分配器實(shí)現(xiàn)位置信息的分配處理，之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對(duì)外通訊接口部分。位置傳感器接口部分結(jié)構(gòu)如下普通增量數(shù)據(jù)接口(接收信號(hào)為具有A，B，R三相，頻率不超過(guò)5M，5V電平的LVDS信號(hào))兩個(gè)。普通增量信號(hào)處理如圖2所示首先A，B，R三相輸入信號(hào)各自經(jīng)過(guò)一個(gè)濾波器(數(shù)字濾波器，可濾除信號(hào)上頻率大于5M的毛刺)。完成濾波的A，B相信號(hào)分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊。鑒相器模塊通過(guò)對(duì)A，B相位的相對(duì)變化判斷被檢測(cè)物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計(jì)數(shù)器方向標(biāo)志信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器。倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實(shí)現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器。加減計(jì)數(shù)完成位置值的實(shí)時(shí)累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來(lái)Z相脈沖時(shí)位置值的鎖存。高速增量數(shù)據(jù)接口(接收信號(hào)為具有A，B，R三相，頻率不超過(guò)20M，5V電平的LVDS信號(hào))一個(gè)。高速增量信號(hào)處理如圖3所示首先A，B，R三相輸入信號(hào)各自經(jīng)過(guò)一個(gè)高速濾波器(數(shù)字濾波器，可濾除信號(hào)上頻率大于20M的毛刺)。完成濾波的A，B相信號(hào)分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊。鑒相器模塊通過(guò)對(duì)A，B相位的相對(duì)變化判斷被檢測(cè)物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計(jì)數(shù)器方向標(biāo)志信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器。倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實(shí)現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器。加減計(jì)數(shù)完成位置值的實(shí)時(shí)累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來(lái)Z相脈沖時(shí)位置值的鎖存。絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口(具有兩路雙向5V電平的LVDS信號(hào)收發(fā)接口，支持EnDat，SPI協(xié)議。)兩個(gè)。信息采集分配器可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配和全閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配，其結(jié)構(gòu)和原理如下半閉環(huán)控制方式，如圖4，5所示電機(jī)編碼器反饋的角度位置信息，通過(guò)一個(gè)增量或絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口，將采集到的實(shí)時(shí)的角度位置信息分別按照速度環(huán)的周期和位置環(huán)的周期進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。與速度環(huán)同步的位置信息，如果是增量信息將進(jìn)行M/T測(cè)速，若是絕對(duì)值信息將進(jìn)行M測(cè)速，得到軸的轉(zhuǎn) 速信息反饋給速度環(huán)。脈沖測(cè)速最典型的方法有測(cè)頻率(M法)和測(cè)周期(T法)。M法、T法各有優(yōu)劣和適應(yīng)范圍，編碼器線數(shù)不能無(wú)限增加、測(cè)量時(shí)間也不能太長(zhǎng)(得考慮實(shí)時(shí)性)、計(jì)時(shí)單位也不能無(wú)限小，所以往往M法、T法都無(wú)法勝任全速度范圍內(nèi)的測(cè)量。因此產(chǎn)生了 M法、T法結(jié)合的M/T測(cè)速法低速時(shí)測(cè)周期、高速時(shí)測(cè)頻率。M/T法中的“低速”、“高速”如何確定假定能接受的誤差范圍為I %、M法測(cè)得脈沖數(shù)為f，T法測(cè)得時(shí)間為t。M 法2/f <= 1% = = > f >= 200即一次測(cè)量的最小脈沖數(shù)為200，設(shè)此頻率對(duì)應(yīng)的速度為VlT 法(I/ (t-1)-1/t) / (1/t) <= 1% = = > t >= 101即一次測(cè)量的時(shí)間為101個(gè)單位，設(shè)此周期對(duì)應(yīng)的速度為V2若計(jì)時(shí)單位為mS,則t > = IOlmS這只是理論精度，實(shí)際應(yīng)用還要考慮脈沖信號(hào)采集的延遲，軟硬件處理所需花費(fèi)的時(shí)間。若Vl <V2，則M/T法能滿足全范圍內(nèi)的速度測(cè)量。一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，就需要詳細(xì)的計(jì)算，使Vl <V2或盡可能接近。不能光憑經(jīng)驗(yàn)估算確定高低速、傳動(dòng)比、編碼線數(shù)。然后很不幸，很多現(xiàn)有系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)Vl > V2，就會(huì)出現(xiàn)(V2，VI)這一段速度無(wú)論M法還是T法都無(wú)法覆蓋的情況，一個(gè)緩解的辦法就是在(V2，V1)段同時(shí)使用M法和T法測(cè)量，然后取平均值。與位置環(huán)同步的置信息，是將按照位置環(huán)的周期采集的角度位置信息根據(jù)機(jī)械t匕、直徑或者絲杠螺距等變速比例換算成直線位置信息，反饋給位置環(huán)。全閉環(huán)控制方式，如圖6、7所示全閉環(huán)控制是針對(duì)直線運(yùn)動(dòng)控制的，不僅需要電機(jī)編碼器反饋的角度位置信息，還需要直線方向上的位置測(cè)量信息。電機(jī)編碼器反饋的角度位置信息，通過(guò)一個(gè)增量或絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口，將采集到的實(shí)時(shí)的角度位置信息按照速度環(huán)的周期和進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。與速度環(huán)同步的位置信息，如果是增量信息將進(jìn)行M/T測(cè)速，若是絕對(duì)值信息將進(jìn)行M測(cè)速，得到軸的轉(zhuǎn)速信息反饋給速度環(huán)。直線方向上的位置測(cè)量信息將按位置環(huán)的周期進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將位置信息反饋給位置環(huán)。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括 位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口 ； 傳感器接口控制器，用于實(shí)現(xiàn)位置傳感器接口的選通，并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器； 信息采集分配器，用于實(shí)現(xiàn)位置信息的分配處理，之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對(duì)外通訊接口，配置接口采用半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式； 對(duì)外通訊接口，用于同外部通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于位置傳感器接口中的普通增量數(shù)據(jù)接口和高速增量數(shù)據(jù)接口，通過(guò)濾波器或高速濾波器對(duì)A，B，R三相輸入信號(hào)進(jìn)行濾波，完成濾波的A，B相信號(hào)分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊；鑒相器模塊通過(guò)對(duì)A，B相位的相對(duì)變化判斷被檢測(cè)物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計(jì)數(shù)器方向標(biāo)志信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器；倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實(shí)現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號(hào)送給加減計(jì)數(shù)器；加減計(jì)數(shù)完成位置值的實(shí)時(shí)累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來(lái)Z相脈沖時(shí)位置值的鎖存。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于位置傳感器接口中的絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口為具有兩路雙向5V電平的LVDS信號(hào)收發(fā)接口，支持EnDat，SPI協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對(duì)值數(shù)據(jù)接口，傳感器接口控制器，信息采集分配器，對(duì)外通訊接口，用于同外部通訊。本裝置能夠兼容多種接口，可支持多種位置傳感器，帶有多種接口可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置可在數(shù)控機(jī)床和工控設(shè)備有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G05B19/414GK102789205SQ20111012775
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者于德海, 張贊秋, 李俊, 鄭君民, 郝天陽(yáng), 陳虎, 隋繼平 申請(qǐng)人:大連光洋科技工程有限公司