一种高分辨率增量型总线式光电编码器的实现方法
【专利摘要】本发明涉及一种高分辨率增量型总线式光电编码器的实现方法，属于光电编码器的实现方法。采用正弦狭缝技术输出方波数字信号同时输出近似理想的两路差分模拟信号，由两路A,B增量信号参与细分运算，同时两路模拟差分信号利用两个模拟器运算放大器件实现模拟放大，将模拟信号放大后进入微处理器进行模数转换，在通过CORDIC算法进行高度细分，将细分后数据与电极控制信号U,V,W组成私有协议帧通过RS485或者RS422接口输出，同时可以兼容多种协议如：Biss，SSI,RS485,CAN，以此实现的电子细分方式，提高编码器的精度同时也提高了抗干扰和高速的要求。
【专利说明】一种高分辨率增量型总线式光电编码器的实现方法【技术领域】[0001]本发明涉及一种增量型总线式光电编码器的实现方法。【背景技术】[0002]高速、高精度是数控领域的发展方向，如数控机床，纺织机械，电梯，机器人，模切 机，精雕机。编码器是电机控制中最常用的速度反馈装置，编码器反馈信号的精度很大程度 上决定了电机控制的速度响应和精度。常用的编码器有脉冲型增量式编码器、正余弦编码 器和串行总线式绝对值编码器。[0003]常规增量式编码器的信号传输信号的抗干扰能力较差，长线传输时会产生传输误 差，逻辑判别复杂，电缆颜色区分不明显，容易接错线。[0004]当伺服电机旋转时需要通过编码器准确的反馈其速度，位置以及分辨度。下面为 大家介绍几种现有技术:[0005]一种为增量式光电编码器，现有伺服电机上所用的大多是增量式编码器，其输出 方式为脉冲输出，接线复杂，抗干扰能力差，精度误差大分辨率低。[0006]一种为正余弦光电编码器，输出信号为模拟信号，通过细分器高倍细分后输出数字信号。[0007]—种为省线式光电编码器，输出方式与增量式光电编码器相同，与增量式光电编 码器不同之处在于不能同时输出A，B, Z，与U，V, W。其输出方式为当编码器上电时先输出 U, V，W信号，再输出A，B，Z信号。[0008]一种为绝对式光电编码器，其输出方式为串行总线式输出，并且能够输出绝对位 置，能够保持掉电不丢失。[0009]上述现有技术普遍存在以下技术缺陷与不足:[0010]1.增量式光电编码器其出线较多接线复杂，精度较低只能适用与普通伺服系统， 不能满足高精度伺服系统。[0011]2.细分器不能实现自动补偿与调整所以对输出的模拟信号与机械安装十分严格， 手动调整十分繁琐，一致性差。[0012]3.省线式光电编码器其输出方式为脉冲输出容易受到外界干扰，精度较低。[0013]4.绝对式光电编码器以串行总线输出，其输出为绝对码，其缺陷是调试复杂，对于 机械要求严格，成本高。
【发明内容】
[0014]本发明提供一种高分辨率增量型总线式光电编码器的实现方法，来克服上述现有 技术的缺陷与不足。[0015]本发明采取的技术方案是包括下列步骤:[0016]发光系统通过光栅盘上的狭缝输出A、B、Z方波数字信号，同时输出差分模拟信号a、/a、b、/b，电极控制信号U, V, W ；[0017]由光电接收系统接收，[0018]模拟信号a、/a、b、/b经模拟信号处理器处理后输出两路差分模拟信号Vax、Vbx到微处理器MCU，[0019]光电接收系统将出A、B、Z方波数字信号、电极控制信号U，V，W输出到微处理器 MCU ;[0020]微处理器M⑶细分方法:将两路差分模拟信号Vax、Vbx输入到微处理器MCU，由处理器内部模数转换器AD将模拟信号转换为数字信号，在将两路转换后的数字信号通过 CORDIC算法进行精密细分，向量转角度Θ后得到新的向量V2，(Va1, Vb1), (Va2, Vb2) 分别代表着向量'，V2的两个坐标点，根据简单的几何关系有:[0021]Va2=Va1Cos Θ -Vb1Sin Θ (I)[0022]Vb2=Vb1Cos Θ +Va1Sin Θ (2)[0023]式(I)和式⑵整理后，可得:[0024]Va2= (Va1-Vbitan Θ ) cos Θ (3)[0025]Vb2= (Vb^Va^an Θ )cos θ (4)[0026]由上面的分析可知，假设向量经过i次微小的旋转，每次旋转的角度为Θ i，旋转的Ti方向为屯(取值为I或-1),经过η次旋转后,总的旋转角度为
【权利要求】
1.一种高分辨率增量型总线式光电编码器的实现方法，其特征在于包括下列步骤: 发光系统通过光栅盘上的狭缝输出A、B、Z方波数字信号，同时输出差分模拟信号a、/a、b、/b，电极控制信号U, V, W ；由光电接收系统接收，模拟信号a、/a、b、/b经模拟信号处理器处理后输出两路差分模拟信号Vax、Vbx到微处理器MCU，光电接收系统将出A、B、Z方波数字信号、电极控制信号U，V, W输出到微处理器MCU ； 其特征在于:微处理器MCU细分方法:将两路差分模拟信号Vax、Vbx输入到微处理器MCU，由处理器内部模数转换器AD将模拟信号转换为数字信号，在将两路转换后的数字信号通过CORDIC 算法进行精密细分，向量V1旋转角度Θ后得到新的向量V2，(Va17Vb1), (Va2，Vb2)分别代表着向量V1, V2的两个坐标点，根据简单的几何关系有:Va2=Va1Cos Θ -Vb1Sin Θ (I)Vb2=Vb1Cos Θ +Va1Sin Θ (2)式⑴和式⑵整理后，可得:Va2= (Va1-Vb^an Θ )cos Θ (3) Vb2= (Vb^Va^an Θ )cos θ (4)由上面的分析可知，假设向量经过i次微小的旋转，每次旋转的角度为Θ i，旋转的方向Π为屯(取值为I或-1),经过η次旋转后,总的旋转角度为:
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率增量型总线式光电编码器的实现方法，其特征在于:光栅盘采用菱形的正弦狭缝，用以获得近似理想的正弦信号。
【文档编号】G01D5/26GK103604447SQ201310606402
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】王忠杰, 张宏学 申请人:长春禹衡光学有限公司