专利名称：一种增量光栅信号处理方法
技术领域：
本发明涉及一种增量光栅信号处理方法，主要应用于机械控制系统，属于信号处理技术领域。
背景技术：
高速机械运动控制领域往往需要大行程、高速、高加速的运动控制，同时达到高精度运动控制，实际机械运动控制现场中常用增量光栅作为运动控制系统的位置反馈，增量光栅产生的信号为差分脉冲信号，可根据预先设定的增量光栅分辨率以及差分信号得到运动台的位移，其具有结构简单，成本低，信号后处理简便等特点。实际运动控制系统中，驱动器为电机线圈提供电流，驱动运动台运动，对于多数的驱动器其需要运动台的位置信号作为反馈，而由于驱动器的饱和特点，其每秒可接受的脉冲数是有限的。因此，驱动器每秒可接受的最大脉冲数乘以位置反馈增量信号的分辨率即为运动台所允许的最大速度。可以看出，驱动器每秒可接受的最大脉冲数是其固有特征，难以改变，所以运动台所允许的最大速度与位置反馈增量信号的分辨率成反比，也即分辨率越高，运动台的最大速度越小，二者是相互制约的关系。这往往限制了控制系统的控制精度和运动台运动速度，特定情况下，难以满足实际要求。
发明内容
为了解决高速运动控制系统的控制精度与运动台运动速度之间的相互制约关系，本发明设计了一种增量光栅信号处理方式，既能满足控制系统所要求的运动精度，又能达到所要求的运动台运动速度。本发明的技术方案如下一种增量光栅信号处理方法，所述增量光栅信号包括三相差分信号，即A+、A-、B+、B-、C+、C-，其中A、B两相相位相差90°，用于判断方向及脉冲计数，C相为零位信号，其 特征在于，所述信号处理方法包括以下步骤I)对所述的增量光栅信号每相分别进行驱动整形，所述驱动整形元件包括电阻、电容和共模电感，将电阻、电容串联后接入差分信号，差分信号经过共模电感后输出；2)将整形后的三相差分信号转变为第一单端信号，所述第一单端信号作为可编程逻辑器件的输入信号；3)所述可编程逻辑器件采用硬件编程语言输出第二单端信号和第三单端信号，其中所述第二单端信号与所述第一单端信号相同，所述第三单端信号的频率是所述第一单端信号频率的1/n，其中n为正整数，所述的n即为分频数；4)所述第二单端信号和第三单端信号分别转换为差分信号，经过共模电感后输出。步骤3)中所述的可编程逻辑器件的输入为所述第一单端信号和拨码开关，每组所述拨码开关的值分别代表一组所述的分频数，根据要求改变所述拨码开关的值，得到不同频率的所述第三单端信号。所述的可编程逻辑器件的输出还包括指示信号，所述指示信号与所述拨码开关的值相同，所述指示信号作为信号指示灯的输入信号，用于确认实际分频数与设定值是否一致。本发明具有以下优点及突出性的技术成果本发明将原始增量光栅信号分为两路，一路保持不变输出，作为上位机的位置反馈，一路分频后输出，作为驱动器的位置反馈，所设置的拨码开关可根据需要设定不同的分频数，所提出的增量信号处理方法能够解决运动控制系统的控制精度与运动台运动速度之间的制约关系，既能达到较高的控制精度，又能达到满足要求的运动速度。
图I为本发明增量光栅信号处理方法原理示意图。图2为本发明增量光栅信号处理方法流程图。图3为本发明增量光栅信号处理方法驱动整形实施例。图4为本发明差分信号转换为单端信号实施例。图5为本发明单端信号转化为差分信号实施例。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的原理和工作过程来进一步说明本发明。图I为本发明增量光栅信号处理方法原理示意图，所述增量光栅信号包括三相差分信号，即A+、A-、B+、B-、C+、C-，其中A、B两相相位相差90°，用于判断方向及脉冲计数，C相为零位信号，图2为本发明增量光栅信号处理方法流程图，所述信号处理方法包括以下步骤I)对所述的增量光栅信号每相分别进行驱动整形，所述驱动整形元件包括电阻、电容和共模电感，将电阻、电容串联后接入差分信号，差分信号经过共模电感后输出；2)将整形后的三相差分信号转变为第一单端信号，所述第一单端信号作为可编程逻辑器件的输入信号；3)所述可编程逻辑器件采用硬件编程语言输出第二单端信号和第三单端信号，其中所述第二单端信号与所述第一单端信号相同，所述第三单端信号的频率是所述第一单端信号频率的1/n，其中n为正整数，所述的n即为分频数；4)所述第二单端信号和第三单端信号分别转换为差分信号，经过共模电感后输出。信号处理电路输入端接增量光栅尺，并且电路为增量光栅尺提供+5V电源电压；分频信号经信号输出端2输出，未分频信号经信号输出端I输出，且信号处理电路的电源由信号输出端2提供+5V电压。步骤3)中所述的可编程逻辑器件的输入为所述第一单端信号和拨码开关，每组所述拨码开关的值分别代表一组所述的分频数，根据要求改变所述拨码开关的值，得到不同频率的所述第三单端信号。所述的可编程逻辑器件的输出还包括指示信号，所述指示信号与所述拨码开关的值相同，所述指示信号作为信号指示灯的输入信号，用于确认实际分频数与设定值是否一致。图3为本发明增量光栅信号处理方法驱动整形实施例，所述驱动整形包括一个电阻R1、一个电容Cl和一个共模电感ACM3225-601-2P，将电阻Rl和电容Cl串联接入各相差分信号，差分信号后经过共模电感ACM3225-601-2P输出，此即完成了对增量光栅信号的驱动整形。图4为本发明差分信号转换为单端信号实施例，其包括一个芯片AM26L-V32、一个电解电容C54，一个电容C43和一个磁珠B9 (BLM21PG331)，电解电容C54和电容C43并联后与磁珠B9串联接3. 3V电源，为芯片AM26L-V32供电，三相差分信号(Al+、Al-、BI+、BI-、Cl+和Cl-)分别输入管脚6、7、1、2、15和14，则输出三相单端信号(AI、BI、CI)，管脚分别为:5、3 和 13。 图5为本发明单端信号转化为差分信号实施例,其包括一个芯片AM26L-V31、一个电解电容C56，一个电容C48和一个磁珠B11 (BLM21PG331)，电解电容C56和电容C48并联后与磁珠Bll串联接3. 3V电源，为芯片AM26L-V32供电，三相单端信号(A01、BOl和C01)分别输入管脚1、7和9，则输出三相差分信号(A0_1+、A0_1-、B0_1+、B0_1-、C0_1+和C0_1_)，管脚分别为:2、3、5、6、11和10。
权利要求
1.一种增量光栅信号处理方法，所述增量光栅信号包括三相差分信号，即A+、A-、B+、B-、C+和C-，其中A、B两相相位相差90°，用于判断方向及脉冲计数，C相为零位信号，其特征在于，所述信号处理方法包括以下步骤 1)对所述的增量光栅信号每相分别进行驱动整形，驱动整形元件包括电阻、电容和共模电感，将电阻和电容串联后接入差分信号，差分信号经过共模电感后输出； 2)将整形后的三相差分信号转变为第一单端信号，所述第一单端信号作为可编程逻辑器件的输入信号； 3)所述可编程逻辑器件采用硬件编程语言输出第二单端信号和第三单端信号，其中所述第二单端信号与所述第一单端信号相同，所述第三单端信号的频率是所述第一单端信号频率的1/n，其中η为正整数，所述的η即为分频数； 4)所述第二单端信号和第三单端信号分别转换为差分信号，经过共模电感后输出。
2.根据权利要求I所述的一种增量光栅信号处理方法，其特征在于，步骤3)中所述的可编程逻辑器件的输入为拨码开关和所述第一单端信号，所述拨码开关的每个值分别代表一组所述的分频数，改变所述拨码开关的值，得到不同频率的所述第三单端信号。
3.根据权利要求I或2所述的一种增量光栅信号处理方法，其特征在于，所述的可编程逻辑器件的输出还包括指示信号，所述指示信号与所述拨码开关的值相同，所述指示信号作为信号指示灯的输入信号，用于确认实际分频数与设定值是否一致。
全文摘要
一种增量光栅信号处理方法，所述增量光栅信号包括三相差分信号，即A+、A-、B+、B-、C+、C-，所述信号处理方法包括以下步骤首先对增量光栅信号驱动整形，将整形后的差分信号转换为第一单端信号，再将所述第一单端信号输入到可编程逻辑器件中，可编程逻辑器件输出第二单端信号和第三单端信号，其中第二单端信号与第一单端信号相同，第三单端信号的频率是第一单端信号频率的1/n，n为正整数，将两路单端信号转换为差分信号后输出。本发明有效地解决了控制系统中位置测量分辨率与运动台速度的制约关系，分频信号给驱动器作为信号反馈，未分频信号给上位机作为控制系统位置反馈，既提高了允许的最大速度，又提高控制系统精度。
文档编号G05D13/62GK102799195SQ201210242269
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月12日 优先权日2012年7月12日
发明者朱煜, 杨开明, 成荣, 蒋毅, 张鸣, 穆海华, 李鑫, 余东东, 尹文生, 胡金春 申请人:清华大学, 北京华卓精科科技有限公司