一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取方法及系统与流程

本发明具体涉及一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取方法及系统。

背景技术：

在高速伺服转台系统中，精确获取转台实时位置十分重要。在系统需要较高的高低温适用性和较好抗震性的要求下，目前主流的光电编码器有着适用性差、成本较高的缺点。使用旋转变压器实时获取位置需要将解码后的位置通过串口发送至上位机，这会带来较大的滞后延时，从而产生较大的误差。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取方法及系统。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取方法，包括以下步骤：

步骤一、旋转变压器解码芯片配合与伺服电机相连的旋转变压器获取伺服转台实时位置，并形成增量编码信号，增量编码信号为三路单端信号A、B、NM，TTL电平；

步骤二、将该增量编码信号通过单端-差分芯片转换为差分信号发送至数字信号处理系统；

步骤三、伺服转台转动时，数字信号处理系统等待捕捉到NM信号上升沿开始对A、B两路信号的任意跳变进行计数，每次碰到NM上升沿则清零计数值，计算伺服转台当前的绝对位置，通过串口将偏置值发送到上位机；

步骤四、在调试过程中确定伺服转台的相对零位，步骤三中捕捉到NM信号上升沿则表明伺服转台到达绝对零位，根据相对零位和绝对零位计算出偏置值，通过串口将偏置值发送到上位机；

步骤五、上位机根据步骤三中得到的伺服转台当前绝对位置和步骤四中的偏置值计算出伺服转台当前的实时位置。

进一步地，所述步骤三中，计算伺服转台的绝对位置具体为：旋转变压器解码芯片所设数据位数为n，增量编码信号计数为m，则伺服转台当前的绝对位置为：[360×(m/2ⁿ)]°。

进一步地，所述步骤五中，计算实时位置具体为：假设偏置值为x，则实时位置为：[360×(m/2ⁿ)-x]°。

进一步地，所述三路单端信号A、B、NM，其中A与B均为脉冲信号，旋转变压器旋转一圈所产生脉冲数为2ⁿ，其中n为旋转变压器解码芯片数据位数，A信号相位领先B信号π/2，NM信号是当旋转变压器处于绝对零位的时候产生上升脉冲，NM信号的脉宽为A信号脉宽的一半。

一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取系统，包括伺服控制系统、数字信号处理系统和上位机；所述伺服控制系统的输出端分别与数字信号处理系统和上位机相连；所述数字信号处理系统的输出端也与上位机相连。

进一步地，所述伺服控制系统包括：伺服控制板、伺服驱动器、旋转电机、旋转变压器、旋转变压器解码芯片和用于供电的电源；所述伺服控制板上设有通信接口，用于与上位机通信，伺服控制板的输出端分别与伺服驱动器和旋转电机相连，伺服驱动器的输出端也与旋转电机相连；所述旋转变压器的输入端与旋转电机相连，其输出端与旋转变压器解码芯片相连。

进一步地，所述通信接口为RS232串口。

本发明的有益效果：

本发明的一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取方法及系统，该方法利用旋转变压器在恶劣条件下能稳定工作的特性，同时利用目前主流旋转变压器解码芯片(简称RDC，下同)的增量编码模式，将伺服转台的实时位置转化为增量编码信号，发送至数字信号处理系统，解码后通过网口发送至上位机。本发明可以在恶劣环境下稳定工作，且能排除直接通过串口发送数据的滞后性。

附图说明

图1为本发明一种实施例的方法流程图；

图2为本发明一种实施例的伺服控制系统的结构框图；

图3为本发明一种实施例的旋转变压器解码芯片所得的增量编码信号示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取方法，包括以下步骤：

如图1所示，步骤一、旋转变压器解码芯片配合与伺服电机相连的旋转变压器获取伺服转台实时位置，并形成增量编码信号，增量编码信号为三路单端信号A、B、NM，TTL电平；

步骤二、将该增量编码信号通过单端-差分芯片转换为差分信号发送至数字信号处理系统；

步骤三、伺服转台转动时，数字信号处理系统等待捕捉到NM信号上升沿开始对A、B两路信号的任意跳变进行计数，每次碰到NM上升沿则清零计数值，计算伺服转台当前的绝对位置，通过串口将偏置值发送到上位机；

步骤四、在调试过程中确定伺服转台的相对零位(可通过现有技术实现)，步骤三中捕捉到NM信号上升沿则表明伺服转台到达绝对零位，根据相对零位和绝对零位计算计算出偏置值，通过串口将偏置值发送到上位机；

步骤五、上位机根据步骤三中得到的伺服转台当前绝对位置和步骤四中的偏置值计算出伺服转台当前的实时位置。

所述步骤三中，计算伺服转台的绝对位置具体为：旋转变压器解码芯片所设数据位数为n，增量编码信号计数为m，则伺服转台当前的绝对位置为：[360×(m/2ⁿ)]°。

步骤五中，所述计算伺服转台当前的实时位置具体为：假设偏置值为x，则实时位置为：[360×(m/2ⁿ)-x]°。

所述三路单端信号A、B、NM，其中A与B均为脉冲信号，旋转变压器旋转一圈所产生脉冲数为2ⁿ，其中n为旋转变压器解码芯片数据位数，A信号相位领先B信号π/2，NM信号是当旋转变压器处于绝对零位的时候产生上升脉冲，脉宽为A信号脉宽的一半，顺时针转动时，增量编码信号参见图3。

一种基于增量模式的伺服控制实时位置获取系统，其特征在于：包括伺服控制系统、数字信号处理系统和上位机；所述伺服控制系统的输出端分别与数字信号处理系统和上位机相连；所述数字信号处理系统的输出端也与上位机相连。

所述伺服控制系统包括：伺服控制板、伺服驱动器、旋转电机、旋转变压器、旋转变压器解码芯片和用于供电的电源；所述伺服控制板上设有通信接口，用于与上位机通信，接收上位机发送出来的信号；伺服控制板的输出端分别与伺服驱动器和旋转电机相连，伺服驱动器的输出端也与旋转电机相连，伺服控制板发出驱动器控制信号给伺服驱动器，伺服驱动器发送伺服驱动信号给旋转电机，且伺服控制板还用于发送抱闸信号给旋转电机；所述旋转变压器的输入端与旋转电机相连，其输出端与旋转变压器解码芯片相连，旋转变压器解码芯片配合与伺服电机相连的旋转变压器获取伺服转台实时位置，并形成增量编码信号，增量编码信号为三路单端信号A、B、NM，TTL电平。

优选地，所述通信接口为RS232串口。

实施例一

在某XX项目中，由于设备散射角度有限，需要在两种状态切换：扫描和跟踪。扫描状态即设备处于水平方向360°连续旋转；跟踪状态即根据上位机连续发出的目标位置指示连续运动。这就需要伺服转台搭载数字信号处理器及其他设备在接到指令后首先进行240°/s的高速开环旋转，然后在接到新的指令后改为最大速度不超过60°/s的闭环旋转。在整个过程中要求实时反馈转台位置，最大误差不得超过1°，系统工作环境要求考虑车辆振动和-40℃-60℃的环境条件。

该系统中，我们使用汇流环传递数字信号处理器和上位机、数字信号处理器和伺服控制机箱之间的信号。伺服控制机箱置于系统的底座，包含伺服控制板、伺服驱动器以及供电电源。由于伺服控制系统的工作环境有比较复杂的电磁干扰，在系统硬件的设计过程中尤其强调线缆屏蔽特性。各信号线均需采用屏蔽线缆，屏蔽线缆和屏蔽层均接地，伺服控制板需装配在屏蔽盒内。。

伺服控制板使用英飞凌的单片机XE167作为主控制芯片(即数字信号处理系统)，该芯片具有浮点运算能力和较全面的外设，适用于伺服控制。使用AD2S1210作为RDC解码芯片(即旋转变压器解码芯片)，该芯片数据精度可在10位、12位、14位、16位四种精度中选择，可以产生增量编码，RDC可通过XE167初始化配置。在测角过程中，AD2S1210首先向旋转变压器发送激励信号，旋转变压器反馈两路信号至AD2S1210，AD2S1210根据反馈信号计算出当前角度并通过SPI和增量编码两种形式输出。AD2S1210发出的激励信号为一组差分正弦信号，反馈信号为两组差分正弦信号。由于旋转变压器的激励信号要求典型峰-峰值为7V，输出信号典型峰-峰值为3.14V；而AD2S1210的输出激励信号的典型峰-峰值为3.6V，输入信号要求典型峰-峰值为3.15V。因此需要在AD2S1210信号模拟信号出入端设计基于运放的二阶滤波放大电路，用于将激励信号和反馈信号的峰-峰值调整至适用范围，同时起到滤除杂波干扰的作用。

转台绝对零位(即绝对零度)和相对零位(相对零度)的偏置值可事先存入EEPROM芯片，在系统初始化的时候单片机(数字信号处理系统)读取该偏置值并通过RS232串口发送到数字信号处理器上位机。数字信号处理器通过增量编码模式获取转台的绝对位置值，并通过RS232串口发送到上位机，上位机计算转台当前的实时位置，即为绝对位置值减去偏置值。

伺服控制板上包含数字地和模拟地，在布线时在内电层将两者分开，在电源输入端使用0欧姆电阻将它们隔离，所有模拟电源与数字电源采用电感隔离。同时伺服驱动器的电源与数字模拟电源之间使用光电耦合器隔离。利用这些处理可减小RDC芯片所受干扰。

附图2为伺服控制系统的结构框图。由于伺服控制板通过RS232串口发送的数据共250bit，根据运算仅控制板组帧发送就至少需要6.5ms，那么在240°/s条件下反馈误差就在1.5°以上。因而采用了基于增量模式的伺服控制实时位置获取方法，由于编码信号能即时发送到数字信号处理系统，数字信号处理系统可快速获得伺服实时位置，并通过网线快速传输至上位机，从而减少串口解码之后带来的误差。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。