一种增量编码器信号收发的监控辅助系统的制作方法

1.本发明涉及采用电或磁装置技术领域，尤其涉及一种增量编码器信号收发的监控辅助系统。


背景技术：

2.在电机控制系统中，往往需要对电机的转速进行实时测量，增量式编码器具有精度高、抗干扰性好等优点，利用其a、b两路信号线的正交特性，即可实现速度计算，目前被广泛应用于电机测速系统。
3.如cn102818581b现有技术公开了一种基于旋转变压器的增量式编码器，由于增量式编码器多为光电码盘，这就限制了它在高温、严寒、潮湿、高震动等环境比较恶劣场合的应用，并且利用uvw信号在电机启动时作磁场定向，只能提供很粗略的位置信息，待电机找到z脉冲后，才能得到准确的转子位置，这就影响了控制性能，给使用者带来了不便。
4.另一种典型的如cn109489707a的现有技术公开的一种增量型光电编码器测试机及测试方法，现有技术是用示波器直接测编码器的输出脉冲波形，通过示波器上的坐标变换来估算出各路脉冲的相移和占空比，且其计算过程费工费时，计算结果误差很大，除此之外，由于全信号编码器具有12路脉冲信号，测试机需要对12路脉冲信号进行采样，现有的测试机难以精确采集高频脉冲信号，测试效率低，结果误差大。
5.还有一种典型的如cn103292837b的现有技术公开的一种编码器零位测试方法和测试仪，伺服电机旋转轴的每圈转动，增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。
6.为了解决本领域普遍存在检测位置无法准确定位、增量编码器的检测操作复杂、无法自动对编码器的信号进行监控、交互性差、智能程度低等等问题，作出了本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种增量编码器信号收发的监控辅助系统。
8.为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
9.一种增量编码器信号收发的监控辅助系统，所述监控辅助系统包括服务器、电机驱动子系统、以及增量编码器，所述监控辅助系统还包括信号采样模块、交互模块、预警模块、数据处理模块，
10.所述服务器分别与所述电机驱动子系统、所述信号采样模块、交互模块、所述预警模块、数据处理模块、以及增量编码器连接；其中，所述电机驱动子系统与所述增量编码器同轴驱动；
11.所述信号采样模块用于对所述增量编码器的信号进行采样，并根据采样得到的数据进行评估，所述交互模块用于向操作者进行交互，以提示所述操作者增量转向的方向，所述预警模块用于向所述操作者进行预警提示，以提示所述操作者当前增量编码器的状态，
所述数据处理模块用于对所述电机驱动子系统同轴驱动的增量编码器的脉冲数据进行采集，并根据所述脉冲数据进行误差处理，以获得所述增量编码器的误差值；
12.所述信号采样模块包括信号采样单元、以及评估单元，所述信号采样单元用于对所述增量编码器的信号进行采样，形成所述增量编码器的工作数据，所述评估单元根据所述工作数据对所述增量编码器进行评估；
13.所述信号采样单元包括双路脉冲采样器、转动检测构件、以及数据存储器，所述转动检测构件用于对所述增量式编码器的转动角度检测采样，所述双路脉冲采样器用于对所述增量式编码器发出的波形进行检测，所述数据存储器用于对所述转动检测构件的转动角度、以及所述双路脉冲采样器的波形进行存储；其中，所述增量编码器的工作数据包括所述增量编码器的双路方波信号h1、h2；
14.所述评估单元获取h1路方波信号的上升沿时刻的位置数值为s1、下降沿时刻的位置数值为s2，相邻两个周期的方波信号的上升沿时刻的位置数值为s5、下降沿时刻的位置数值为s6，以及获取h2路与h1路方波波峰信号交错的波谷信号的下降沿时刻的位置数值为s3和上升沿时刻的位置数值为s4，并计算增量编码器评价指数evaluation：
15.evaluation＝η1·
uniformity+η2·
intersect
16.式中，η1、η2为权重系数，uniformity为双路方波信号h1和h2的均匀百分比，intersect为双路方波信号h1和h2的相交百分比，其中，uniformity和intersect的取值满足：
[0017][0018]
若所述评价指数小于设定的监控阈值，则触发对所述数据处理模块对电机驱动子系统的误差计算。
[0019]
可选的，所述误差处理模块获取所述电机驱动子系统通过联轴节将无刷电机与所述增量编码器连接在一起，且所述电机驱动子系统驱动无刷电机带动所述增量编码器、以及角脉冲发生器做同轴转动，以获取所述增量式编码器的边沿时刻的脉冲数据，并计算整体误差total_error：
[0020][0021]
式中，ei为第i类的误差，ki为第i类的误差的传播系数，n为每一总类误差的总数量，δ
ij
为第i类误差和第j类误差的相关系数，ej为第j类的误差；
[0022]
其中，若第i类误差与第j类误差不相关，则相关系数第i类误差和第j类误差取值为δ
ij
＝0；
[0023]
若所述整体误差total_error小于所述增量编码器的误差值monitor，则所述增量编码器的信号输出符合设定的控制精度。
[0024]
可选的，所述交互模块包括交互单元和提示单元，所述交互单元用于向所述操作者进行提示，所述提示单元用于向所述操作者提示当前的增量式编码器的状态以及调整策略；
[0025]
所述交互单元包括交互提示屏、存储座、以及连接构件，所述交互提示屏用于向所述操作者提示当前的交互指数，所述连接构件用于将所述交互提示屏与所述存储座的外壁进行铰接，所述存储座用于对所述交互提示屏进行支撑；
[0026]
其中，所述储座嵌套在所述增量式编码器的外周，且所述存储座的外壁设有供所述交互提示屏放置的放置腔。
[0027]
可选的，所述预警模块获取所述评估单元的评估结果，并对编码器的状态进行预警，其中，所述预警模块根据下式确定所述增量式编码器的预警等级：
[0028]
range1≤|total_error-monitor|＜range2，一级预警
[0029]
range2≤|total_error-monitor|＜range3，二级预警
[0030]
式中，[ange1，range2)为一级预警区间，[ange2，range3)为二级预警区间，[ange3，range4)为三级预警区间。
[0031]
可选的，所述转动检测构件包括转动杆、感应探头、以及至少一个位置标记件，各个位置标记件设置在所述存储座的外壁，且沿着所述存储座的外周等间距的分布，所述转动杆的一端与所述增量编码器的旋钮连接，所述感应探头设置在所述转动杆另一端的端部上，并朝向各个位置标记件的方向伸出，使得所述感应探头能对各个位置标记件进行识别。
[0032]
可选的，所述无刷电机采用直流无刷电机。
[0033]
本发明所取得的有益效果是：
[0034]
1.通过信号采样模块和误差处理模块的相互配合，使得增量编码器的信号收发的状态能被监控，以提升增量编码器的信号收发的准确性，使得增量编码器具有自动信号监控的能力；
[0035]
2.通过脉冲发生器对增量编码器触发的波形信号进行检测，以获得增量编码器的边沿时刻的脉冲数据，从而实现对增量编码器的进行监控；
[0036]
3.通过交互单元和转动检测构件相互配合，使得编码器转动的位置能够被精准定位，提升增量编码器信号监控的智能程度；
[0037]
4.通过预警模块和交互模块的相互配合，使得操作者能直观的观测增量编码器的状态，提升整个系统的交互舒适性，保证整个系统具有智能程度高、交互舒适性佳、能对增量编码器进行监控且操作简便的优点；
[0038]
5.通过转动分析子单元和转动构件的相互配合，使得操作者旋转增量编码器的调节位置能够被精准的测量出来，以提升对增量编码器的性能的测试，保证增量编码器的信号被监控；
[0039]
6.通过交互模块和预警模块的相互配合，使得操作者能直观的查看当前的预警状态，并根据提示操控增量编码器的调整方向，提升整个系统的交互舒适性，也极大简化了操
作，促使整个系统具有更加智能程度高、可靠性佳的优点。
附图说明
[0040]
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
[0041]
图1为本发明的整体方框示意图。
[0042]
图2为本发明的评估单元的评估流程示意图。
[0043]
图3为本发明的数据处理模块的对误差数据进行处理的方框示意图。
[0044]
图4为本发明的增量编码器和电机驱动子系统的结构示意图。
[0045]
图5为图4中a处的放大示意图。
[0046]
附图标号说明：1-存储座；2-电机驱动子系统；3-联轴节；4-增量编码器；5-旋钮；6-转动杆；7-感应探头；8-位置标记件；9-交互提示屏。
具体实施方式
[0047]
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
[0048]
实施例一。
[0049]
根据图1、图2、图3、图4、图5所示，本实施例提供一种增量编码器信号收发的监控辅助系统，所述监控辅助系统包括服务器、电机驱动子系统、以及增量编码器，所述监控辅助系统还包括信号采样模块、交互模块、预警模块、数据处理模块，
[0050]
所述服务器分别与所述电机驱动子系统、所述信号采样模块、交互模块、所述预警模块、数据处理模块、以及增量编码器连接，使得所述信号采样模块、交互模块、预警模块和所述数据处理模块的数据能上传至所述服务器中；其中，所述电机驱动子系统与所述增量编码器同轴驱动；
[0051]
所所述监控辅助系统还包括中央处理器，所述中央处理器分别与服务器、所述信号采样模块、所述交互模块、所述预警模块、所述数据处理模块和所述增量编码器控制连接，并基于所述中央处理器对所述信号采样模块、所述交互模块、所述预警模块、所述数据处理模块和所述增量编码器进行集中控制；
[0052]
所述信号采样模块用于对所述增量编码器的信号进行采样，并根据采样得到的数据进行评估，所述交互模块用于向操作者进行交互，以提示所述操作者增量转向的方向，所述预警模块用于向所述操作者进行预警提示，以提示所述操作者当前增量编码器的状态，所述数据处理模块用于对所述电机驱动子系统同轴驱动的增量编码器的脉冲数据进行采集，并根据所述脉冲数据进行误差处理，以获得所述增量编码器的误差值；
[0053]
所述信号采样模块包括信号采样单元、以及评估单元，所述信号采样单元用于对所述增量编码器的信号进行采样，形成所述增量编码器的工作数据，所述评估单元根据所
述工作数据对所述增量编码器进行评估；
[0054]
通过所述信号采样单元和所述评估单元的相互配合，使得所述增量编码器的状态能够被检测，以促使所述增量编码器的信号收发的状态能够被监控，以提升增量编码器的检测操作更加的简便且可靠；
[0055]
所述信号采样单元包括双路脉冲采样器、转动检测构件、以及数据存储器，所述转动检测构件用于对所述增量式编码器的转动角度检测采样，所述双路脉冲采样器用于对所述增量式编码器发出的波形进行检测，所述数据存储器用于对所述转动检测构件的转动角度、以及所述双路脉冲采样器的波形进行存储；
[0056]
其中，所述增量编码器的工作数据包括所述增量编码器的双路方波信号h1、h2；
[0057]
所述评估单元获取h1路方波信号的上升沿时刻的位置数值为s1、下降沿时刻的位置数值为s2，相邻两个周期的方波信号的上升沿时刻的位置数值为s5、下降沿时刻的位置数值为s6，以及获取h2路与h1路方波波峰信号交错的波谷信号的下降沿时刻的位置数值为s3和上升沿时刻的位置数值为s4，并计算增量编码器评价指数evaluation：
[0058]
evaluation＝η1·
uniformity+η2·
intersect
[0059]
式中，η1、η2为权重系数，满足：η1+η2＝1，uniformity为双路方波信号h1和h2的均匀百分比，intersect为双路方波信号h1和h2的相交百分比，其中，uniformity和intersect的取值满足：
[0060][0061]
若所述评价指数小于设定的监控阈值，则触发对所述数据处理模块对电机驱动子系统的误差计算；
[0062]
通过所述信号采样模块和所述误差处理模块的相互配合，使得所述增量编码器的信号收发的状态能被监控，以提升所述增量编码器的信号收发的准确性，使得增量编码器具有自动信号监控的能力；
[0063]
可选的，所述误差处理模块获取所述电机驱动子系统通过联轴节将无刷电机与所述增量编码器连接在一起，且所述电机驱动子系统驱动无刷电机带动所述增量编码器、以及角脉冲发生器做同轴转动，以获取所述增量式编码器的边沿时刻的脉冲数据，并计算整体误差total_error：
[0064]
[0065]
式中，ei为第i类的误差，ki为第i类的误差的传播系数，n为每一总类误差的总数量，δ
ij
为第i类误差和第j类误差的相关系数，ej为第j类的误差；
[0066]
其中，若第i类误差与第j类误差不相关，则相关系数第i类误差和第j类误差取值为δ
ij
＝0；若第i类误差与第j类误差相关，则取δ
ij
＝1；
[0067]
若所述整体误差total_error小于所述增量编码器的误差值monitor，则所述增量编码器的信号输出符合设定的控制精度；
[0068]
在本实施中，所述无刷电机采用直流无刷电机；同时，所述直流无刷电机与所述增量编码器进行连接的过程中，通过联轴器将其连接在一起，使得所述驱动电机子系统与所述增量编码器之间形成一个闭环的回路，提升对所述增量编码器的状态监控；
[0069]
同时，通过所述脉冲发生器对所述增量编码器触发的波形信号进行检测，以获得所述增量编码器的边沿时刻的脉冲数据，从而实现对所述增量编码器的进行监控；
[0070]
在对所述增量编码器进行监测的过程中，产生的误差包括直流无刷电机与所述增量编码器的同轴连节的误差、脉冲发生器的误差、数据采集的误差等，且以上列举的误差均相互不关联，因而在本实施例中，第i类误差和第j类误差的相关系数，取δ
ij
＝0；
[0071]
可选的，所述交互模块包括交互单元和提示单元，所述交互单元用于向所述操作者进行提示，所述提示单元用于向所述操作者提示当前的增量式编码器的状态以及调整策略；
[0072]
所述交互单元包括交互提示屏、存储座、以及连接构件，所述交互提示屏用于向所述操作者提示当前的交互指数，所述连接构件用于将所述交互提示屏与所述存储座的外壁进行铰接，所述存储座用于对所述交互提示屏进行支撑；
[0073]
其中，所述储座嵌套在所述增量式编码器的外周，且所述存储座的外壁设有供所述交互提示屏放置的放置腔；
[0074]
所述连接构件包括一组连接器、以及一组连接座，所述连接座设置在所述放置腔的一侧腔壁上，一组所述连接器对称设置在所述交互提示屏上且一组所述连接器与一组所述放置腔铰接；在本实施例中，所述交互提示屏在进行查看时可以掰动所述交互提示屏沿着铰接位置的轴线进行转动，以实现向不同角度或不同位置的操作者进行展示的需要；
[0075]
另外，通过所述交互单元和所述转动检测构件相互配合，使得所述编码器转动的位置能够被精准定位，提升增量编码器信号监控的智能程度；
[0076]
可选的，所述转动检测构件包括转动杆、感应探头、以及至少一个位置标记件，各个位置标记件设置在所述存储座的外壁，且沿着所述存储座的外周等间距的分布，所述转动杆的一端与所述增量编码器的旋钮连接，所述感应探头设置在所述转动杆另一端的端部上，并朝向各个位置标记件的方向伸出，使得所述感应探头能对各个位置标记件进行识别；其中，所述感应探头对各个位置标记件进行识别的过程中，所述感应探头朝向各个所述位置标记件的方向，使得所述感应探头能靠近各个所述位置标记件，以使得所述感应探头能够对各个位置标间件进行识别；
[0077]
另外，在操作者操控所述增量编码器的按钮并同所述转动杆带动所述感应探头在所述存储座的外壁上进行滑动，以实现对旋钮转动角度的精准检测；
[0078]
通过所述转动检测构件对所述增量编码器转动角度进行检测，使得旋钮转动量与所述感应探头反馈的角度能够被精准的掌控，保证旋钮转动角度与预想的控制增量速度的
精准控制；
[0079]
在本实施例中，所述交互单元获取所述感应探头的位置数据，使得所述增量编码器的位置标记件能被检测出来，并将当前的实时角度数据在所述交互提示屏上显示，保证所述操作者获得最佳的交互体验性；
[0080]
可选的，所述预警模块获取所述评估单元的评估结果，并对编码器的状态进行预警，其中，所述预警模块根据下式确定所述增量式编码器的预警等级：
[0081]
range1≤|total_error-monitor|＜range2，一级预警
[0082]
range2≤|total_error-monitor|＜range3，二级预警
[0083]
range3≤|total_error-monitor|＜range4，三级预警
[0084]
式中，[ange1，range2)为一级预警区间，[ange2，range3)为二级预警区间，[ange3，range4)为三级预警区间；
[0085]
在本实施例中，所述预警模块的预警等级结果可以通过所述交互模块向所述操作者进行交互显示，使得所述操作者能够知悉所述增量编码器的当前预警等级，以准确掌握所述增量编码器的当前状态；
[0086]
通过所述预警模块和交互模块的相互配合，使得所述操作者能直观的观测所述增量编码器的状态，提升整个系统的交互舒适性，保证整个系统具有智能程度高、交互舒适性佳、能对增量编码器进行监控且操作简便的优点。
[0087]
实施例二。
[0088]
本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5所示，还在于所述信号采样单元还包括转动分析子单元，所述转动分析子单元获取所述感应探头的识别数据，以对所述增量编码器的转动角度进行分析；
[0089]
所述转动分析子单元获取所述感应探头在一个控制周期的初始感应位置l0、以及最终的感应位置lh，并根据下式计算转动角度rad：
[0090][0091]
式中，r为所述存储座的半径，由存储座的型号的实际情况直接测得；
[0092]
当转动角度被检测出来后，将其传输至所述交互单元的交互提示屏上进行显示，以向所述操作者进行展示，使得所述操作者能够直观查看当前的转动角度的情况；
[0093]
其中，通过所述转动分析子单元与所述交互单元的协同配合，使得所述操作者能更加直观的查看当前所述增量编码器的状态；
[0094]
通过所述转动分析子单元和所述转动构件的相互配合，使得所述操作者旋转所述增量编码器的调节位置能够被精准的测量出来，以提升对所述增量编码器的性能的测试，保证所述增量编码器的信号被监控；
[0095]
在本实施例中，所述交互单元还包括交互提示子单元，所述交互提示子单元用于向所述操作者提示转动的方向，以提升所述操作者获得更加的交互舒适性；
[0096]
所述交互提示子单元获取所述转动分析子单元和所述预警模块的预警等级数，并根据以下情况操控所述增量编码器的转动方向；
[0097]
1)反向转动所述增量编码器的旋钮：
[0098]
所述预警模块的状态处于一级预警状态，(高风险的状态，则需要将旋钮反向转向)则根据下式操控所述增量编码器反向转动r_back的角度：
[0099][0100]
式中，λ1为一级预警调节系数，由系统自行设定，其中，每调整十分之一的rad的角度观察一次所述预警模块的预警状态，若预警模块的预警等级改变了，则中止反向调整旋钮；
[0101]
2)正向转动所述增量编码器的旋钮：
[0102]
所述预警模块的状态处于二级预警状态，(低风险的状态，则需要将旋钮正向转向)则根据下式操控所述增量编码器正向转动f_back的角度：
[0103][0104]
式中，λ2为二级预警调节系数，由系统自行设定，其中，每调整二十分之一的rad角度观察一次所述预警模块的预警状态，若预警模块的预警等级改变了，则中止正向调整旋钮；
[0105]
通过所述交互模块和所述预警模块的相互配合，使得所述操作者能直观的查看当前的预警状态，并根据提示操控所述增量编码器的调整方向，提升整个系统的交互舒适性，也极大简化了操作，促使整个系统具有更加智能程度高、可靠性佳的优点。
[0106]
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。