通过低成本易实现的实现衍射光栅的快速扫描、高分辨率相移倍频技术、大计数量可编程光学编码器计数技术、高稳定电机转动控制技术，实现了衍射光栅的闭环控制，利用本低成本高性能光栅扫描控制装置满足精密、稳定控制光栅转动的应用场合，具有很强的实用性和通用性。
【附图说明】
[0026]图1为高性能光栅扫描控制定位装置结构框图。
[0027]图2为相移倍频模块示意图。
[0028]图3为可编程计数模块示意图。
[0029]图4为尚稳定的电机运彳丁控制电路不意图。
【具体实施方式】
[0030]结合附图1至4对本发明的【具体实施方式】做进一步地说明:
[0031]一种高性能光栅扫描控制定位装置，包括直流无刷电机、衍射光栅、编码器、移相倍频电路、可编程计数电路、电机驱动电路及主控电路。直流无刷电机的转子连接在衍射光栅的转轴上，所述编码器的中心转轴连接在直流无刷电机的转轴上，编码器与衍射光栅同步转动并直接检测衍射光栅的角位置。编码器连通相移倍频模块，相移倍频模块连通可编程计数模块，可编程计数模块连通主控电路，主控电路连接控制直流无刷电机的高稳定的电机运行控制电路、相移倍频模块及可编程计数模块。编码器将检测的衍射光栅的角位置信号传输给相移倍频模块处理，处理后的倍频输出信号经可编程计数模块进行位置计数及位置判定后传输给主控电路，主控电路将位置计数及位置判定信号与目标位置比对，通过对比对结果的算法处理输出控制信号，利用电机驱动电路控制直流无刷电机的转动从而控制衍射光栅的角位置。
[0032]相移倍频模块包括第一放大电路、比较电路及现场可编程门阵列FPGA，所述编码器将检测的衍射光栅的角位置模拟信号先经第一放大电路放大，再经过比较电路，比较电路将比较后的逻辑电平传输给现场可编程门阵列FPGA，在现场可编程门阵列FPGA内部通过移相和数字逻辑运算得到倍频输出信号。
[0033]可编程计数模块包括方向判别电路及现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA包括加减计数模块、缓冲模块及位置比较电路，倍频输出信号先经方向判别电路判别方向，再经现场可编程门阵列FPGA的加减计数模块计数，经缓冲模块缓冲后在位置比较电路中与预置的计数比较，并输出计数信息和位置判别信息。相移倍频模块及可编程计数模块分别应用现场可编程门阵列FPGA的不同区间，互不干扰。
[0034]所述主控电路包括电机运行控制电路，电机运行控制电路包括PID滤波电路、数模转换电路及第二放大电路，主控电路接收到倍频输出信号、计数信息和位置判别信息，将位置差值经过PID滤波处理后，将衍射光栅位置的数字变化量传给直流无刷电机的高稳定的电机运行控制电路，经过放大后实现对光栅位置的稳定控制。
[0035]当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
【主权项】
1.一种高性能光栅扫描控制定位装置，其特征在于，包括直流无刷电机、衍射光栅、编码器、移相倍频电路、可编程计数电路、电机驱动电路及主控电路，所述直流无刷电机的转子连接在衍射光栅的转轴上，所述编码器的中心转轴连接在直流无刷电机的转轴上，编码器与衍射光栅同步转动并直接检测衍射光栅的角位置； 所述编码器连通相移倍频模块，相移倍频模块连通可编程计数模块，可编程计数模块连通主控电路，主控电路连接控制直流无刷电机的高稳定的电机运行控制电路、相移倍频模块及可编程计数模块； 所述编码器将检测的衍射光栅的角位置信号传输给相移倍频模块处理，处理后的倍频输出信号经可编程计数模块进行位置计数及位置判定后传输给主控电路，主控电路将位置计数及位置判定信号与目标位置比对，通过对比对结果的算法处理输出控制信号，利用电机驱动电路控制直流无刷电机的转动从而控制衍射光栅的角位置。
2.根据权利要求1所述的一种高性能光栅扫描控制定位装置，其特征在于，所述相移倍频模块包括第一放大电路、比较电路及现场可编程门阵列FPGA，所述编码器将检测的衍射光栅的角位置模拟信号先经第一放大电路放大，再经过比较电路，比较电路将比较后的逻辑电平传输给现场可编程门阵列FPGA，在现场可编程门阵列FPGA内部通过移相和数字逻辑运算得到倍频输出信号。
3.根据权利要求1所述的一种高性能光栅扫描控制定位装置，其特征在于，所述可编程计数模块包括方向判别电路及现场可编程门阵列FPGA，现场可编程门阵列FPGA包括加减计数模块、缓冲模块及位置比较电路，倍频输出信号先经方向判别电路判别方向，再经现场可编程门阵列FPGA的加减计数模块计数，经缓冲模块缓冲后在位置比较电路中与预置的计数比较，并输出计数信息和位置判别信息。
4.根据权利要求1所述的一种高性能光栅扫描控制定位装置，其特征在于，所述主控电路包括电机运行驱动电路，电机运行驱动电路包括PID滤波电路、数模转换电路及第二放大电路，主控电路接收到倍频输出信号、计数信息和位置判别信息，将位置差值经过PID滤波处理后，将衍射光栅位置的数字变化量传给直流无刷电机的高稳定的电机运行控制电路，经过第二放大后实现对光栅位置的稳定控制。
【专利摘要】本发明公开了一种高性能光栅扫描控制定位装置，包括直流无刷电机、衍射光栅、编码器、移相倍频电路、可编程计数电路、电机驱动电路及主控电路。编码器将检测的衍射光栅的角位置信号传输给相移倍频模块处理，处理后的倍频输出信号经可编程计数模块进行位置计数及位置判定后传输给主控电路，主控电路将位置计数及位置判定信号与目标位置比对，通过对比对结果的算法处理输出控制信号，利用电机驱动电路控制直流无刷电机的转动从而控制衍射光栅的角位置。本发明实现了衍射光栅的闭环控制，利用本低成本高性能光栅扫描控制装置满足精密、稳定控制光栅转动的应用场合，具有很强的实用性和通用性。
【IPC分类】G01J3-18, G01J3-06
【公开号】CN104864957
【申请号】CN201510188532
【发明人】刘磊, 罗文建, 张志辉, 韩顺利, 侯喜报
【申请人】中国电子科技集团公司第四十一研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月21日