專利名稱：基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高精度、高可靠性且結(jié)構(gòu)形式緊湊 的基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)，可用于伺服控制系統(tǒng)中的角位置信息反饋。
背景技術(shù)：
在需要對伺服機(jī)構(gòu)角位置進(jìn)行閉環(huán)控制的伺服控制系統(tǒng)中，高精度和高可靠性的角位置 測量是伺服控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。目前，國內(nèi)伺服控制領(lǐng)域常選用的測角元件包括電位器、 旋轉(zhuǎn)變壓器和光電軸角編碼器等。與后兩種測角元件相比，采用電位器測角具有結(jié)構(gòu)尺寸緊 湊，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。但由于電位器本身非線性度和系統(tǒng)噪聲等的影響，傳統(tǒng)的電位器 測角系統(tǒng)難于滿足高精度的伺服控制系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的要求，主要問題在于
(1) 電位器受自身非線性度的影響，造成電阻值測量結(jié)果與真實(shí)值的偏差隨電阻測量范圍 的擴(kuò)大而增大，當(dāng)電位器作為測角元件時(shí)，該誤差會(huì)顯著影響測角精度。
(2) 采用電壓反饋方式對電位器的轉(zhuǎn)角進(jìn)行測量時(shí)，由于電阻本身熱噪聲和系統(tǒng)電路帶來 的噪聲影響，電位器反饋電壓漂移較大，采用常規(guī)的模擬濾波電路難以濾除該噪聲帶來的影 響，從而造成測角精度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種滿足伺服控制要求的 高精度、高可靠性的電位器測角系統(tǒng)。
本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案為選用旋轉(zhuǎn)式精密電位器作為測角反饋元件，通過精密電 壓源對電位器兩端供電，從電位器抽頭輸出電壓經(jīng)輸入緩沖電路調(diào)理和濾波后，直接進(jìn)入高 分辯率A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端；選用晶振為可編程邏輯器件提供時(shí)鐘輸入，可編程邏輯器件的 時(shí)序邏輯控制A/D轉(zhuǎn)換器對電位器反饋電壓進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)采樣，并對采樣結(jié)果進(jìn)行數(shù)字濾波、 非線性補(bǔ)償和角度'轉(zhuǎn)換，再通過內(nèi)設(shè)的高速串口將轉(zhuǎn)換后的角度反饋信息傳給上位機(jī)，從而 實(shí)現(xiàn)伺服機(jī)構(gòu)角度的高精度、高可靠性測量。
所述可編程邏輯器件的內(nèi)設(shè)功能單元包括A/D時(shí)序控制單元、地址發(fā)生器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元、計(jì)數(shù)單元、數(shù)字濾波單元、非線性補(bǔ)償單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)緩沖器、高速串口
和分頻器；其中，A/D時(shí)序控制單元由來自分頻器的周期性脈沖信號啟動(dòng)，通過A/D控制總線控制A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行當(dāng)前通道的采樣，并控制地址發(fā)生器為當(dāng)前采樣結(jié)果在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 中產(chǎn)生存儲(chǔ)地址；在采樣結(jié)束后，地址發(fā)生器控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從A/D數(shù)據(jù)總線讀入當(dāng)前采樣 結(jié)果并保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)；計(jì)數(shù)單元對A/D的采樣次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，若達(dá)到預(yù)先設(shè)定的計(jì) 數(shù)值，則啟動(dòng)數(shù)據(jù)濾波單元工作；數(shù)據(jù)濾波單元從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中取出所有采樣值，并通過 數(shù)字濾波算法算出濾波后的采樣值；濾波后的采樣值隨即被送入非線性補(bǔ)償單元，該單元通 過非線性補(bǔ)償算法得出補(bǔ)償后的采樣值；該值隨后又被送入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元，通過對采樣值的 量化轉(zhuǎn)換，得出對應(yīng)的角度值；轉(zhuǎn)換后的角度值送入與高速串口相連的數(shù)據(jù)緩沖器中，高速 串口由時(shí)鐘輸入脈沖驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)從數(shù)據(jù)緩沖器中取數(shù)并通過串行數(shù)據(jù)總線向上位機(jī)發(fā)送。
所述可編程邏輯器件內(nèi)的分頻器、高速串口、數(shù)字濾波單元、數(shù)據(jù)緩沖器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單 元、非線性補(bǔ)償單元和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元均由時(shí)鐘輸入信號作為時(shí)序驅(qū)動(dòng)，完成上述工作流程。
所述可編程邏輯器件內(nèi)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理的單元包括數(shù)字濾波單元、非線性補(bǔ)償單元和數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換單元，上述單元完成一次數(shù)據(jù)處理的工作流程如下
1) 當(dāng)收到來自計(jì)數(shù)單元的數(shù)據(jù)處理啟動(dòng)信號后，數(shù)字濾波單元向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元發(fā)出讀命 令，并通過數(shù)據(jù)總線訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)所有數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行大小比較操作，將最大值和最 小值保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)設(shè)的最大、最小值寄存器中；
2) 數(shù)字濾波單元內(nèi)的時(shí)序邏輯在進(jìn)行大小值比較的同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行 累加操作，累加結(jié)果保存在單元內(nèi)設(shè)的累加值寄存器中，重復(fù)上述操作直到存儲(chǔ)單元所有訪 問完畢；
3) 數(shù)字濾波單元執(zhí)行的數(shù)字濾波算法為累加值減去最大、最小值的差值除以對應(yīng)數(shù)據(jù) 個(gè)數(shù)，得出濾波后的采樣值，并將該值輸出到數(shù)據(jù)總線上，同時(shí)發(fā)出非線性補(bǔ)償啟動(dòng)信號；
4) 當(dāng)收到非線性補(bǔ)償啟動(dòng)信號后，非線性補(bǔ)償單元從數(shù)據(jù)總線讀入濾波后的采樣值，以 該值為變量，代入基于高次多項(xiàng)式的補(bǔ)償算式，得到補(bǔ)償后的采樣值，并將該值輸出到數(shù)據(jù) 總線上，同時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號；
5) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元在收到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號后，從數(shù)據(jù)總線讀入補(bǔ)償后的采樣值，以該值 為變量，代入基于線性方程的角度轉(zhuǎn)換算式，得到轉(zhuǎn)換后的角度值，并將該值輸出到數(shù)據(jù)總 線上，同時(shí)發(fā)出處理結(jié)束信號。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)測角精度取決于兩個(gè)因素，分別為A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和電位器有效 電角度范圍內(nèi)的電位器轉(zhuǎn)角范圍與伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍之比，在A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率一定的情 況下，電位器轉(zhuǎn)角范圍與伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍之比越大，系統(tǒng)的測角精度越高；與之對應(yīng)，在電位器轉(zhuǎn)角范圍與伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍之比一定的情況下，提高A/D轉(zhuǎn)換器分辨率也可顯著提 高系統(tǒng)測角精度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下特點(diǎn)-
1. 在可編程邏輯器件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)反饋電壓的采樣控制，采樣結(jié)果保存和對其進(jìn)行濾波、 補(bǔ)償和角度轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過高速串口輸出到串行數(shù)據(jù)總線送到上位機(jī)；采用該設(shè) 計(jì)一方面簡化了硬件電路設(shè)計(jì)，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。
2. 可編程邏輯器件內(nèi)的所有功能單元會(huì)自動(dòng)順序循環(huán)執(zhí)行而無需上位機(jī)干預(yù)，從而簡化 了上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)，并提高了伺服控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
3. 可編程邏輯器件內(nèi)設(shè)的釆樣結(jié)果數(shù)字處理環(huán)節(jié)包括數(shù)字濾波單元、非線性補(bǔ)償單元 和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元；采用數(shù)字濾波單元消除了由回路噪聲引起的測量結(jié)果不穩(wěn)定現(xiàn)象，采用非 線性補(bǔ)償單元改善了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元的應(yīng)用則簡化了上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)， 通過采用數(shù)字處理技術(shù)對采樣結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的處理，保證了系統(tǒng)測量精度和可靠性。
4. 設(shè)計(jì)的角度測量系統(tǒng)在伺服機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式一定的情況下可通過采用高分辨率A/D轉(zhuǎn)換
器實(shí)現(xiàn)高精度的角度測量，系統(tǒng)的測角精度《o.or。
5. 設(shè)計(jì)的角度測量系統(tǒng)采用串行數(shù)字接口輸出，一方面簡化了與上位機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)， 另一方面也可以實(shí)現(xiàn)角度測量結(jié)果的遠(yuǎn)距離可靠傳輸。
本發(fā)明的硬件電路簡單，軟件設(shè)計(jì)靈活，具有高精度、高可靠性的角位置反饋測量特性， 可廣泛用于各種高精度角度測量與伺服機(jī)構(gòu)控制領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明的角度測量系統(tǒng)組成框圖
圖2是本發(fā)明的輸入緩沖電路原理圖
圖3是本發(fā)明的可編程邏輯器件CPLD內(nèi)部邏輯單元組成框圖 圖4是本發(fā)明的CPLD內(nèi)部數(shù)據(jù)處理工作流程圖
具體實(shí)施例方式
參見圖l，本發(fā)明的角度測量系統(tǒng)由電位器、精密電壓源、緩沖電路、A/D轉(zhuǎn)換器、可編
程邏輯器件和晶振組成。系統(tǒng)的工作原理為精密電壓源產(chǎn)生的參考電壓加在電位器兩端為
電位器供電，電位器抽頭輸出電壓VIN經(jīng)緩沖電路調(diào)理和濾波后得到電壓VOUT。晶振為可編 程邏輯器件提供時(shí)鐘輸入，可編程邏輯器件通過A/D控制總線控制A/D對VOUT進(jìn)行采樣，采 樣結(jié)果通過A/D數(shù)據(jù)總線輸出到可編程邏輯器件內(nèi)。同時(shí)，可編程邏輯器件的時(shí)序邏輯對存儲(chǔ)在其中的一組采樣結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到的角度轉(zhuǎn)換值通過內(nèi)設(shè)的高速串口發(fā)送至串行 數(shù)據(jù)總線上，實(shí)現(xiàn)角度測量結(jié)果的數(shù)字化轉(zhuǎn)換和傳輸。
如圖2所示，系統(tǒng)的緩沖電路原理圖，本發(fā)明的實(shí)施例采用由運(yùn)算放大器0P4177和電阻 電容構(gòu)成的兩級運(yùn)算放大電路結(jié)構(gòu)。其中，前級由電阻R1、 R2、 R3和運(yùn)算放大器組成同相比 例運(yùn)算電路，實(shí)現(xiàn)輸入電壓VIN的同相比例縮小，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍的需要； 后級由電容C1、 二極管D1和運(yùn)算放大器組成帶輸入電容濾波和反向電壓抑制的射極跟隨器， 實(shí)現(xiàn)對前級輸出電壓噪聲的抑制和A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端保護(hù)。
參見圖3，本發(fā)明采用可編程邏輯器件CPLD， CPLD內(nèi)設(shè)計(jì)的邏輯功能單元包括A/D時(shí) 序控制單元、地址發(fā)生器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、計(jì)數(shù)單元、數(shù)字濾波單元、非線性補(bǔ)償單元、數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)緩沖器、高速串口和分頻器。其中，A/D時(shí)序控制單元與A/D控制總線相 連，總線包括A/D的轉(zhuǎn)換起始信號CONVST、通道轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC以及忙標(biāo)信號BUSY，通過 對上述三個(gè)信號量的判斷與控制，即可完成A/D的自動(dòng)采樣控制。A/D時(shí)序控制單元的啟動(dòng) 信號SG1由分頻器產(chǎn)生，每次A/D采樣結(jié)束，A/D時(shí)序控制單元分別向地址發(fā)生器和計(jì)數(shù)單 元發(fā)出采樣結(jié)束信號SG2和SG6，地址發(fā)生器隨后在地址總線上為該次采樣結(jié)果產(chǎn)生存儲(chǔ)地 址，并向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元發(fā)出寫信號SG3，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元在SG3有效后，即從A/D數(shù)據(jù)總線上 讀入A/D采樣結(jié)果并保存在對應(yīng)地址內(nèi)。地址發(fā)生器產(chǎn)生采用累加循環(huán)方式為每次轉(zhuǎn)換結(jié)果 產(chǎn)生存儲(chǔ)地址，上述過程在時(shí)鐘輸入CLK有效時(shí)會(huì)循環(huán)進(jìn)行。同時(shí)，計(jì)數(shù)單元對SG6信號發(fā) 生的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)單元向數(shù)字濾波單元發(fā)出數(shù)據(jù)處理啟 動(dòng)信號SG4，啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)處理流程。數(shù)字濾波單元隨后通過地址總線、讀信號SG5和數(shù)據(jù) 總線訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中的所有數(shù)據(jù)，并完成數(shù)字濾波算法，輸出數(shù)字濾波結(jié)束信號SG7， 并將結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上。非線性補(bǔ)償單元檢測到SG7信號有效后，對從總線上讀入的數(shù) 據(jù)進(jìn)行非線性補(bǔ)償算法后，輸出非線性補(bǔ)償結(jié)束信號SG8，并將結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線上。數(shù) 據(jù)處轉(zhuǎn)換單元檢測到SG8信號有效后，對從總線上讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換后，將結(jié)果輸出 到數(shù)據(jù)總線上，并輸出轉(zhuǎn)化結(jié)束信號SG9。數(shù)據(jù)緩沖器為雙口 RAM結(jié)構(gòu)，在檢測到SG9信號 有效后，從數(shù)據(jù)總線讀入轉(zhuǎn)換后的角度值，并在其內(nèi)部將數(shù)據(jù)寬度轉(zhuǎn)換為8位并依次輸出至 高速串口，亊速串口在CLK信號的驅(qū)動(dòng)下，將每一個(gè)發(fā)送至數(shù)據(jù)緩沖器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行 數(shù)據(jù)，并通過串行數(shù)據(jù)總線發(fā)送至上位機(jī)。
參見圖4， CPLD內(nèi)部進(jìn)行一次數(shù)據(jù)處理的工作流程為當(dāng)收到數(shù)據(jù)處理啟動(dòng)信號后，數(shù) 字濾波單元將地址總線設(shè)置為存儲(chǔ)單元的起始地址，并產(chǎn)生讀信號；將從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元起始地址中讀出的數(shù)據(jù)賦予最大值、最小值和累加值寄存器，同時(shí)開始對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中所有數(shù) 據(jù)進(jìn)行遍歷訪問的操作，找出最大、最小值并保存，算出所有數(shù)據(jù)的累加結(jié)果并保存。執(zhí)行 的數(shù)字濾波算法為累加值值減去最大、最小值所得結(jié)果除以對應(yīng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，得出濾波后的 采樣值。將數(shù)字濾波的采樣結(jié)果代入非線性補(bǔ)償算式，非線性補(bǔ)償算式為一高次方程，方程 每一項(xiàng)的系數(shù)通過對實(shí)測角度數(shù)據(jù)進(jìn)行高次曲線擬合得到。所完成的非線性補(bǔ)償?shù)牟蓸咏Y(jié)果 經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換算式變?yōu)閷?shí)際角度值，該轉(zhuǎn)換算數(shù)為一次線性方程，其系數(shù)根據(jù)電壓角度的不同 對應(yīng)關(guān)系得到。
本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換器，采用型號為AD7865高分辨率轉(zhuǎn)換器，AD7865的分辨率為14位， 所選用的精密電位器電角度為330、電位器轉(zhuǎn)角范圍與伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍之比為6，實(shí)現(xiàn)了
系統(tǒng)的測角精度《0. or的高精度。
上述描述和附圖代表了本發(fā)明的優(yōu)選方案，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要 求和設(shè)計(jì)參數(shù)在不偏離權(quán)利要求所界定的范圍的情況下進(jìn)行各種增補(bǔ)、改進(jìn)和更換，因此， 本發(fā)明是廣泛的。
權(quán)利要求
1、一種基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)，其特征在于角度測量系統(tǒng)由電位器、精密電壓源、緩沖電路、A/D轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯器件和晶振組成，所述電位器為測角反饋元件，晶振為可編程邏輯器件提供時(shí)鐘輸入，通過精密電壓源對電位器兩端供電，電位器輸出電壓經(jīng)緩沖電路調(diào)理和濾波后，直接進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，可編程邏輯器件的時(shí)序邏輯控制A/D轉(zhuǎn)換器對電位器反饋電壓進(jìn)行自動(dòng)循環(huán)采樣，并對采樣結(jié)果進(jìn)行數(shù)字處理，得到的角度轉(zhuǎn)換值通過內(nèi)設(shè)的高速串口傳給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)伺服機(jī)構(gòu)角度的高精度、高可靠性測量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)，其特征在于所述可編 程邏輯器件的內(nèi)設(shè)功能單元包括A/D時(shí)序控制單元、地址發(fā)生器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、計(jì)數(shù)單元、 數(shù)字濾波單元、非線性補(bǔ)償單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)緩沖器、高速串口和分頻器；其中， A/D時(shí)序控制單元由來自分頻器的周期性脈沖信號啟動(dòng)，通過A/D控制總線控制A/D轉(zhuǎn)換器 進(jìn)行當(dāng)前通道的采樣，并控制地址發(fā)生器為當(dāng)前采樣結(jié)果在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中產(chǎn)生存儲(chǔ)地址； 在采樣結(jié)束后，地址發(fā)生器控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元從A/D數(shù)據(jù)總線讀入當(dāng)前采樣結(jié)果并保存在數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)；計(jì)數(shù)單元對A/D的采樣次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，若達(dá)到預(yù)先設(shè)定的計(jì)數(shù)值，則啟動(dòng)數(shù) 據(jù)濾波單元工作；數(shù)據(jù)濾波單元從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中取出所有采樣值，通過數(shù)字濾波算法算出 濾波后的采樣值，送入非線性補(bǔ)償單元，通過非線性補(bǔ)償算法算出補(bǔ)償后的采樣值；送入數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行量化轉(zhuǎn)換，得出對應(yīng)的角度值；轉(zhuǎn)換后的角度值送入數(shù)據(jù)緩沖器，高速串口 由時(shí)鐘輸入脈沖驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)從數(shù)據(jù)緩沖器中取數(shù)，通過串行數(shù)據(jù)總線向上位機(jī)發(fā)送。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)，其特征在于所述可編 程邏輯器件的分頻器、高速串口、數(shù)字濾波單元、數(shù)據(jù)緩沖器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、非線性補(bǔ)償 單元和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元均由時(shí)鐘輸入信號作為時(shí)序驅(qū)動(dòng)，完成系統(tǒng)采樣控制，采樣結(jié)果保存、 濾波、補(bǔ)償和角度轉(zhuǎn)換程序。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)，其特征在于所述可編 程邏輯器件內(nèi)由數(shù)字濾波單元、非線性補(bǔ)償單元和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，上述單元完 成一次數(shù)據(jù)處理的工作流程如下1)當(dāng)收到來自計(jì)數(shù)單元的數(shù)據(jù)處理啟動(dòng)信號后，數(shù)字濾波單元向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元發(fā)出讀 命令，并通過數(shù)據(jù)總線訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)所有數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行大小比較操作，將最大值和 最小值保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)設(shè)的最大、最小值寄存器中；2)數(shù)字濾波單元內(nèi)的時(shí)序邏輯在進(jìn)行大小值比較的同時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行 累加操作，累加結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)設(shè)的累加值寄存器中，重復(fù)上述操作直到存儲(chǔ)單 元所有訪問完畢；3) 數(shù)字濾波單元執(zhí)行的數(shù)字濾波算法為累加值減去最大、最小值的差值除以對應(yīng)數(shù)據(jù) 個(gè)數(shù)，得出濾波后的采樣值，將該值輸出到數(shù)據(jù)總線上，同時(shí)發(fā)出非線性補(bǔ)償啟動(dòng)信號；4) 非線性補(bǔ)償單元收到非線性補(bǔ)償啟動(dòng)信號后，從數(shù)據(jù)總線讀入濾波后的采樣值，以該 值為變量，代入基于高次多項(xiàng)式的補(bǔ)償算式，得到補(bǔ)償后的采樣值，并將該值輸出到數(shù)據(jù)總 線上，同時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號；5) 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元收到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號后，從數(shù)據(jù)總線讀入補(bǔ)償后的采樣值，以該值為 變量，代入基于線性方程的角度轉(zhuǎn)換算式，得到轉(zhuǎn)換后的角度值，并將該值輸出到數(shù)據(jù)總線 上，同時(shí)發(fā)出處理結(jié)束信號。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)采用高 分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，并在電位器有效電角度范圍內(nèi)，使電位器轉(zhuǎn)角范圍與伺服機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角范圍之比達(dá)到6，獲得系統(tǒng)的測角精度《o.or。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于可編程邏輯器件的角度測量系統(tǒng)，基于精密電位器、可編程邏輯器件和高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)角位置信息的精確測量。該系統(tǒng)采用精密電位器作為角位置反饋元件，通過可編程邏輯器件的時(shí)序邏輯完成對電位器反饋電壓的A/D采樣控制，并對采樣結(jié)果進(jìn)行數(shù)字濾波、非線性補(bǔ)償和角度轉(zhuǎn)換，得到高精度的角度測量值，再通過內(nèi)設(shè)的高速串口邏輯將角度值輸出到與上位機(jī)相連的串行數(shù)據(jù)總線上，實(shí)現(xiàn)角位置量的高精度、高可靠性測量。本發(fā)明硬件電路簡單，軟件設(shè)計(jì)靈活，具有高精度、高可靠性的角位置反饋測量特性，可廣泛用于各種高精度角度測量與伺服機(jī)構(gòu)控制領(lǐng)域。
文檔編號G05D3/12GK101441060SQ20081023271
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者劉世挺, 濤 荊 申請人:中國兵器工業(yè)第二○六研究所