專利名稱：一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置。
背景技術(shù)：
帶有多種接口可實現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置，是將多種接口的信號集中到同一塊芯片上進行處理，通過一定的協(xié)調(diào)機制對各個接口進行協(xié)作管理以實現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制功能。當(dāng)前的數(shù)控和工控領(lǐng)域中的位置傳感器種類繁多，其接口和通訊形式日趨多樣， 半閉環(huán)和全閉環(huán)的控制的要求日益提高?，F(xiàn)有的位置信息處理裝置功能單一，難以充分滿足數(shù)控和工控領(lǐng)域的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對以上問題的提出，而研制一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置。本實用新型采用的技術(shù)手段如下一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對值數(shù)據(jù)接 Π ；連接位置傳感器接口和信息采集分配器，實現(xiàn)位置傳感器接口的選通，并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器的傳感器接口控制器；連接位置傳感器接口和傳感器接口控制器，實現(xiàn)位置信息的分配處理，之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對外通訊接口，配置接口采用半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配器；連接信息采集分配器和傳感器接口控制器，用于同外部通訊的外通訊接口。本裝置是高性能高集成化低成本的平衡產(chǎn)品，有很多優(yōu)勢。 1、兼容多種接口，可支持多種位置傳感器。2、即能支持半閉環(huán)控制，又能支持全閉環(huán)控制，為應(yīng)用的選擇提供了極大的便利。3、同一塊芯片上實現(xiàn)，集成化程度高，穩(wěn)定性強。由于以上的特點，帶有多種接口可實現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置可在數(shù)控機床和工控設(shè)備有廣泛的應(yīng)用。

圖1為本實用新型所述裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型所述普通增量信號處理的原理圖；[0017]圖3為本實用新型所述高速增量信號處理的原理圖；圖4為本實用新型所述半閉環(huán)控制方式I的原理圖；圖5為本實用新型所述半閉環(huán)控制方式II的原理圖；圖6為本實用新型所述全閉環(huán)控制方式I的原理圖；圖7為本實用新型所述全閉環(huán)控制方式II的原理具體實施方式
應(yīng)用于位置測量、角度測量、運動控制領(lǐng)域，如數(shù)控機床、工控設(shè)備。本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，提供一種全面的位置信息采集分配并且實現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的功能的裝置。本裝置主要分為4部分，分別是位置傳感器接口，傳感器接口控制器(可通過單片機或ARM實現(xiàn))，信息采集分配器(可通過單片機或ARM實現(xiàn))和對外通訊接口。位置傳感器接口部分包括普通增量數(shù)據(jù)接口兩個，高速增量數(shù)據(jù)接口一個，絕對值數(shù)據(jù)接口兩個。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先對外通訊接口部分對傳感器接口控制器和信息采集分配器進行配置，對傳感器接口控制器配置傳感器選用的信息，對信息采集分配器配置位置信息處理的信息(半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式)。傳感器接口控制器實現(xiàn)位置傳感器接口的選通， 并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器。信息采集分配器實現(xiàn)位置信息的分配處理， 之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對外通訊接口部分。位置傳感器接口部分結(jié)構(gòu)如下普通增量數(shù)據(jù)接口(接收信號為具有A，B，R三相，頻率不超過5M，5V電平的LVDS 信號)兩個。普通增量信號處理如圖2所示首先A，B, R三相輸入信號各自經(jīng)過一個濾波器(數(shù)字濾波器，可濾除信號上頻率大于5M的毛刺)。完成濾波的A，B相信號分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊。鑒相器模塊通過對A，B相位的相對變化判斷被檢測物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計數(shù)器方向標(biāo)志信號送給加減計數(shù)器。倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號送給加減計數(shù)器。加減計數(shù)完成位置值的實時累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來Z相脈沖時位置值的鎖存。高速增量數(shù)據(jù)接口(接收信號為具有A，B, R三相，頻率不超過20M，5V電平的 LVDS信號)一個。高速增量信號處理如圖3所示首先A，B, R三相輸入信號各自經(jīng)過一個高速濾波器(數(shù)字濾波器，可濾除信號上頻率大于20M的毛刺)。完成濾波的A，B相信號分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊。鑒相器模塊通過對A，B相位的相對變化判斷被檢測物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計數(shù)器方向標(biāo)志信號送給加減計數(shù)器。倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號送給加減計數(shù)器。加減計數(shù)完成位置值的實時累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來Z相脈沖時位置值的鎖存。絕對值數(shù)據(jù)接口(具有兩路雙向5V電平的LVDS信號收發(fā)接口，支持EnDat，SPI 協(xié)議。)兩個。信息采集分配器可實現(xiàn)半閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配和全閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配，其結(jié)構(gòu)和原理如下半閉環(huán)控制方式，如圖4，5所示電機編碼器反饋的角度位置信息，通過一個增量或絕對值數(shù)據(jù)接口，將采集到的實時的角度位置信息分別按照速度環(huán)的周期和位置環(huán)的周期進行實時采集。與速度環(huán)同步的位置信息，如果是增量信息將進行M/T測速，若是絕對值信息將進行M測速，得到軸的轉(zhuǎn)速信息反饋給速度環(huán)。脈沖測速最典型的方法有測頻率(M法)和測周期(T法)。M法、T法各有優(yōu)劣和適應(yīng)范圍，編碼器線數(shù)不能無限增加、測量時間也不能太長(得考慮實時性)、計時單位也不能無限小，所以往往M法、T法都無法勝任全速度范圍內(nèi)的測量。因此產(chǎn)生了 M法、T法結(jié)合的M/T測速法低速時測周期、高速時測頻率。M/T法中的“低速”、“高速”如何確定假定能接受的誤差范圍為1%、M法測得脈沖數(shù)為f，T法測得時間為t。M 法2/f <= 1% = = > f >= 200即一次測量的最小脈沖數(shù)為200，設(shè)此頻率對應(yīng)的速度為VlT 法(1/(t-1)-1/t)/(1/t) <= 1% = = > t >= 101即一次測量的時間為101個單位，設(shè)此周期對應(yīng)的速度為V2若計時單位為mS，則t > = IOlmS這只是理論精度，實際應(yīng)用還要考慮脈沖信號采集的延遲，軟硬件處理所需花費的時間。若Vl <V2，則M/T法能滿足全范圍內(nèi)的速度測量。一個系統(tǒng)設(shè)計之前，就需要詳細的計算，使Vl <V2或盡可能接近。不能光憑經(jīng)驗估算確定高低速、傳動比、編碼線數(shù)。然后很不幸，很多現(xiàn)有系統(tǒng)中會出現(xiàn)Vl > V2，就會出現(xiàn)(V2，VI)這一段速度無論M法還是T 法都無法覆蓋的情況，一個緩解的辦法就是在(V2，V1)段同時使用M法和T法測量，然后取平均值。與位置環(huán)同步的置信息，是將按照位置環(huán)的周期采集的角度位置信息根據(jù)機械比、直徑或者絲杠螺距等變速比例換算成直線位置信息，反饋給位置環(huán)。全閉環(huán)控制方式，如圖6、7所示全閉環(huán)控制是針對直線運動控制的，不僅需要電機編碼器反饋的角度位置信息， 還需要直線方向上的位置測量信息。電機編碼器反饋的角度位置信息，通過一個增量或絕對值數(shù)據(jù)接口，將采集到的實時的角度位置信息按照速度環(huán)的周期和進行實時采集。與速度環(huán)同步的位置信息，如果是增量信息將進行M/T測速，若是絕對值信息將進行M測速，得到軸的轉(zhuǎn)速信息反饋給速度環(huán)。直線方向上的位置測量信息將按位置環(huán)的周期進行實時采集，將位置信息反饋給位置環(huán)。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對值數(shù)據(jù)接口 ； 連接位置傳感器接口和信息采集分配器，實現(xiàn)位置傳感器接口的選通，并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器的傳感器接口控制器；連接位置傳感器接口和傳感器接口控制器，實現(xiàn)位置信息的分配處理，之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對外通訊接口，配置接口采用半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配器；連接信息采集分配器和傳感器接口控制器，用于同外部通訊的外通訊接口。
專利摘要本實用新型公開了一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對值數(shù)據(jù)接口，傳感器接口控制器，信息采集分配器，對外通訊接口，用于同外部通訊。本裝置能夠兼容多種接口，可支持多種位置傳感器，帶有多種接口可實現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置可在數(shù)控機床和工控設(shè)備有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號G05B19/04GK202093336SQ201120157458
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者于德海, 張贊秋, 李俊, 鄭君民, 郝天陽, 陳虎, 隋繼平 申請人:大連光洋科技工程有限公司