CN110531650A - 一种伺服控制*** - Google Patents

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    • G05B19/0423—Input/output
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Abstract

本发明涉及一种伺服控制***，包括：相互连接的绝对编码器和驱动器，所述绝对编码器包括正余弦信号模块和绝对信号模块；所述驱动器包括方波信号转换模块、模数转换模块、细分模块、计数模块和位置输出模块；绝对编码器和驱动器通过各自的模块相互通信。本发明提供的技术方案将编码器的细分功能移植到驱动器中，不仅使得编码器的电路结构简单、体积减小，而且使得伺服***的响应速度和控制精度得到提升。

Description

一种伺服控制***
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种伺服控制***。
背景技术
现有的绝对编码器与驱动器的位置传输是通过各自的通信模块实现信息交互。以异步通信为例，从驱动器请求编码器位置信息到完成位置接收，最短需要31us，由于位置信息存在时间延迟，制约了伺服***的响应速度和控制精度。
而且，目前绝对编码器的处理电路较复杂，包含光电信号转换、正余弦信号调理、信号比较、模数采样和微处理器等多种信号处理模块；然而，实际应用场合对编码器体积有严格的要求，限制了编码器处理电路芯片的选择性，制约了编码器的功能和性能的提升。
因此，需要提供一种伺服控制***来解决现有技术的不足。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种伺服控制***。通过编码器与驱动器的一体化设计，能够有效缩短绝对编码器与驱动器的通信延迟时间，提升伺服***的响应速度和控制精度；同时，有效降低绝对编码器的体积、成本和处理电路的复杂性，提升绝对编码器的功能和性能。
本发明提供了一种伺服控制***，包括：相互连接的绝对编码器和驱动器，所述绝对编码器包括正余弦信号模块和绝对信号模块；所述驱动器包括方波信号转换模块、模数转换模块、细分模块、计数模块和位置输出模块；
所述正余弦信号模块将绝对编码器的正余弦信号发送至驱动器的方波信号转换模块和模数转换模块；
所述方波信号转换模块将正余弦信号转换成方波信号，并将所述方波信号发送至计数模块；
所述模数转换模块将正余弦信号转换成数字信号，并将所述数字信号发送至细分模块；
所述细分模块将所述数字信号进行位置细分，得到细分位置，并将所述细分位置发送至位置输出模块；
所述绝对信号模块将绝对编码器的绝对信号发送至驱动器的计数模块；
所述计数模块将所述绝对信号根据所述方波信号进行位置调整，得到绝对位置，并将所述绝对位置发送至位置输出模块；
所述位置输出模块将所述细分位置和所述绝对位置进行组合，得到编码器位置信息。
进一步地，所述计数模块将所述绝对信号根据所述方波信号进行位置调整，得到绝对位置，包括：
所述计数模块根据绝对信号和方波信号计算出计数初值；
所述计数模块根据所述方波信号对所述计数初值进行增减计算，得到所述绝对位置。
进一步地，所述驱动器还包括：正余弦信号调理模块，
所述正余弦调理模块用于将接收到的正余弦信号进行放大后发送至方波信号转换模块和模数转换模块。
进一步地，所述正余弦信号调理模块包括：运算放大器。
进一步地，所述正余弦信号模块采用差分输出的方式与所述正余弦信号调理模块连接。
进一步地，所述绝对信号模块与所述计数模块间通过通信模块进行通信。
进一步地，所述通信模块的通信接口包括：RS485接口和/或SPI接口和/或BISS接口。
进一步地，所述驱动器还包括：偏差检测校正模块，
所述偏差检测校正模块用于对所述模数转换模块输出的数字信号进行检测并校正，并将校正后的信号发送至细分模块。
进一步地，所述通信模块用于将绝对编码器解码后的绝对位置信号传输至所述计数模块。
本发明的技术方案与最接近的现有技术相比具有如下优点：
本发明提供的技术方案包括相互连接的绝对编码器和驱动器，该绝对编码器包括正余弦信号模块和绝对信号模块；该驱动器包括方波信号转换模块、模数转换模块、细分模块、计数模块和位置输出模块；绝对编码器和驱动器通过各自的模块相互通信。本发明提供的技术方案通过将编码器的细分功能移植到驱动器中，不仅使得编码器的电路结构简单、体积减小，而且使得伺服***的响应速度和控制精度得到提升。
附图说明
图1是本发明实施例中伺服控制***结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种伺服控制***，如图1所示，包括：相互连接的绝对编码器和驱动器。
具体地，绝对编码器包括：正余弦模块和绝对信号模块。
驱动器包括：方波信号转换模块、数模转换模块、细分模块、计数模块和位置输出模块。
其中，正余弦模块将绝对编码器的正余弦信号发送至驱动器的方波信号转换模块和数模转换模块；方波信号转换模块将正余弦信号转换成方波信号，并将方波信号发送至计数模块；模数转换模块将正余弦信号转换成数字信号，并将数字信号发送至细分模块；细分模块将数字信号进行位置细分得到细分位置，并将细分位置发送至位置输出模块；绝对信号模块将绝对编码器的绝对信号发送至驱动器的计数模块；计数模块将绝对信号根据方波信号进行位置调整，得到绝对位置，并将绝对位置发送至位置输出模块；位置输出模块将细分位置和绝对位置进行组合得到编码器位置信息。
在本申请实施例中，通过将编码器的细分功能移植到驱动器中，不仅使得编码器的电路结构简单、体积减小，而且使得伺服***的响应速度和控制精度得到提升。
在本申请的一个可能的实施方式中，计数模块将绝对信号根据方波信号进行位置调整，得到绝对位置，具体包括：
计数模块根据绝对信号和方波信号计算出计数初值；
计数模块根据方波信号对计数初值进行增减计算，得到绝对位置。
也就是，计数模块会对绝对编码器的绝对编码信号以及经过方波信号转换模块得到的方波信号进行计数，得到一个计数初值，然后根据方波信号对上述计数初值进行加减处理，最后得到绝对位置值。
在本申请的一个实施方式中，驱动器还包括：正余弦信号调理模块，该正余弦调理模块用于将接收到的正余弦信号进行放大后发送至方波信号转换模块和数模转换模块。
进一步地，该正余弦信号调理模块包括运算放大器。该运算放大器可以是高速电压反馈CMOS运算放大器，高速电压反馈CMOS运算放大器增益稳定，可以输出大电流，差分增益可以达到0.02％，差分相位为0.09°，静态电流仅为每通道4.9mA。经过放大后的正余弦信号可以通过数模转换模块更精确地转换为数字信号，从而可以更准确地进行后续处理。
进一步地，模数转换模块可以包括ADS8555芯片，其中，ADS8555芯片是同步采样模拟数字转换器，支持高达630kSPS的数据速率，具有卓越的AC性能，信噪比为91.5分贝，总谐波失真为-94DB。
在本申请的一个实施方式中，正余弦信号模块可以采用差分输出的方式与正余弦信号调整模块连接。利用差分输出方式进行信号的传输，使得输出信号的抗干扰能力强。
在本申请的一个实施方式中，绝对信号模块与计数模块间通过通信模块进行通信。通信模块的通信接口可以是RS485接口和/或SPI接口和/或BISS接口。
在本申请的一个实施方式中，驱动器还包括：偏差检测校正模块，该偏差检测校正模块用于对模数转换模块输出的数字信号进行检测并校正，并将矫正后的信号发送至细分模块。
具体地，该偏差检测校正模块对正余弦信号进行幅值、直流和相位的偏差检测，然后根据检测到的偏差实现对正余弦信号的校正，提升后续编码器位置细分的精度。
在本申请的一个实施方式中，通信模块用于将绝对编码器解码后的绝对位置信号传输至计数模块。
在本申请的一个实施方式中，位置输出模块现将计数模块的绝对位置和细分模块的细分位置进行拼接，然后将最终编码器位置信息提供给驱动器后续模块使用，用于实现电机精确控制。
具体地，细分模块是利用反正切实现对数字信号的位置细分。细分模块可以对接收到的数字信号的进行高倍率细分运算，其中，高倍率细分运算的具体计算方法可以利用本领域技术人员公知的方法进行计算，本申请不做详细说明。
本申请将编码器的细分功能移植至伺服驱动器，不但能够提升编码器细分性能，而且能够有效降低绝对编码器的体积、成本和处理电路的复杂性，更利于编码器小型化。编码器细分信号通过模拟信号的形式传输给驱动器，然后通过正弦信号调理、ADC(模数转换)、偏差检测校正、细分等模块处理，实现正弦信号的相位信息转化为编码器的位置信息，以提升编码器的分辨率。
对编码器的绝对编码，***上电时，驱动器首先通过通信模块获得编码器绝对编码，然后将绝对编码加载至计数模块，计数模块根据绝对编码和方波信号计算出计数初值；后续的编码器绝对码的获得，驱动器只需根据方波信号就能独自完成计算，不需再与编码器通信。
最终驱动器编码器位置的获得过程有串行请求、等待和串行读取的过程简化为驱动器内部参数交互的过程，因此，能够有效缩短绝对编码器与驱动器的通信延迟时间，提升伺服***的响应速度和控制精度。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits，ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、数字信号处理设备(DSP Device，DSPD)、可编程逻辑设备(Programmable LogicDevice，PLD)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本申请所述功能的其它电子单元或其组合中。
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的单元来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种伺服控制***，包括：相互连接的绝对编码器和驱动器，其特征在于，所述绝对编码器包括正余弦信号模块和绝对信号模块；所述驱动器包括方波信号转换模块、模数转换模块、细分模块、计数模块和位置输出模块；
所述正余弦信号模块将绝对编码器的正余弦信号发送至驱动器的方波信号转换模块和模数转换模块；
所述方波信号转换模块将正余弦信号转换成方波信号，并将所述方波信号发送至计数模块；
所述模数转换模块将正余弦信号转换成数字信号，并将所述数字信号发送至细分模块；
所述细分模块将所述数字信号进行位置细分，得到细分位置，并将所述细分位置发送至位置输出模块；
所述绝对信号模块将绝对编码器的绝对信号发送至驱动器的计数模块；
所述计数模块将所述绝对信号根据所述方波信号进行位置调整，得到绝对位置，并将所述绝对位置发送至位置输出模块；
所述位置输出模块将所述细分位置和所述绝对位置进行组合，得到编码器位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述计数模块将所述绝对信号根据所述方波信号进行位置调整，得到绝对位置，包括：
所述计数模块根据绝对信号和方波信号计算出计数初值；
所述计数模块根据所述方波信号对所述计数初值进行增减计算，得到所述绝对位置。
3.根据权利要求1所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述驱动器还包括：正余弦信号调理模块，
所述正余弦调理模块用于将接收到的正余弦信号进行放大后发送至方波信号转换模块和模数转换模块。
4.根据权利要求3所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述正余弦信号调理模块包括：运算放大器。
5.根据权利要求3所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述正余弦信号模块采用差分输出的方式与所述正余弦信号调理模块连接。
6.根据权利要求1所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述绝对信号模块与所述计数模块间通过通信模块进行通信。
7.根据权利要求6所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述通信模块的通信接口包括：RS485接口和/或SPI接口和/或BISS接口。
8.根据权利要求1所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述驱动器还包括：偏差检测校正模块，
所述偏差检测校正模块用于对所述模数转换模块输出的数字信号进行检测并校正，并将校正后的信号发送至细分模块。
9.根据权利要求7所述的一种伺服控制***，其特征在于，所述通信模块用于将绝对编码器解码后的绝对位置信号传输至所述计数模块。
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