DE3218101C2

DE3218101C2 - Auswerteeinrichtung für einen digitalen Inkrementalgeber

Info

Publication number: DE3218101C2
Application number: DE19823218101
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8520 Erlangen Papiernik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1982-05-13
Publication date: 1986-07-03
Also published as: JPH0725622Y2; JPH0674917U; JPS58205811A; DE3218101A1

Abstract

Zur Erhöhung der Auflösegenauigkeit bei digitalen Inkrementalgebern, an deren Ausgängen phasenverschobene "Sinusspannungen" abnehmbar sind, wird durch Verknüpfung linearer Anteile der Sinusspannungen eine periodische Dreiecksfunktion erzeugt, deren Werte anschließend digitalisiert werden.

Description

a) linear weg- bzw. winkelabhängige Ausschnitte der Sinusspannungen (sin x, cos x) im Bereich der Nulldurchgänge zu einer periodischen Dreieckspannung (Ud) elektrisch zusammenfügbar sind, deren Grundschwingungsfrequenz ein ganzzakliges Vielfaches der Frequenz einer Sinusspannung ist, und

b) eine definierte Änderung eines aus der Dreieckspannung (Ud) abgeleiteten Digitalwertes als Geberimpuls dient

2. Auswerteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Absolutbeträge beider Sinusspannungen (sin x, cos x) gebildet werden und

b) jeweils öic kleinere der beiden Sinusspannungen für die Dreieckspannung (U_D) ausgewählt wird.

oder magnetischer Basis arbeiten. Gemeinsam ist allen diesen Systemen, daß die Nulldurchgänge oder Verknüpfungen der Sinusspannungen ausgewertet und zur Abbildung des Weges herangezogen werden. Ein digitaler Geber auf magnetischer Basis ist beispielsweise in der Siemens-Zeitschrift 1960, Seiten 669 bis 671 beschrieben, auf optischer Basis z. B. in der Zeitschrift »Siemens Components«,19(1981),Heftl,Seitenl2—13. Es wäre häufig wünschenswert die Auflösung jgenau-

jo igkeit zu erhöhen, d. h. die Zahl der pro zurückgelegten Weg bzw. Winkel abgegebenen Impulse zu vervielfachen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Auswerteeinrichtung zu schaffen, mit der auf relativ einfache Weise aus den Geberrohsignalen eine wesentlich höhere Zahl von Impulsen erzeugbar ist als es den eigentlichen Nulldurchgängen der Spannungen entspricht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß

a) linear weg- bzw. winkelabhängige Ausschnitte der Sinusspannungen (sin x, cos x) im Bereich der Nulldurchgänge zu einer periodischen Dreieckspannung (Ud) elektrisch zusammenfügbar sind, deren Grundschwingungsfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Fr "qs.aenz einer Sinusspannung ist und

3. Auswerteeinrichtung nach /-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Änderung des Digitalwertes zwischen vorgegebenen Abtastzeitpunkten als Maß für die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl dient

4. Auswerteeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch an die Geberausgänge angeschlossene Betragsbildner (21, 22) mit zugeordneten Spannungsdiskriminator (3) und einem nachgeschalteten Analogdigitalumsetzer (4) mit einem von ihm gesteuerten Vor-Rückwärtszähler (5).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteeinrichtung für einen digitalen Inkrementalgeber, bei dem an den Geberausgängen zwei um 90 Grad elektrisch phasenverschobene weg- bzw. winkelabhängige Sinusspannungen gleicher Amplitude und Periode abnehmbar und in eine dem zurückgelegten Weg bzw. Winkel proportionale Zahl von Impulsen umsetzbar sind und wobei ferner eine aus einer Sinusspannung abgeleitete Spannung in einen Digitalwert umsetzbar ist. Hierbei wird von einer Anordnung ausgegangen, wie sie bspw. aus der DE-OS 27 29 697 bekannt ist.

Bei der bekannten Anordnung nach der DE-OS 29 697 werden einmal an den Sinusspannungen Zählimpulse für einen Zähler abgeleitet und zusätzlich über A/D-Wandler und Rechner Zwischenwerte mittels einer Umkehrfunktion berechnet. Die Berechnung ist relativ aufwendig und unter Umständen zeitkritisch im Hinblick auf schnelle Meßvorgänge.

Inkrementalgeber können als lineare oder rotierende Systeme ausgeführt sein und z. B. auf fotoelektrischer Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß

a) die Absolutbeträge beider Sinusspannungen gebildet werden, und

b) jeweils die kleinere der beiden Sinusspannungen für die Dreieckspannung ausgewählt wird.

Auf diese Weise werden die beiden Sinusspannungen im analogen Bereich zu einer neuen Spannung höherer Frequenz verknüpft und damit eitie virtuelle Geberstrichzahl erzielt die wesentlich höher als die tatsächliche mechanische Geberstrichzahl ist.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der Auswerteeinrichtung, F i g. 2 die Sinusausgangsspannungen an den Ausgängen des Gebers und ein daraus abgeleitetes Dreiecksignal, und

F i g. 3 eine alternative Ableitung des Dreieckssignals. Ein bekannter optischer Inkrementalgeber 1 besteht aus einer Impulsscheibe 11 und zugehörigen Abtasteinrichtungen 12 und 13. An den Ausgängen dieser Abtasteinrichtungc."¹ 12 und 13 sind entsprechend der Bewegung mit sin χ bzw. cos χ bezeichnete Spannungen (vgl. Fig.2) abnehmbar. Diese Geberrohsignale, die um 90 Grad elektrisch gegeneinander phasenverschoben sind, sind annähernd sinusförmig. Sie haben im Bereich ihres Nulldurchganges (von ca. —45 Grad bis ca.

+45 Grad) einen praktisch linear ansteigenden Verlauf, einmal durch die Eigenschaft der Sinusfunktion und zum anderen durch die Gestaltung des Gebers selbst, vor allem bei optischen Gebern. Abweichungen zwischen dem Sinus und einer Geraden lassen sich gegebenenfalls auch durch ein nichtlineares Übertragungsglied z. B. einen Analog-Digitalwandler mit nichtlinearer Kennlinie berücksichtigen.
Aus den beiden um 90 Grad elektrisch versetzten Ge-

berrohsignalen sin χ und cos χ läßt sich daher ein Dreiecksignal erzeugen, dessen Steigung proportional zu seiner Frequenz ist Dies geschieht auf einfache Weise dadurch, daß die Absolutbeträge der beiden Spannungen sin χ und cos χ gebildet werden (Zeile 2 von F i g. 2) und jeweils der kleinere der beiden Spannungswerte verwendet wird. Hierdurch ergibt sich die gestrichelt gezeichnete Dreieckspannung Ud mit den einzelnen Ästen A 1 bis A 8 innerhalb einer Periode Γ des Drehwinkels.

Zur Bildung dieser Dreieckspannung Ud sind schaltungsmäßig (vgl. Fig. 1) in einer Betragsbildneranordnung 2 zwei Betragsbildner 21 und 22 vorgesehen, die an ihren Ausgängen die Spannungen sin χ und cos χ als Absolutwerte zur Verfugung stellen. Diese beiden Spannungen werden in einem Spannungsdiskriminator 3 miteinander verglichen und jeweils nur die kleinere der beiden Spannungen ausgewertet Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies dadurch angedeutet, daß die Ausgänge der Betragsbildner 21 und 22 wahlweise über vom Spannungsdiskriminator 3 gesteuerte Schalter 31 bzw. 32 geführt sind. Das Dreiecksignal Ud wird dann einem Analog-Digital-Umsetzer 4 zugeführt, der als Momentanwertverschlüssler arbeitet, d.h. aus der vorliegenden Spannung einen entsprechenden Digitalwert bildet Dieses quantisierte Dreiecksignal am Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 4 wird in einer Auswertelogik 5 auf Änderungen überwacht Bei jeder Änderung um eine Quantisiereinheit wird jeweils ein Impuls Vq oder Ra vorzeichenrichtig an einen Vorrückwärtszähler 6 abgegeben, dessen Zählerstand somit dem Lageistwert entspricht Zur vorzeichenrichtigen Erzeugung der Impulse wird die Auswertelogik 5 vom Spannungsdiskriminator 3 und von den Spannungen sin x, cos χ über Leitungen 33 angesteuert Der Stand des Vorwärts-Rückwärtszählers 6 kann dann an ein Zwischenregister und eine Anzeige 7 gegeben werden und von hier aus gegebenenfalls an eine übergeordnete Steuerung.

Die vorstehend erwähnte Anordnung läßt sich auch zur Messung der Drehzahl bzw. Geschwindigkeit verwenden, und zwar in der Weise, daß die Änderung des Standes des Vor-Rückwärtszählers 6 innerhalb definierter Abtastzeiträume festgestellt wird und als Maß für die Geschwindigkeit dient.

Die Dreiecksspannung läßt sich auch — wie Fig.3 zeigt — in etwas anderer Weise aus den Spannungen sin χ und cos χ und den hierzu invertierten Spannungen sin χ und cos χ bilden. Hierzu wird zunächst eine Spannung U\ erzeugt — gestrichelt gezeichnet — die aus der jeweils größeren der beiden Spannungen cos χ und sin χ besteht und ebenso eine Spannung U₂ — strichpunktiert gezeichnet —, die entsprechend aus den Spannungen sin χ und c~ö~s χ zusammengesetzt ist Wird nun fortlaufend die kleinere der beiden Spannungen U\, U₂ ausgewählt, so ergibt sich wieder eine periodische Dreiecksspannung Ud-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Auswerteeinrichtung für einen digitalen Inkrementalgeber, bei dem an den Geberausgängen Zwei um 90 Grad elektrisch phasenverschobene weg- bzw. winkelabhängige Sinusspannungen gleicher Amplitude und Periode abnehmbar und in eine dem zurückgelegten Weg bzw. Winkel proportionale Zahl von Impulsen umsetzbar sind und wobei ferner eine aus einer Sinusspannung abgeleitete Spannung in einen Digitalwert umsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß