基于tms320f2812的光栅编码器超高倍细分器的设计

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1、第1章绪论1．1课题学术背景及研究的意义无轴传动技术是印刷装备领域中最新，发展最快的技术之一。目前，印刷机械采用无轴传动已经是印刷行业创新及现代化，实现更高的生产与经济效益的基本手段之一。国外无轴传动技术己进入普及阶段。国内由于基础零部件研发水平较低，科研单位对无轴传动技术给予的关注不够，所以到目前为止，国内开发的无轴传动印刷设备都是采用国外的系统和零部件，甚至连应用技术也完全依赖国外开发。其结果必然导致成本大幅增加，损害了国产设备的廉价优势，对保持国产装备在国际市场上的地位非常不利。因此，开发具有

2、国内自主知识产权，高质量、低价格的新型无轴传动系统是非常紧迫的任务。无轴传动是一种速度与位置(相位)双重同步的闭环控制系统，系统中需要有位置和速度两种传感器。为了简化系统的复杂性和降低成本，在伺服系统中，通常只安装位置传感器，速度信号由位置信号对时间差分来获得。普通机床数控系统没有速度同步的要求，通常按照位置精度的要求选择位置编码器即可。但在印刷机上，印辊转速的微小振荡，都会在印品上留下色彩条纹，所以要求伺服系统有很高的速度分辨率。在微处理器中，用差分方法获得的速度数值的有效位数，通常比位置数值的位

3、数要少的多。为了获得足够高的速度分辨率，必须采用超高分辨率的位置传感装置。目前国外的无轴传动系统普遍采用分辨率大于100万线／转的旋转位置编码装置。SERCOS标准的旋转角度分辨率为360万线／转。直接采用高分辨率的位置编码器不仅价格昂贵，并且由于有可能用于军事用途，某些国家对我国禁运。国内目前还不掌握生产这种超高分辨率位置编码器的技术。一种可取的替代方案是采用中等分辨率(比如2048线／转)的位置编码器，加上数字式超高倍(比如2048倍)细分电路，形成超高分辨率的位置传感装置。Rexroth公司的

4、SY-NAX200无轴传动系统就是采用这种方案。高倍细分器电路国际市场上有现货出售，但价格十分昂贵，且只能与进口的位置编码器配合使用。国产的伺服系统加装了这些附件之后，成本价格将会超过进口的无轴传动专用伺服系统，从而失去市场竞争力。所以要想开发出我们自己的用于无轴传动的伺服控制器，必须解决传感器高倍细分的关键技术。国内在传感器细分技术方面作了很多的工作，但是很少有现成的产品出售，并且也从来没有到过100万线／转以上的角位置分辨率。因此，开发较位置分辨率大于100万线／转，转换时间小于100微秒的高性

5、能细分器是本论文要攻克的关键技术。北京T业大学T学硕十学位论文1．2细分光栅编码器技术国内外概况光电轴角编码器是一种以高精度计量圆光栅作为检测元件并集光、机、电于一体的数字测角传感器，它采用光电转换技术将机械轴的角位置信息转换成相应的数字代码输出，因而可实现对角度、速度和其它机械物理量的测量。近年来，随着计算机技术、光通信以及光电子器件的发展，光电编码器的研制水平进一步提高，新产品不断出现，技术更加完善。由于光电编码器具有高精度、高分辨力、低能耗、非接触测量及输出稳定等优点，因而在现代的军事、航天、

6、机器人工业、医学、生物工程等各个领域的精密测量与控制设备中得到了广泛应用⋯。但是，受限于诸如技术以及成本等方面的原因，光栅编码器的分辨率大都不能达到很高。比如课题中所使用的Heidenhainl2J编码器，一转输出2048个正弦周期，再加上QEP电路的4细分，能够达到的最大分辨率是8192倍。远低于产品所要求的100万倍细分的水平，因此需要更进一步采用细分电路实现。在此就现有的几种细分方案做一下简单的描述，并最终根据实际情况和要求给出了课题采用的方案。1．2．1细分方案1这种细分方法【31的基本思想

7、是基于编码器输出的两路三角信号，用倍角三角公式计算产生高频率的两路三角信号，从而可以产生高频率的二进制脉冲，再对输出做4细分产2口)-2sin(a)，cos(口)(1．1)【cos(2口)=l一2sin2(口)即sin(13．)、COS(a)是己知的，因此sin(2Q)、cos(2Q)就能通过公式计算出来。通常，如果已知sin(Q)、COS(Q)有足够的精度，sin(nQ)、eos(nQ)(，?∈Z>1)能够从下面的公式当中推导出来：sin(net)=nCOS”’(cz)sin(or)一qCOS”3

8、(a)sin3(口)+qCOSn-5(口)sin5(cO⋯‘(1．2)cOS(ha)=COS”(口)一c：COS”2(a)sin2(口)+c：COS”4(a)sin4(口)一CCOS”6(￡z)sin6@)+⋯用一个比较器来探测所有的过零点，可从sin(nQ)、cos(nQ)产生出正交二进制脉冲。这些脉冲就可以送入一个普通的微控制器或是CNC系统中作为位置信息计数了，可以获得进一步的4倍细分。该方法可以不要十分精密的AD转换第1章绪论电路。这里需要一张表用来得出细分信