编码器正余弦信号跟踪环路细分技术研究.pdf

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1、电气传动2012年第42卷第5期ELECTRICDRIVE2012Vo1．42NO．5编码器正余弦信号跟踪环路细分技术研究马泽龙，唐小琦，宋宝，卢少武(华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉430074)摘要：绝大多数高精度运动控制系统都依赖于正余弦编码器作为位置和速度反馈。针对传统开环处理方法的缺点，提出了跟踪环路细分方案。为了从编码器正余弦信号中提取出高分辨率的位置和速度信息，设计了1个基于CORDIC算法的正余弦信号发生器，同时设计了1个PI控制器来抑制噪声。提出的算法通过普通的模拟器件和FPGA实现。实验结果显示该方案可以满足高精度运动控制的要求。关

2、键词：编码器；光栅；跟踪环路；CORDIC中图分类号：TH172文献标识码：AResearchoftheTracking-loopSubdivisionforSine—cosineEncoderSignalMAZe—long，TANGXiao—qi，SONGBao，LUShao—wu(SchoolofMechanicalScienceandEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430072，Hubei，China)Abstract：Mosthighperformancemotionc

3、ontrolsystemsrelyonsine—cosineencodersforpositionandve-locityfeedback．Consideringthedisadvantagesofthetraditionalopen—loopprocessingmethod，anovelschemecalledtracking—loopwasproposed．Inordertoextracthighresolutionpositionandspeedinformationfromthesinusoidalencodersignals，asineandcosi

4、negeneratorbasedontheCORDICalgorithmwasdesignedandaPIcontrollerwasalsoestablishedtOsuppressthenoise．ThealgorithmandthecontrollerisimplementbyusingordinaryanalogcomponentsandFPGA．Theexperimentalresultsindicatethattheproposedmethodcanmeettherequirementsofthehighperformancemotioncontro

5、1．Keywords：encoder；gratingsensor；tracking—loop；CORDIC软件细分2种方式。硬件细分中比较成熟的是电1引言阻链细分技术，文献[2—3]对电阻链细分技术做在高精度运动控制中通常采用输出正余弦信了详细的论述。理论上电阻链细分可以达到很高号的位置检测元件进行位置和速度反馈。这样的的细分数，但是实际上随着细分数的提高，对电阻位置检测元件包括旋转编码器、直线光栅尺、圆光的阻值精度要求越来越高，并且后续电路中所用栅、旋转变压器或者球栅尺等。对于生产商来说，比较器数量也会成倍增加，不利于高倍细分。设计基于正余弦信号的光学编码器

6、远比设计带有高倍细分中通常都采用软件细分，正余弦信大量行编号的TTL编码器容易[】]，用户通过合号携带的位置信息与正余弦信号的相位信息一一适的插值方法可以从正余弦信号中提取高分辨率对应，细分的主要目的是从正余弦信号中提取相的位置信息，并且这种模拟量的正余弦信号频率位信息。根据细分方式的不同，软件细分又包括成分单一，与方波相比可以传输较远的距离而不开环细分和闭环细分2种方法。开环细分根据正衰减或者畸变【2]。如何从正余弦信号中提取出位弦值和余弦值直接提取相位信息，其原理如下式：置信息，尤其是提取出高分辨率的位置信息一直是国内外研究的主要课题。从正余弦信号中提取位

7、置信息通常称为正余求取反正切有2种方法：文献[4—5]介绍了弦信号的细分。正余弦细分一般包括硬件细分和查表的方法；文献[6—8]介绍了通过CORDIC算基金项目：国家自然科学基金(50875099)；国家自然科学基金(20100192)；国家数控重大专项(2010ZX04017—011)作者简介：马泽龙(1988一)，男，硕士研究生，Email：mail—zelong@sina．corn5O马泽龙，等：编码器正余弦信号跟踪环路细分技术研究电气传动2012年第42卷第5期法计算反正切值的方法。实验证明，通过这2种将图1简化为图2，可以求得系统的传递函方法得到的结

8、果都只包含了1个正余弦周期中的数为相位