本發(fā)明具體涉及一種基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在高速伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)中，精確獲取轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)時(shí)位置十分重要。在系統(tǒng)需要較高的高低溫適用性和較好抗震性的要求下，目前主流的光電編碼器有著適用性差、成本較高的缺點(diǎn)。使用旋轉(zhuǎn)變壓器實(shí)時(shí)獲取位置需要將解碼后的位置通過(guò)串口發(fā)送至上位機(jī)，這會(huì)帶來(lái)較大的滯后延時(shí)，從而產(chǎn)生較大的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取方法及系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取方法，包括以下步驟：

步驟一、旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片配合與伺服電機(jī)相連的旋轉(zhuǎn)變壓器獲取伺服轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)時(shí)位置，并形成增量編碼信號(hào)，增量編碼信號(hào)為三路單端信號(hào)A、B、NM，TTL電平；

步驟二、將該增量編碼信號(hào)通過(guò)單端-差分芯片轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)；

步驟三、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)等待捕捉到NM信號(hào)上升沿開(kāi)始對(duì)A、B兩路信號(hào)的任意跳變進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次碰到NM上升沿則清零計(jì)數(shù)值，計(jì)算伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的絕對(duì)位置，通過(guò)串口將偏置值發(fā)送到上位機(jī)；

步驟四、在調(diào)試過(guò)程中確定伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的相對(duì)零位，步驟三中捕捉到NM信號(hào)上升沿則表明伺服轉(zhuǎn)臺(tái)到達(dá)絕對(duì)零位，根據(jù)相對(duì)零位和絕對(duì)零位計(jì)算出偏置值，通過(guò)串口將偏置值發(fā)送到上位機(jī)；

步驟五、上位機(jī)根據(jù)步驟三中得到的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前絕對(duì)位置和步驟四中的偏置值計(jì)算出伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置。

進(jìn)一步地，所述步驟三中，計(jì)算伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置具體為：旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片所設(shè)數(shù)據(jù)位數(shù)為n，增量編碼信號(hào)計(jì)數(shù)為m，則伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的絕對(duì)位置為：[360×(m/2ⁿ)]°。

進(jìn)一步地，所述步驟五中，計(jì)算實(shí)時(shí)位置具體為：假設(shè)偏置值為x，則實(shí)時(shí)位置為：[360×(m/2ⁿ)-x]°。

進(jìn)一步地，所述三路單端信號(hào)A、B、NM，其中A與B均為脈沖信號(hào)，旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生脈沖數(shù)為2ⁿ，其中n為旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片數(shù)據(jù)位數(shù)，A信號(hào)相位領(lǐng)先B信號(hào)π/2，NM信號(hào)是當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器處于絕對(duì)零位的時(shí)候產(chǎn)生上升脈沖，NM信號(hào)的脈寬為A信號(hào)脈寬的一半。

一種基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取系統(tǒng)，包括伺服控制系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和上位機(jī)；所述伺服控制系統(tǒng)的輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和上位機(jī)相連；所述數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出端也與上位機(jī)相連。

進(jìn)一步地，所述伺服控制系統(tǒng)包括：伺服控制板、伺服驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片和用于供電的電源；所述伺服控制板上設(shè)有通信接口，用于與上位機(jī)通信，伺服控制板的輸出端分別與伺服驅(qū)動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出端也與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連；所述旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，其輸出端與旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片相連。

進(jìn)一步地，所述通信接口為RS232串口。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的一種基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取方法及系統(tǒng)，該方法利用旋轉(zhuǎn)變壓器在惡劣條件下能穩(wěn)定工作的特性，同時(shí)利用目前主流旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片(簡(jiǎn)稱(chēng)RDC，下同)的增量編碼模式，將伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的實(shí)時(shí)位置轉(zhuǎn)化為增量編碼信號(hào)，發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，解碼后通過(guò)網(wǎng)口發(fā)送至上位機(jī)。本發(fā)明可以在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，且能排除直接通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)的滯后性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片所得的增量編碼信號(hào)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

一種基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取方法，包括以下步驟：

如圖1所示，步驟一、旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片配合與伺服電機(jī)相連的旋轉(zhuǎn)變壓器獲取伺服轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)時(shí)位置，并形成增量編碼信號(hào)，增量編碼信號(hào)為三路單端信號(hào)A、B、NM，TTL電平；

步驟二、將該增量編碼信號(hào)通過(guò)單端-差分芯片轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)發(fā)送至數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)；

步驟三、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)等待捕捉到NM信號(hào)上升沿開(kāi)始對(duì)A、B兩路信號(hào)的任意跳變進(jìn)行計(jì)數(shù)，每次碰到NM上升沿則清零計(jì)數(shù)值，計(jì)算伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的絕對(duì)位置，通過(guò)串口將偏置值發(fā)送到上位機(jī)；

步驟四、在調(diào)試過(guò)程中確定伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的相對(duì)零位(可通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn))，步驟三中捕捉到NM信號(hào)上升沿則表明伺服轉(zhuǎn)臺(tái)到達(dá)絕對(duì)零位，根據(jù)相對(duì)零位和絕對(duì)零位計(jì)算計(jì)算出偏置值，通過(guò)串口將偏置值發(fā)送到上位機(jī)；

步驟五、上位機(jī)根據(jù)步驟三中得到的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前絕對(duì)位置和步驟四中的偏置值計(jì)算出伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置。

所述步驟三中，計(jì)算伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置具體為：旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片所設(shè)數(shù)據(jù)位數(shù)為n，增量編碼信號(hào)計(jì)數(shù)為m，則伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的絕對(duì)位置為：[360×(m/2ⁿ)]°。

步驟五中，所述計(jì)算伺服轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置具體為：假設(shè)偏置值為x，則實(shí)時(shí)位置為：[360×(m/2ⁿ)-x]°。

所述三路單端信號(hào)A、B、NM，其中A與B均為脈沖信號(hào)，旋轉(zhuǎn)變壓器旋轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生脈沖數(shù)為2ⁿ，其中n為旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片數(shù)據(jù)位數(shù)，A信號(hào)相位領(lǐng)先B信號(hào)π/2，NM信號(hào)是當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器處于絕對(duì)零位的時(shí)候產(chǎn)生上升脈沖，脈寬為A信號(hào)脈寬的一半，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，增量編碼信號(hào)參見(jiàn)圖3。

一種基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取系統(tǒng)，其特征在于：包括伺服控制系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和上位機(jī)；所述伺服控制系統(tǒng)的輸出端分別與數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和上位機(jī)相連；所述數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的輸出端也與上位機(jī)相連。

所述伺服控制系統(tǒng)包括：伺服控制板、伺服驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片和用于供電的電源；所述伺服控制板上設(shè)有通信接口，用于與上位機(jī)通信，接收上位機(jī)發(fā)送出來(lái)的信號(hào)；伺服控制板的輸出端分別與伺服驅(qū)動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，伺服驅(qū)動(dòng)器的輸出端也與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，伺服控制板發(fā)出驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送伺服驅(qū)動(dòng)信號(hào)給旋轉(zhuǎn)電機(jī)，且伺服控制板還用于發(fā)送抱閘信號(hào)給旋轉(zhuǎn)電機(jī)；所述旋轉(zhuǎn)變壓器的輸入端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連，其輸出端與旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片相連，旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片配合與伺服電機(jī)相連的旋轉(zhuǎn)變壓器獲取伺服轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)時(shí)位置，并形成增量編碼信號(hào)，增量編碼信號(hào)為三路單端信號(hào)A、B、NM，TTL電平。

優(yōu)選地，所述通信接口為RS232串口。

實(shí)施例一

在某XX項(xiàng)目中，由于設(shè)備散射角度有限，需要在兩種狀態(tài)切換：掃描和跟蹤。掃描狀態(tài)即設(shè)備處于水平方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)；跟蹤狀態(tài)即根據(jù)上位機(jī)連續(xù)發(fā)出的目標(biāo)位置指示連續(xù)運(yùn)動(dòng)。這就需要伺服轉(zhuǎn)臺(tái)搭載數(shù)字信號(hào)處理器及其他設(shè)備在接到指令后首先進(jìn)行240°/s的高速開(kāi)環(huán)旋轉(zhuǎn)，然后在接到新的指令后改為最大速度不超過(guò)60°/s的閉環(huán)旋轉(zhuǎn)。在整個(gè)過(guò)程中要求實(shí)時(shí)反饋轉(zhuǎn)臺(tái)位置，最大誤差不得超過(guò)1°，系統(tǒng)工作環(huán)境要求考慮車(chē)輛振動(dòng)和-40℃-60℃的環(huán)境條件。

該系統(tǒng)中，我們使用匯流環(huán)傳遞數(shù)字信號(hào)處理器和上位機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器和伺服控制機(jī)箱之間的信號(hào)。伺服控制機(jī)箱置于系統(tǒng)的底座，包含伺服控制板、伺服驅(qū)動(dòng)器以及供電電源。由于伺服控制系統(tǒng)的工作環(huán)境有比較復(fù)雜的電磁干擾，在系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)過(guò)程中尤其強(qiáng)調(diào)線(xiàn)纜屏蔽特性。各信號(hào)線(xiàn)均需采用屏蔽線(xiàn)纜，屏蔽線(xiàn)纜和屏蔽層均接地，伺服控制板需裝配在屏蔽盒內(nèi)。。

伺服控制板使用英飛凌的單片機(jī)XE167作為主控制芯片(即數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng))，該芯片具有浮點(diǎn)運(yùn)算能力和較全面的外設(shè)，適用于伺服控制。使用AD2S1210作為RDC解碼芯片(即旋轉(zhuǎn)變壓器解碼芯片)，該芯片數(shù)據(jù)精度可在10位、12位、14位、16位四種精度中選擇，可以產(chǎn)生增量編碼，RDC可通過(guò)XE167初始化配置。在測(cè)角過(guò)程中，AD2S1210首先向旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)送激勵(lì)信號(hào)，旋轉(zhuǎn)變壓器反饋兩路信號(hào)至AD2S1210，AD2S1210根據(jù)反饋信號(hào)計(jì)算出當(dāng)前角度并通過(guò)SPI和增量編碼兩種形式輸出。AD2S1210發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)為一組差分正弦信號(hào)，反饋信號(hào)為兩組差分正弦信號(hào)。由于旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)信號(hào)要求典型峰-峰值為7V，輸出信號(hào)典型峰-峰值為3.14V；而AD2S1210的輸出激勵(lì)信號(hào)的典型峰-峰值為3.6V，輸入信號(hào)要求典型峰-峰值為3.15V。因此需要在A(yíng)D2S1210信號(hào)模擬信號(hào)出入端設(shè)計(jì)基于運(yùn)放的二階濾波放大電路，用于將激勵(lì)信號(hào)和反饋信號(hào)的峰-峰值調(diào)整至適用范圍，同時(shí)起到濾除雜波干擾的作用。

轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)零位(即絕對(duì)零度)和相對(duì)零位(相對(duì)零度)的偏置值可事先存入EEPROM芯片，在系統(tǒng)初始化的時(shí)候單片機(jī)(數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng))讀取該偏置值并通過(guò)RS232串口發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器上位機(jī)。數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)增量編碼模式獲取轉(zhuǎn)臺(tái)的絕對(duì)位置值，并通過(guò)RS232串口發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)計(jì)算轉(zhuǎn)臺(tái)當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置，即為絕對(duì)位置值減去偏置值。

伺服控制板上包含數(shù)字地和模擬地，在布線(xiàn)時(shí)在內(nèi)電層將兩者分開(kāi)，在電源輸入端使用0歐姆電阻將它們隔離，所有模擬電源與數(shù)字電源采用電感隔離。同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器的電源與數(shù)字模擬電源之間使用光電耦合器隔離。利用這些處理可減小RDC芯片所受干擾。

附圖2為伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。由于伺服控制板通過(guò)RS232串口發(fā)送的數(shù)據(jù)共250bit，根據(jù)運(yùn)算僅控制板組幀發(fā)送就至少需要6.5ms，那么在240°/s條件下反饋誤差就在1.5°以上。因而采用了基于增量模式的伺服控制實(shí)時(shí)位置獲取方法，由于編碼信號(hào)能即時(shí)發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)可快速獲得伺服實(shí)時(shí)位置，并通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)快速傳輸至上位機(jī)，從而減少串口解碼之后帶來(lái)的誤差。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。