[发明专利]正余弦编码器在线实际误差补偿系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种编码器精度补偿系统，尤其涉及一种正余弦编码器在线实 际误差补偿系统。

背景技术

近几年新兴的产品正余弦输出的编码器以其精度好，后续处理简单快捷， 数值直观易用在数控领域被广泛应用，正余弦输出的编码器是高分辨率高精度 低成本的平衡产品，有很多优势：

1、输出波形包含相对的相位信息，因此可以利用特定插值法实现分辨率大 大提高，而不需要提高物理刻线。

2、正余弦输出的编码器输出频谱比较纯净，频谱特异成分少，因此较方波 输出和绝对值输出编码器更加适合远距离的传输，衰减小，距离远。

3、在相同的数学分辨率下，物理刻线比方波式输出的编码器少很多，可以 提供更高的转速。

基于以上的特点，正余弦编码器在很多中档至高档的数控机床和测绘系统 中被大量使用。通过细分技术(此技术为本专利申请人同时上报的另一项专利 的内容，具体内容在下面进行介绍。)可以大大提高正余弦输出型编码器的分辨 率(最高可到上万倍)。但确无法提高正余弦输出型编码器的精度，因为精度又 正余弦输出型编码器生产完成后已经固定，编码器生产厂商会根据不同的精度 将正余弦输出型编码器分成不同的档次，精度越高的价格越贵，而且精度特别 高的种类还对我国禁运，而对于低精度产品进行补偿的装置或系统目前尚未被 研制，所以一种具有精度补偿功能的新型的细分系统急需被研制，来解决低精 度编码器如何提高精度的问题。

如图1所示上述细分技术具体内容如下：一种正余弦细分装置，首先，差 补周期产生模块产生整个装置的计算周期脉冲信号，用以控制装置启动和按照 规定的时钟周期进行各命令的执行；然后，正余弦数据采样和计算模块用于接 收编码器输出的两路正余弦信号(两路正余弦信号为A，B相或C，D相信号)， 对这两路正余弦信号的电压值先进行12位(或14位)的A/D转换，就能得到 这个两路正余弦信号的电压值所对应的数字量。该数字量为12位A/D转换器得 到的，所以可达到的最大细分倍数为2的12次幂，即4096倍。同理用14位A/D 转换器可以达到的最大细分倍数16384倍；其中的计算过程是，将采样过程获 得的两路正余弦信号的电压值的数字量进行除法的操作，即用A相信号A/D转 换后的数字量除以B相信号A/D转换后的数字量(或用C相信号A/D转换后的 数字量除以D相信号A/D转换后的数字量)。其中A/D的位数决定的是细分倍数 的最大值，如12位的A/D最大的细分倍数可达4096倍。也可以实现比它小的 2048，1024，512，256，128，64，32倍。

整周期计算模块，用于对编码器输入的正余弦信号进行整周期的计数。正 余弦信号的整周期计算模块，将编码器输出的正余弦信号进行整周期的计数， 编码器旋转一周，计数值的增量等于编码器的线数，要对输入信号要进行滤波， 要处理整周期波形的滞后现象。

通过一种数字滤波的方法(就是在一个高频的时钟控制下对方波信号的高 电平(或低电平)进行多次采样，取多数的情况。(如对高电平采样5次，由于 干扰有一次为0，四次为1，就认为结果为1))，将高频干扰滤除掉，以防整周 期计数值出现偏差。其中，要处理整周期波形的滞后现象包括想对输入的正余 弦波进行整周期计数，先要对正余弦波进行方波整形，是通过比较器实现的，(就 是正余弦信号的电压高于某个值时，如2.5V，就整成高电平，低于2.5V时就整 成低电平)也是很通用的方法。(这是对整周期波形的处理)。否则无法进行计 数。整形完成后进行计数操作，在这期间需要将滞后的部分补偿回来。

正余弦波进行整形包括在纯硬件基础上将波形变为易处理的形式，但在这 一过程中，新的波形将相对输入的波形产生滞后。为解决这种滞后进行周期计 算时需要将整周期的滞后值进行补偿，通过AD输出值的采样和计算模块中得到 的一个同步信号，将滞后值进行补偿计算，从而使整周期计数值不会因为滞后 产生误差。