專利名稱：一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置。
背景技術(shù)：
帶有多種接口可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置，是將多種接口的信號集中到同一塊芯片上進(jìn)行處理，通過一定的協(xié)調(diào)機(jī)制對各個(gè)接口進(jìn)行協(xié)作管理以實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制功能。當(dāng)前的數(shù)控和工控領(lǐng)域中的位置傳感器種類繁多，其接口和通訊形式日趨多樣， 半閉環(huán)和全閉環(huán)的控制的要求日益提高?，F(xiàn)有的位置信息處理裝置功能單一，難以充分滿足數(shù)控和工控領(lǐng)域的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對以上問題的提出，而研制一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置。本實(shí)用新型采用的技術(shù)手段如下一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對值數(shù)據(jù)接 Π ；連接位置傳感器接口和信息采集分配器，實(shí)現(xiàn)位置傳感器接口的選通，并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器的傳感器接口控制器；連接位置傳感器接口和傳感器接口控制器，實(shí)現(xiàn)位置信息的分配處理，之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對外通訊接口，配置接口采用半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配器；連接信息采集分配器和傳感器接口控制器，用于同外部通訊的外通訊接口。本裝置是高性能高集成化低成本的平衡產(chǎn)品，有很多優(yōu)勢。 1、兼容多種接口，可支持多種位置傳感器。2、即能支持半閉環(huán)控制，又能支持全閉環(huán)控制，為應(yīng)用的選擇提供了極大的便利。3、同一塊芯片上實(shí)現(xiàn)，集成化程度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。由于以上的特點(diǎn)，帶有多種接口可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置可在數(shù)控機(jī)床和工控設(shè)備有廣泛的應(yīng)用。

圖1為本實(shí)用新型所述裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型所述普通增量信號處理的原理圖；[0017]圖3為本實(shí)用新型所述高速增量信號處理的原理圖；圖4為本實(shí)用新型所述半閉環(huán)控制方式I的原理圖；圖5為本實(shí)用新型所述半閉環(huán)控制方式II的原理圖；圖6為本實(shí)用新型所述全閉環(huán)控制方式I的原理圖；圖7為本實(shí)用新型所述全閉環(huán)控制方式II的原理具體實(shí)施方式
應(yīng)用于位置測量、角度測量、運(yùn)動控制領(lǐng)域，如數(shù)控機(jī)床、工控設(shè)備。本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性，提供一種全面的位置信息采集分配并且實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的功能的裝置。本裝置主要分為4部分，分別是位置傳感器接口，傳感器接口控制器(可通過單片機(jī)或ARM實(shí)現(xiàn))，信息采集分配器(可通過單片機(jī)或ARM實(shí)現(xiàn))和對外通訊接口。位置傳感器接口部分包括普通增量數(shù)據(jù)接口兩個(gè)，高速增量數(shù)據(jù)接口一個(gè)，絕對值數(shù)據(jù)接口兩個(gè)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先對外通訊接口部分對傳感器接口控制器和信息采集分配器進(jìn)行配置，對傳感器接口控制器配置傳感器選用的信息，對信息采集分配器配置位置信息處理的信息(半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式)。傳感器接口控制器實(shí)現(xiàn)位置傳感器接口的選通， 并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器。信息采集分配器實(shí)現(xiàn)位置信息的分配處理， 之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對外通訊接口部分。位置傳感器接口部分結(jié)構(gòu)如下普通增量數(shù)據(jù)接口(接收信號為具有A，B，R三相，頻率不超過5M，5V電平的LVDS 信號)兩個(gè)。普通增量信號處理如圖2所示首先A，B, R三相輸入信號各自經(jīng)過一個(gè)濾波器(數(shù)字濾波器，可濾除信號上頻率大于5M的毛刺)。完成濾波的A，B相信號分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊。鑒相器模塊通過對A，B相位的相對變化判斷被檢測物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計(jì)數(shù)器方向標(biāo)志信號送給加減計(jì)數(shù)器。倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實(shí)現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號送給加減計(jì)數(shù)器。加減計(jì)數(shù)完成位置值的實(shí)時(shí)累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來Z相脈沖時(shí)位置值的鎖存。高速增量數(shù)據(jù)接口(接收信號為具有A，B, R三相，頻率不超過20M，5V電平的 LVDS信號)一個(gè)。高速增量信號處理如圖3所示首先A，B, R三相輸入信號各自經(jīng)過一個(gè)高速濾波器(數(shù)字濾波器，可濾除信號上頻率大于20M的毛刺)。完成濾波的A，B相信號分別送給鑒相器模塊和倍頻器模塊。鑒相器模塊通過對A，B相位的相對變化判斷被檢測物體的位置變化方向，并將位置變化方向?qū)?yīng)成計(jì)數(shù)器方向標(biāo)志信號送給加減計(jì)數(shù)器。倍頻器模塊依照A，B相的相位變化實(shí)現(xiàn)4倍頻，并將產(chǎn)生的脈沖增量信號送給加減計(jì)數(shù)器。加減計(jì)數(shù)完成位置值的實(shí)時(shí)累加更新，同步鎖存器完成位置值的同步鎖存，Z相鎖存器完成來Z相脈沖時(shí)位置值的鎖存。絕對值數(shù)據(jù)接口(具有兩路雙向5V電平的LVDS信號收發(fā)接口，支持EnDat，SPI 協(xié)議。)兩個(gè)。信息采集分配器可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配和全閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配，其結(jié)構(gòu)和原理如下半閉環(huán)控制方式，如圖4，5所示電機(jī)編碼器反饋的角度位置信息，通過一個(gè)增量或絕對值數(shù)據(jù)接口，將采集到的實(shí)時(shí)的角度位置信息分別按照速度環(huán)的周期和位置環(huán)的周期進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。與速度環(huán)同步的位置信息，如果是增量信息將進(jìn)行M/T測速，若是絕對值信息將進(jìn)行M測速，得到軸的轉(zhuǎn)速信息反饋給速度環(huán)。脈沖測速最典型的方法有測頻率(M法)和測周期(T法)。M法、T法各有優(yōu)劣和適應(yīng)范圍，編碼器線數(shù)不能無限增加、測量時(shí)間也不能太長(得考慮實(shí)時(shí)性)、計(jì)時(shí)單位也不能無限小，所以往往M法、T法都無法勝任全速度范圍內(nèi)的測量。因此產(chǎn)生了 M法、T法結(jié)合的M/T測速法低速時(shí)測周期、高速時(shí)測頻率。M/T法中的“低速”、“高速”如何確定假定能接受的誤差范圍為1%、M法測得脈沖數(shù)為f，T法測得時(shí)間為t。M 法2/f <= 1% = = > f >= 200即一次測量的最小脈沖數(shù)為200，設(shè)此頻率對應(yīng)的速度為VlT 法(1/(t-1)-1/t)/(1/t) <= 1% = = > t >= 101即一次測量的時(shí)間為101個(gè)單位，設(shè)此周期對應(yīng)的速度為V2若計(jì)時(shí)單位為mS，則t > = IOlmS這只是理論精度，實(shí)際應(yīng)用還要考慮脈沖信號采集的延遲，軟硬件處理所需花費(fèi)的時(shí)間。若Vl <V2，則M/T法能滿足全范圍內(nèi)的速度測量。一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，就需要詳細(xì)的計(jì)算，使Vl <V2或盡可能接近。不能光憑經(jīng)驗(yàn)估算確定高低速、傳動比、編碼線數(shù)。然后很不幸，很多現(xiàn)有系統(tǒng)中會出現(xiàn)Vl > V2，就會出現(xiàn)(V2，VI)這一段速度無論M法還是T 法都無法覆蓋的情況，一個(gè)緩解的辦法就是在(V2，V1)段同時(shí)使用M法和T法測量，然后取平均值。與位置環(huán)同步的置信息，是將按照位置環(huán)的周期采集的角度位置信息根據(jù)機(jī)械比、直徑或者絲杠螺距等變速比例換算成直線位置信息，反饋給位置環(huán)。全閉環(huán)控制方式，如圖6、7所示全閉環(huán)控制是針對直線運(yùn)動控制的，不僅需要電機(jī)編碼器反饋的角度位置信息， 還需要直線方向上的位置測量信息。電機(jī)編碼器反饋的角度位置信息，通過一個(gè)增量或絕對值數(shù)據(jù)接口，將采集到的實(shí)時(shí)的角度位置信息按照速度環(huán)的周期和進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。與速度環(huán)同步的位置信息，如果是增量信息將進(jìn)行M/T測速，若是絕對值信息將進(jìn)行M測速，得到軸的轉(zhuǎn)速信息反饋給速度環(huán)。直線方向上的位置測量信息將按位置環(huán)的周期進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將位置信息反饋給位置環(huán)。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對值數(shù)據(jù)接口 ； 連接位置傳感器接口和信息采集分配器，實(shí)現(xiàn)位置傳感器接口的選通，并且將接口選通的信息傳給信息采集分配器的傳感器接口控制器；連接位置傳感器接口和傳感器接口控制器，實(shí)現(xiàn)位置信息的分配處理，之后將轉(zhuǎn)速信息和直線位置信息送到對外通訊接口，配置接口采用半閉環(huán)控制處理方式或全閉環(huán)控制處理方式的信息采集分配器；連接信息采集分配器和傳感器接口控制器，用于同外部通訊的外通訊接口。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多接口可支持半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制的位置信息處理裝置，其特征在于包括位置傳感器接口，包括普通增量數(shù)據(jù)接口、高速增量數(shù)據(jù)接口和絕對值數(shù)據(jù)接口，傳感器接口控制器，信息采集分配器，對外通訊接口，用于同外部通訊。本裝置能夠兼容多種接口，可支持多種位置傳感器，帶有多種接口可實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)和全閉環(huán)控制的裝置可在數(shù)控機(jī)床和工控設(shè)備有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號G05B19/04GK202093336SQ201120157458
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者于德海, 張贊秋, 李俊, 鄭君民, 郝天陽, 陳虎, 隋繼平 申請人:大連光洋科技工程有限公司