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CN101021423A - 编码器的偏移补偿电路 - Google Patents

编码器的偏移补偿电路 Download PDF

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CN101021423A
CN101021423A CNA2007100791652A CN200710079165A CN101021423A CN 101021423 A CN101021423 A CN 101021423A CN A2007100791652 A CNA2007100791652 A CN A2007100791652A CN 200710079165 A CN200710079165 A CN 200710079165A CN 101021423 A CN101021423 A CN 101021423A
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circuit
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CNA2007100791652A
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谷口满幸
菊地弘文
松尾忠义
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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    • G01D5/2448—Correction of gain, threshold, offset or phase control

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

本发明提供编码器的偏移补偿电路。在同一定时对相位相差90度的第一相及第二相信号进行采样并根据A/D转换后的数字信号检测角度信号的编码器中，具有：偏移检测电路，使用第一相A/D转换值AD在第一个值XA附近时的第二相A/D转换值BD求得第二相的偏移值Bofs，使用第二相A/D转换值BD在第二个值XB附近时的第一相A/D转换值AD求得第一相的偏移值Aofs，在计算下一次的第一及第二偏移值Aofs、Bofs时，将本次求得的第一偏移值Aofs用于第一个值XA，将本次求得的第二偏移值Bofs用于第二个值XB；和减法电路，使用第一及第二偏移值Aofs、Bofs对第一及第二相信号的偏移进行补偿。

Description

编码器的偏移补偿电路
技术领域
本发明是本申请人的专利第3026949号“编码器的偏移补偿电路”的改良发明，其涉及一种用于在NC机床、产业用机器人中使用的电动机或线性编码器的位置检测的编码器，特别涉及一种编码器的、用于补偿偏移的偏移补偿电路。
背景技术
已知如下方法：在将移动体的移动量作为角度量来进行计算时，通过位置检测器将移动体的移动量作为正弦波或余弦波等模拟量进行检测，将检测到的模拟量转换为数字量后，通过编码器转换为角度量进行计算。
编码器为了提高分辨能力，检测相位有偏差的A相信号和B相信号两个信号，将这两相的信号分别通过A/D转换器转换为数字信号，根据转换的数字信号算出角度。当在编码器中正弦波或余弦波的零电平偏离时产生偏移，所检测的角度量也会产生误差。
图1是本申请人的所述专利第3026949号中记载的编码器的偏移补偿电路的概略方框图。图1中用虚线表示的偏移补偿电路1具有：A相偏移检测电路10A、B相偏移检测电路10B以及减法电路11A、11B。
A相偏移检测电路10A是使用B相A/D转换值在零附近时的A相A/D转换值来求得A相偏移值Aofs的检测电路，输入通过A/D转换器2A将A相信号进行A/D转换得到的数字值AD和通过A/D转换器2B将B相信号进行A/D转换得到的数字值BD，根据是否满足0-Vd≤BD≤0+Vd来判断B相的A/D转换值BD是否在零附近，在B相在零附近时的A/D转换的时钟的定时检测A相侧的A/D转换值，使用该值求得A相偏移值Aofs。
另外，B相偏移检测电路10B是使用A相的A/D转换值在零附近时的B相A/D转换值BD来求得B相的偏移值Bofs的检测电路，输入通过A/D转换器2B将B相信号进行A/D转换得到的数字值BD和通过A/D转换器2A将A相信号进行A/D转换得到的数字值AD，对A相信号在过零时刻附近的A相A/D转换值进行检测，使用该值求得B相的偏移值Bofs。
减法电路11A、11B是，使用偏移检测电路10A、10B所检测到的偏移值，对包含在各相的A/D转换值的偏移进行补偿的补偿电路。减法电路11A向P端子输入A相的A/D转换值AD并向N端子输入A相偏移值Aofs，进行(AD-Aofs)的减法运算。另外，减法电路11B向P端子输入B相的A/D转换值BD并向N端子输入B相偏移值Bofs，进行(BD-Bofs)的减法运算。从减法电路11A、11B输出进行偏移补偿后的A相信号以及B相信号，通过角度检测电路3进行角度检测。
图2是图1所示的现有偏移检测电路的偏移值检测动作的一例的说明图，
图3是图1所示的现有偏移检测电路的偏移值检测动作的另一例的说明图。
图2及图3中，圆的一周表示A相或B相信号的360°，圆上的白色圆圈表示采样时刻。一个点划线的纵轴和横轴与圆的交点分别表示偏移为零时的A相及B相的过零时。实线的纵向的0及横向的0与圆的交点分别表示偏移为有限值时的A相及B相的过零时。
如图所示，在实际的信号采样中过零时与信号的采样周期未必一致。因此，在信号过零时检测过零的阈值具有(0±Vd)的幅度，将在该范围内检测的采样值作为信号过零时的各相采样值。
即，在无偏移时，以一点划线表示的坐标上，在B相侧过零点上A相侧的正及负值的绝对值相等，另外A相侧过零点上B相侧的正及负值的绝对值相等。此时，将在(0±Vd)的范围内采样的值作为A相以及B相的值。
另外，在存在偏移时，以实线表示的坐标上，将B相侧过零点上的A相侧正值Ap’(图2中的采样时刻21的采样值)和负值An’(图2中的采样时刻22的采样值)的绝对值的平均值作为A相的值。同样将A相侧过零点上的B相侧正值Bp’(图2中的白色圆圈23)和负值Bn’(图2中的白色圆圈24)的绝对值的平均值作为B相的值。
这样，在现有电路中，不是在另一相的A/D转换值在过零时而是在过零时的附近(0±Vd)进行各相的电压检测。为此，如图2所示，采样周期T1相对于输入信号的360°的周期(图2的圆的一周)较大时，即使过零时与采样时偏离的情况下也可以得到偏移量。
【专利文献1】专利第3026949号
然而，如图3所示，采样周期T2相对于输入信号周期较小时，在(0±Vd)的范围内会存在多个采样值。例如，在B相的A/D转换值在0±Vd范围内时，对A相而言，存在多个采样时刻41、42、43、44、45、46、47、48。在以图示的逆时针方向旋转的过程中取得采样值时，B相A/D转换值为0+Vd时的A相正转换值Ap’为采样时刻41～44中最初采样时刻41的值，B相A/D转换值为0-Vd时的A相正转换值An’为采样时刻45～48中最初采样时刻45的值。然后，将这两个值的平均值{(Ap’+An’)/2}作为偏移值。
即，偏移值表示为如下：
(Ap’+An’)/2＝{(Ap-ΔAp)+(An-ΔAn)}/2
＝(Ap+An)/2-(ΔAp+ΔAn)/2
根据图4A、图4B、图5A以及图5B说明该问题。
首先在图4A及图4B的状态下没有问题。
图4A是表示与B相的偏移为零时的B相过零点对应的A相采样值的A/D转换值Ap、以及与其偏移值为-ΔAp时的B相过零点对应的A相采样值的A/D转换值Ap ’的图形，图4B是表示与偏移为零时的B相过零点对应的A相采样值的A/D转换值An、以及与其偏移值为-ΔAn时的B相过零点对应的A相采样值的A/D转换值Ap’的图形。此时，由于偏移值-ΔAp以及-ΔAn较小，因此，
-ΔAp+(-ΔAn)0
(Ap’+An’)/2(Ap+An)/2
作为整体的偏移值大约等同于无偏移时的情况。
同样，在A相的过零附近的B相采样值的A/D转换值Bp与偏移值ΔBp及ΔBn较小的情况下，
ΔBp+ΔBn0
(Bp’+Bn’)/2(Bp+Bn)/2
作为整体的偏移值大约等同于无偏移时的情况。
这样，在A、B两相中偏移值较小的情况下不存在特殊的问题。
图5A是表示与B相偏移为零时的B相偏移点对应的A相采样值的A/D转换值Ap、以及与偏移值为+ΔAp时的B相偏移点对应的A相采样值的A/D转换值Ap’的图形。图5B是表示与B相过零点对应的A相采样值的A/D转换值An、以及与偏移值+ΔAn较大时的B相过零点对应的A相采样值的A/D转换值An’的图形。在图5A以及图5B所示的情况下，由于偏移值+ΔAn较大，因此，如下式所示整体的偏移值中含有较大的误差α。
ΔAp+ΔAn≠0
(Ap’+An’)/2＝(Ap+An)/2-α
同样，B相的偏移值较大时，作为平均值的偏移值也含有较大的误差。
因此，在现有技术中，在至少一相的偏移较大、采样周期T2相对于输入信号周期较小时，存在不能得到正确偏移量的问题。
鉴于上述现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种编码器的偏移补偿电路，其可以与采样周期长度或偏移大小无关地得到正确的偏移量。
发明内容
根据本发明的第一实施方式，提供一种编码器的偏移补偿电路，所述编码器在同一定时对相位大约相差90度的第一相信号及第二相信号进行采样，根据进行A/D转换得到的数字信号来检测角度信号，所述编码器的偏移补偿电路的特征在于，具有：偏移检测电路，使用第一相的A/D转换值在第一个值附近时的第二相的A/D转换值求得第二相的偏移值，使用第二相的A/D转换值在第二个值附近时的第一相的A/D转换值求得第一相的偏移值，在计算下一次的第一偏移值及第二偏移值时，将本次求得的第一偏移值用于第一个值，将本次求得的第二偏移值用于第二个值；和补偿电路，使用第一偏移值及第二偏移值对第一相信号及第二相信号的偏移进行补偿。
理想的是偏移检测电路中将第一个值、第二个值的初始值设为零。
此外，偏移检测电路理想的是，计算第一相A/D转换值在以第一个值附近的阈值设定的范围内时的、第二相的正A/D转换值与第二相的负A/D转换值的平均值，并将该平均值作为第二相的偏移值来进行检测；计算第二相A/D转换值在以第二个值附近的阈值设定的范围内时的、第一相的正A/D转换值与第一相的负A/D转换值的平均值，并将该平均值作为第一相的偏移值来进行检测。
此外，偏移值优选：根据多个正A/D转换值和多个负A/D转换值算出的值。
此外，理想的是交替更新用于求得平均值的正A/D转换值和负A/D转换值。
此外，补偿电路优选：从一相A/D转换值中减去通过偏移检测电路求出的一相偏移值的补偿电路。
现有技术当中，对用于得到偏移量的各相电压进行检测的条件为“0±Vd”，是固定的，但是本发明中，对用于得到偏移量的各相电压进行检测的条件为“XA±Vd”、“XB±Vd”，XA、XB遵循算出的偏移值。
因此具有如下效果：随着反复进行计算，算出的偏移值接近正确值。
附图说明
图1是本申请人的专利第3026949号中记载的编码器的偏移补偿电路的概略方框图。
图2说明图1所示的现有偏移检测电路的偏移值的检测动作的一例。
图3说明图1所示的现有偏移检测电路中、采样周期相对于输入信号周期较小时的问题。
图4A、图4B说明图1所示的现有偏移检测电路中、即使采样周期相对于输入信号周期较小时也不存在问题的情况。
图5A、图5B说明图1所示的现有偏移检测电路中、采样周期相对于输入信号周期较小时存在问题的情况。
图6是本发明实施方式的编码器的偏移补偿电路的概略方框图。
图7A-图7C分别说明时刻t＝0、t＝t1、t＝t2状态下的偏移检测动作。
具体实施方式
图6是本发明实施方式的编码器的偏移补偿电路的概略方框图。该图中，以虚线表示的偏移补偿电路60具有：A相偏移检测电路62A、B相偏移检测电路62B、以及减法电路63A、63B。A相信号与B相信号的相位大约相差90度。A相信号通过A/D转换机61A转换为数字信号AD，被输入到A相偏移检测电路62A和B相偏移检测电路62B。B相信号通过A/D转换机61B转换为数字信号BD，被输入到A相偏移检测电路62A和B相偏移检测电路62B。A相偏移检测电路62A及B相偏移检测电路62B根据这些A相及B相的数字信号，通过以下记载的方法得到偏移值Aofs以及Bofs。
A相偏移检测电路62A，使用在B相A/D转换值BD在值XB附近时的A相A/D转换值AD，求得A相的偏移值Aofs。然后，在计算下一次的偏移值Aofs时，将本次求得的偏移值Bofs用于值XB。
另外，B相偏移检测电路62B，使用在A相的A/D转换值AD在值XA附近时的B相A/D转换值BD，求得B相的偏移值Bofs。然后，在计算下一次的偏移值Bofs时，将本次求得的偏移值Aofs用于值XA。
减法电路63A、63B是，使用偏移检测电路62A、62B检测出的偏移值，对包含在各相A/D转换值的偏移进行补偿的补偿电路。减法电路63A向P端子输入A相的A/D转换值并向N端子输入A相偏移值，进行AD-Aofs的运算。另外，减法电路63B向P端子输入B相的A/D转换值BD并向N端子输入B相偏移值Bofs，进行(BD-Bofs)的减法运算。从减法电路63A、63B输出进行偏移补偿后的A相信号及B相信号，通过角度检测电路64进行角度检测。
下面根据图7说明本发明实施方式的偏移检测电路的偏移检测动作。
图7A至图7C分别说明时刻t＝0、t＝t1、t＝t2状态下的偏移检测动作。在这里，时刻t为0＜t1＜t2。由图可知，t＝0时XA为较低值，而当t＝1、t＝2时逐渐成为较高值。另外，t＝0时XB也为较低值，而当t＝1、t＝2时逐渐成为较高值。按照这些值XA、XB的变化，采样值Ap’、An’、Bp’、Bn’也随着时刻变化。
理想的是将值XA、XB的初始值设为零。
偏移检测电路，计算第一相A/D转换值AD在以第一个值XA附近的阈值设定的范围内时的、B相的正A/D转换值Bp’和B相的负A/D转换值Bn’的平均值，并将其平均值作为B相的偏移值进行检测。计算第二相A/D转换值BD在以第二个值XB的附近的阈值设定的范围内时的、A相的正A/D转换值Ap’和A相的负A/D转换值An’的平均值，并将其平均值作为A相的偏移值来进行检测。
偏移值是根据多个正A/D转换值和多个负A/D转换值算出的值。
交替更新用于求得平均值的正A/D转换值和多个负A/D转换值。
减法电路是，使用偏移检测电路检测出的偏移值，对A相及B相A/D转换值所包含的偏移进行补偿的补偿电路。
产业上的利用可能性
在用于NC机床、产业用机器人所使用的电动机或线性编码器的位置检测的编码器中，可以与采样周期的长度或偏移的大小无关地得到正确的偏移量。

Claims (6)

1.一种编码器的偏移补偿电路，所述编码器在同一定时对相位大约相差90度的第一相信号及第二相信号进行采样，根据进行A/D转换得到的数字信号来检测角度信号，其特征在于，具有：
偏移检测电路(62A、62B)，使用所述第一相的A/D转换值(AD)在第一个值附近时的所述第二相的A/D转换值(BD)求得所述第二相的偏移值(Bofs)，使用所述第二相的A/D转换值(BD)在第二个值附近时的所述第一相的A/D转换值(AD)求得所述第一相的偏移值(Aofs)，在计算下一次的所述第一偏移值(Aofs)及所述第二偏移值(Bofs)时，将本次求得的所述第一偏移值(Aofs)用于所述第一个值，将本次求得的所述第二偏移值(Bofs)用于所述第二个值；和
补偿电路(60)，使用所述第一偏移值(Aofs)及所述第二偏移值(Bofs)对所述第一相信号及所述第二相信号的偏移进行补偿。
2.根据权利要求1所述的编码器的偏移补偿电路，其特征在于，
所述偏移检测电路(62A，62B)将所述第一个值和所述第二个值的初始值设为零。
3.根据权利要求1或2所述的编码器的偏移补偿电路，其特征在于，
所述偏移检测电路(62A，62B)，
对所述第一相的A/D转换值(AD)在由所述第一个值附近的阈值设定的范围内时的、所述第二相的正A/D转换值(Bp’)与所述第二相的负A/D转换值(Bn’)的平均值进行运算，将该平均值作为所述第二相的偏移值来进行检测；
对所述第二相的A/D转换值(BD)在由所述第二个值附近的阈值设定的范围内时的、所述第一相的正A/D转换值(Ap’)与所述第一相的负A/D转换值(Bn’)的平均值进行运算，将该平均值作为所述第一相的偏移值进行检测。
4.根据权利要求3所述的编码器的偏移补偿电路，其特征在于，
所述偏移值是根据多个正A/D转换值和多个负A/D转换值算出的值。
5.根据权利要求4所述的编码器的偏移补偿电路，其特征在于，
交替更新用于求得平均值的所述正A/D转换值和负A/D转换值。
6.根据权利要求1所述的编码器的偏移补偿电路，其特征在于，
所述补偿电路(60)是，从所述第一相及所述第二相中的某一相的A/D转换值中，减去通过所述偏移检测电路(62A、62B)求出的一相的偏移值的减法电路(63A、63B)。
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