[發(fā)明專利]一種光電編碼器干擾消除方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310599208.5
• 申請(qǐng)日: 2013-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN103644924A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 簡(jiǎn)玉君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 簡(jiǎn)玉君
• 主分類號(hào): G01D3/032
• 分類號(hào): G01D3/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

??????本發(fā)明屬于電學(xué)技術(shù)，特別涉及一種光電編碼器干擾消除方法。

背景技術(shù)

??????在現(xiàn)代工業(yè)化中，為實(shí)現(xiàn)高精度的伺服控制，需要精確檢測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度，以實(shí)現(xiàn)定向和速度控制。光電編碼器作為一種位置檢測(cè)元件，從上世紀(jì)九十年代開始應(yīng)用于機(jī)床和計(jì)算儀器，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)量精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外受到重視和推廣。近年來取得長(zhǎng)足的發(fā)展，在精密定位，速度，長(zhǎng)度，加速度，振動(dòng)等方面得到廣泛運(yùn)用，特別是在數(shù)控機(jī)床等精密定位方面使用較多。光電編碼器由裝在轉(zhuǎn)子上的碼盤與裝在定子上的光電檢測(cè)元件構(gòu)成，利用光譜衍射原理實(shí)現(xiàn)位移數(shù)字變換。光電編碼器大致按編碼方式可分為兩類：絕對(duì)式光電編碼器，增量式光電編碼器。?其中絕對(duì)式光電編碼器有與位置相對(duì)應(yīng)的代碼輸出，通常為二進(jìn)制碼或BCD?碼，從代碼數(shù)大小的變化可以判別正反方向和位移所在的位置。但都價(jià)格昂貴，與控制系統(tǒng)的連接線多，抗干擾能力差，在此不做研究。?增量式光電編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)有A，B，Z?三路脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無限累加和測(cè)量。其中A，B?脈沖相差90°，由此判斷轉(zhuǎn)向，零位脈沖Z，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)，做為轉(zhuǎn)子的基準(zhǔn)位置。如所示：?增量式光電編碼器檢測(cè)相對(duì)位置，原理及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械壽命長(zhǎng)，可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。所以本文選取增量式光電編碼器作為研究對(duì)象。

增量式光電編碼器沒有記憶功能，其高精度的碼盤對(duì)外界因素引起的干擾非常敏感，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，由于工作環(huán)境，系統(tǒng)負(fù)載及電機(jī)本身都無可避免的會(huì)產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)，碼盤產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)時(shí)，透光縫的晃動(dòng)使得光源與感光元件之間發(fā)生很輕微的明暗交替。另外，光電編碼器的回路與系統(tǒng)其他回路之間太近或不同工作電壓之間隔離不充分，這些都能引起干擾脈沖。導(dǎo)致檢測(cè)值與實(shí)際值之間存在比較大的偏差，使得計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，嚴(yán)重降低系統(tǒng)的精度。所以有必要設(shè)計(jì)一種方案將干擾脈沖進(jìn)行過濾，以保證伺服系統(tǒng)的準(zhǔn)確。?

發(fā)明內(nèi)容

??????本發(fā)明的目的是提供一種光電編碼器干擾消除方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種光電編碼器干擾消除方法，基于FPGA?消除干擾脈沖。

設(shè)置一個(gè)4?位的分頻計(jì)數(shù)器，以時(shí)鐘頻率16分頻的采樣脈沖去檢測(cè)編碼器發(fā)出的脈沖，采用的是18.452MHz?的晶振，檢測(cè)到電平轉(zhuǎn)為上升沿刻開始，采樣脈沖連續(xù)對(duì)光電編碼器的相脈沖進(jìn)行檢測(cè)；設(shè)定連續(xù)檢測(cè)次數(shù)為6?次，若連續(xù)6?次檢測(cè)結(jié)果都為高電平，則判定此為有效高電平，若在第6?次或更少次數(shù)檢測(cè)到低電平，則判定此為干擾脈沖；同理，從下降沿開始，連續(xù)6?次檢測(cè)都為低電平，則判定此為有效低電平，假如不滿足連續(xù)6?次，則認(rèn)定為干擾脈沖，予以過濾。

若需提高檢測(cè)的精度，可以提高晶振頻率，從而提高采樣脈沖的頻率，以濾更高次的諧波。

增加連續(xù)采樣脈沖的次數(shù)，可以增加檢測(cè)的電平寬度。

本發(fā)明給出了一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)消除光電編碼器干擾脈沖的方法。此方法對(duì)于消除光電編碼器抖動(dòng)干擾或電路中產(chǎn)生的毛刺干擾有著良好的效果。通過改變采樣脈沖的頻率和采樣脈沖連續(xù)檢測(cè)的次數(shù)，可以適用于不同的系統(tǒng)精度要求。利用VHDL?語言，維護(hù)與擴(kuò)展十分方便。本方法已運(yùn)用于切紙機(jī)的推紙器定位控制當(dāng)中，取得了良好的效果。

具體實(shí)施方式

??????干擾脈沖通常頻率都比有效脈沖頻率高很多，利用這一特點(diǎn)，本文提出了一種基于FPGA?消除干擾脈沖的方法。以一個(gè)切紙機(jī)控制系統(tǒng)為例，大致結(jié)構(gòu)如所示，絲桿在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)推紙器移動(dòng)，在絲桿的一端安裝有光電編碼器，檢測(cè)絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。推紙器最高移動(dòng)速度為15m/min，則在推紙器以最高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以得知光電編碼器每秒鐘的轉(zhuǎn)數(shù)即：此為推紙器最高速時(shí)的脈沖周期，也是符合系統(tǒng)要求的最小的脈沖周期，平均一個(gè)高電平（或低電平）的時(shí)間為T/2?即為8μs。我們?cè)O(shè)置一個(gè)4?位的分頻計(jì)數(shù)器，以時(shí)鐘頻率16分頻的采樣脈沖去檢測(cè)編碼器發(fā)出的脈沖，采用的是18.452MHz?的晶振，采樣脈沖頻率為：?以所示為例，檢測(cè)到電平轉(zhuǎn)為上升沿刻開始，采樣脈沖連續(xù)對(duì)光電編碼器的相脈沖進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)定連續(xù)檢測(cè)次數(shù)為6?次，若連續(xù)6?次檢測(cè)結(jié)果都為高電平，則判定此為有效高電平，若在第6?次或更少次數(shù)檢測(cè)到低電平，則判定此為干擾脈沖。同理，從下降沿開始，連續(xù)6?次檢測(cè)都為低電平，則判定此為有效低電平，假如不滿足連續(xù)6?次，則認(rèn)定為干擾脈沖，予以過濾。?