一种增量式编码器绝对值位置重构系统及其方法技术方案

一种增量式编码器绝对值位置重构系统及其方法。它采用FPGA+MCU控制架构，具体为，同步电机转动时增量式编码器输出ABZ信号，经控制系统信号调理与电平转换之后进入FPGA芯片，依据ABZ信号通过FPGA芯片软件编程实现电机速度计算和电机位置重构，并将速度和位置信息传输给MCU进行电机算法控制。本发明专利技术有益效果为：本系统及其方法采用并行实时处理的FPGA芯片对编码器ABZ信号进行采集及位置计算，实现电机绝对值位置计算，取消绝对值位置编码器，解决工程化应用中采用的传统配置两个编码器方案所带来的诸多弊端，采用一个增量式编码器信号采集实现电机的速度和绝对位置计算，消除数据采集传输的滞后响应时间，有利于提高系统控制实时响应能力，提高控制精度。提高控制精度。提高控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种增量式编码器绝对值位置重构系统及其方法


[0001]本专利技术涉及冶金轧机
，具体涉及一种增量式编码器绝对值位置重构系统及其方法。

技术介绍

[0002]目前冶金轧机行业主传动控制系统同步电机速度和位置采集通用的方案是采用两种重载高精度编码器对同步电机的速度和位置进行采集：增量式编码器进行电机速度采集以及绝对值位置编码器进行电机位置采集。
[0003]增量式编码器将电机转动时的位移信号转换成输出三对差分脉冲式电信号A信号(A+、A
‑
)、B信号(B+、B
‑
)、Z信号(Z+、Z
‑
)，其中A和B信号是相位相差900正交信号，Z信号为编码器零位信号，编码器转动一圈会有一个零位Z信号输出。两个相邻Z信号之间的A/B信号脉冲总个数对应编码器齿数(Max_Num)，即编码器一圈脉冲数Max_Num对应电机机械角度360
°
，电机转过A/B的脉冲数N所对应的电机转动的机械角度为电机角度位置精度为
[0004]由于增量式编码器位置是相对位置，需要零位Z信号脉冲强制将相对位置变成绝对位置，即电机正转时电机机械角度置0
°
(N＝0)，反转时机械角度置360
°
(N＝Max_Num)，因此当控制系统断控制电重启之后，当电机开始转动时在第一个零位Z信号未到来之前，这段时间的电机转动的位置是错误信号，不能反映实际电机位置
[0005]在治金轧机行业主传动控制系统维护中，必须同时保证以上两种编码器的稳定运行，如其中有一个编码器信号异常，将导致传动系统无法正常运行。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术中不足与缺陷，提供一种增量式编码器绝对值位置重构系统及其方法，本系统及其方法采用并行实时处理的FPGA芯片对编码器ABZ信号进行采集及位置计算，实现电机绝对值位置计算，取消绝对值位置编码器，解决工程化应用中采用的传统配置两个编码器方案所带来的诸多弊端，采用一个增量式编码器信号采集实现电机的速度和绝对位置计算，消除数据采集传输的滞后响应时间，有利于提高系统控制实时响应能力，提高控制精度。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案是：一种增量式编码器绝对值位置重构系统，它采用FPGA+MCU控制架构，具体为，同步电机转动时增量式编码器输出ABZ信号，经控制系统信号调理与电平转换之后进入FPGA芯片，依据ABZ信号通过FPGA芯片软件编程实现电机速度计算和电机位置重构，并将速度和位置信息传输给MCU进行电机算法控制。
[0008]一种增量式编码器绝对值位置重构方法，其特征在于，具体方法为：
[0009]S1，电机方向信号判断；
[0010]S2，利用C＝A^B(A异或B)且取上升和下降沿进行位置计数，实现位置精度计算四
倍提升；
[0011]S3，在C的上升沿和下降沿变化时，当电机正转Dir＝1时，位置Cur_Posi_Data累加1(Cur_Posi_Data＝Cur_Posi_Data+1)，当电机反转Dir＝0时，位置Cur_Posi_Data累减1(Cur_Posi_Data＝Cur_Posi_Data
‑
1)；
[0012]S4，当零位Z信号到来时，如果电机正转Dir＝1时，位置Cur_Posi_Data＝0，当电机反转Dir＝0时，位置Cur_Posi_Data＝4*Max_Num；
[0013]S5，FPGA定时钟周期将实时位置Cur_Posi_Data存储到flash存储器中，(Ini_Posi_Data＝Cur_Posi_Data)；
[0014]S6，初始位置读取；
[0015]S7，零位Z信号到来之前，在C沿变发生时，如果电机方向正转Dir＝1时，实时位置Cur_Posi_Data＝Cur_Posi_Data+1，如果电机方向反转Dir＝0时，实时位置Cur_Posi_Data＝Cur_Posi_Data
‑
1；只要零位Z信号到来，如果电机正转Dir＝1时，位置Cur_Posi_Data＝0，当电机反转Dir＝0时，位置Cur_Posi_Data＝4*Max_Num)；
[0016]S8，依次轮询进行计算。
[0017]进一步的，所述电机方向信号判断具体为：利用A信号和B信号之间的900相位关系可以判断电机正反转，A信号超前B信号900为电机正转Dir＝1，B信号超前A信号900为电机反转Dir＝0。
[0018]进一步的，所述利用C＝A^B(A异或B)且取上升和下降沿进行位置计数，实现位置精度计算四倍提升具体为：电机机械角度360
°
对应电机位置4*Max_Num，从而实现由原来电机位置脉冲0～Max_Num提高到4倍频电机脉冲位置0～4*Max_Num，电机角度计算精度提升4倍。
[0019]进一步的，所述FPGA定时钟周期将实时位置Cur_Posi_Data存储到flash存储器中，(Ini_Posi_Data＝Cur_Posi_Data)；以便控制单元断电重启后FPGA知晓电机的初始位置Ini_Posi_Data。
[0020]进一步的，所述初始位置读取具体为：当控制系统断电重启后，FPGA首先读取存储器flash中零速时的位置Ini_Posi_Data作为实时电机位置Cur_Posi_Data＝Ini_Posi_Data。
[0021]采用上述技术方案后，本专利技术有益效果为：本系统及其方法采用并行实时处理的FPGA芯片对编码器ABZ信号进行采集及位置计算，实现电机绝对值位置计算，取消绝对值位置编码器，解决工程化应用中采用的传统配置两个编码器方案所带来的诸多弊端，采用一个增量式编码器信号采集实现电机的速度和绝对位置计算，消除数据采集传输的滞后响应时间，有利于提高系统控制实时响应能力，提高控制精度。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本专利技术的系统结构框图。
[0024]图2是本专利技术中流程示意图。
具体实施方式
[0025]实施例一
[0026]参看图1所示，本具体实施方式采用的技术方案是：它采用FPGA+MCU控制架构，具体为，同步电机转动时增量式编码器输出ABZ信号，经控制系统信号调理与电平转换之后进入FPGA芯片，依据ABZ信号通过FPGA芯片软件编程实现电机速度计算和电机位置重构，并将速度和位置信息传输给MCU进行电机算法控制。
[0027]参看图2所示，一种增量式编码器绝对值位置重构方法，其特征在于，具体方法为：
[0028]S1，电机方向信号判断，利用A信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增量式编码器绝对值位置重构系统，其特征在于：它采用FPGA+MCU控制架构，具体为，同步电机转动时增量式编码器输出ABZ信号，经控制系统信号调理与电平转换之后进入FPGA芯片，依据ABZ信号通过FPGA芯片软件编程实现电机速度计算和电机位置重构，并将速度和位置信息传输给MCU进行电机算法控制。2.一种增量式编码器绝对值位置重构方法，其特征在于，具体方法为：S1，电机方向信号判断；S2，利用C＝A^B(A异或B)且取上升和下降沿进行位置计数，实现位置精度计算四倍提升；S3，在C的上升沿和下降沿变化时，当电机正转Dir＝1时，位置Cur_Posi_Data累加1(Cur_Posi_Data＝Cur_Posi_Data+1)，当电机反转Dir＝0时，位置Cur_Posi_Data累减1(Cur_Posi_Data＝Cur_Posi_Data
‑
1)；S4，当零位Z信号到来时，如果电机正转Dir＝1时，位置Cur_Posi_Data＝0，当电机反转Dir＝0时，位置Cur_Posi_Data＝4*Max_Num；S5，FPGA定时钟周期将实时位置Cur_Posi_Data存储到flash存储器中，(Ini_Posi_Data＝Cur_Posi_Data)；S6，初始位置读取；S7，零位Z信号到来之前，在C沿变发生时，如果电机方向正转Dir＝1时，实时位置Cur_Posi_Data＝Cur_Posi_Data+1，如果电机方向反转Dir＝0时，实时位置Cur_Pos...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艺明，陈玉叶，詹光曹，陈杞榕，林振杨，陈宝辉，
申请(专利权)人：福建省三钢集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：