正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)、方法及差分放大電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)、方法及差分放大電路,包括:放大模塊,用于接收正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào),并將所述正余弦差分信號(hào)合成放大,得到模擬量信號(hào);電壓跟隨模塊,用于對(duì)所述模擬量信號(hào)進(jìn)行濾波降噪;控制器接收濾波降噪后的模擬量信號(hào);判斷所述模擬量信號(hào)是否在預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi),如果所述模擬量信號(hào)不在所述預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則判斷為所述正余弦編碼器斷線。本發(fā)明降低了正余弦編碼器斷線檢測(cè)硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度,簡(jiǎn)化了正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì),優(yōu)化了正余弦編碼器斷線檢測(cè),同時(shí)降低了正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)的成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)、方法及差分放大電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電子檢測(cè)領(lǐng)域,具體涉及到一種正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)、方法及 差分放大電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 正余弦編碼器適用于永磁同步電機(jī)的閉環(huán)矢量控制系統(tǒng),常用于伺服驅(qū)動(dòng)、電梯 控制等系統(tǒng)正余弦編碼器輸出A相、B相、C相、D相等正余弦差分信號(hào),每相信號(hào)都由兩路信 號(hào)組成即六+、六-、13+、13-、0+、(]-、0+、〇-彳目號(hào)。一般C相、D相用來(lái)確定永磁同步電機(jī)的磁極角 度,而永磁同步電機(jī)磁極角度一般用來(lái)對(duì)永磁同步電機(jī)的解耦矢量控制,如果編碼器C+、 C-、D+、D-信號(hào)出現(xiàn)斷線,會(huì)對(duì)永磁同步電機(jī)正常啟動(dòng)帶來(lái)不良的影響,有時(shí)候甚至?xí)w車(chē), 同時(shí)A相、B相彳目號(hào)是速度反饋彳目號(hào),A+、A-、B+、B-彳目號(hào)出現(xiàn)斷線也會(huì)對(duì)永磁同步電機(jī)的閉環(huán) 矢量控制造成不良的影響,故而正余弦編碼器的斷線檢測(cè)方法尤為重要?,F(xiàn)有的正余弦編 碼器斷線檢測(cè)通常由硬件電路將正余弦編碼器輸出的電壓分壓,分壓后的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓 進(jìn)行電壓比較,從而檢測(cè)判斷正余弦編碼器是否斷線。然而由硬件電路檢測(cè)正余弦編碼器 斷線的系統(tǒng)通常會(huì)導(dǎo)致硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜,成本高。
[0003] 如何降低正余弦編碼器斷線檢測(cè)硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度,優(yōu)化正余弦編碼器斷線檢 測(cè)成為亟待解決的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何降低正余弦編碼器斷線檢測(cè)硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜 度,優(yōu)化正余弦編碼器斷線檢測(cè)。
[0005] 為此,根據(jù)第一方面,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于正余弦編碼器的差分放大電 路,包括:
[0006] 放大模塊,用于接收正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào),并將正余弦差分信號(hào) 合成放大,得到模擬量信號(hào);電壓跟隨模塊,用于對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行濾波降噪。
[0007] 優(yōu)選地,用于正余弦編碼器的差分放大電路還包括:濾波模塊,用于連接至放大模 塊和正余弦編碼器之間,濾波模塊用于對(duì)正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào)進(jìn)行濾波降 噪,得到濾波降噪后的正余弦差分信號(hào);放大模塊接收濾波模塊濾波降噪后的正余弦差分 信號(hào)。
[0008] 根據(jù)第二方面,本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng),包括:
[0009] 多對(duì)用于正余弦編碼器的差分放大電路,用于分別連接至正余弦編碼器的正余弦 信號(hào)輸出端,以分別將正余弦編碼器的各對(duì)正余弦信號(hào)輸出端的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成與各對(duì)差 分信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的各路模擬量信號(hào);控制器,用于接收各路模擬量信號(hào),并根據(jù)各路模擬量 信號(hào)來(lái)檢測(cè)正余弦編碼器是否存在斷線。
[0010]根據(jù)第三方面,本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,包括如 下步驟:
[0011] 接收正余弦編碼器的模擬量信號(hào);判斷模擬量信號(hào)是否在預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi),如果模 擬量信號(hào)不在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則判斷為正余弦編碼器斷線。
[0012] 優(yōu)選地,模擬量信號(hào)包括:A相模擬量信號(hào)、B相模擬量信號(hào)、C相模擬量信號(hào)和D相 模擬量信號(hào);如果模擬量信號(hào)在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則檢測(cè)方法還包括:根據(jù)A相模擬量信號(hào)和B相 模擬量信號(hào)得到速度比較信號(hào);根據(jù)C相模擬量信號(hào)和D相模擬量信號(hào)得到角度比較信號(hào); 根據(jù)速度比較信號(hào)和角度比較信號(hào)判斷編碼器是否存在斷線。
[0013] 優(yōu)選地,根據(jù)速度比較信號(hào)和角度比較信號(hào)判斷編碼器是否存在斷線包括:判斷 速度比較信號(hào)和角度比較信號(hào)是否在預(yù)設(shè)范圍;如果速度比較信號(hào)不在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi), 或者角度比較信號(hào)不在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則判斷為正余弦編碼器斷線。
[0014]優(yōu)選地,根據(jù)A相模擬量信號(hào)和B相模擬量信號(hào)得到速度比較信號(hào)包括:計(jì)算A相模 擬量信號(hào)和B相模擬量信號(hào)電壓的差得到速度比較信號(hào);根據(jù)C相模擬量信號(hào)和D相模擬量 信號(hào)得到角度比較信號(hào)包括:計(jì)算C相模擬量信號(hào)和D相模擬量信號(hào)電壓的差得到角度比較 信號(hào)。
[0015] 優(yōu)選地,如果速度比較信號(hào)和角度比較信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則還包括:根據(jù)A相模 擬量信號(hào)和B相模擬量信號(hào)得到速度反饋角度;判斷速度反饋角度是否等于理論角度;如果 速度反饋角度不等于理論角度,則判斷為正余弦編碼器斷線。
[0016] 優(yōu)選地,理論角度采用如下步驟求取:根據(jù)C相模擬量信號(hào)和D相模擬量信號(hào)得到 正余弦編碼器的轉(zhuǎn)子的角度位置;將轉(zhuǎn)子的角度位置對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械角度進(jìn)行求余運(yùn)算得到 理論角度。
[0017] 優(yōu)選地,模擬量信號(hào)包括:A相模擬量信號(hào)、B相模擬量信號(hào)、C相模擬量信號(hào)和D相 模擬量信號(hào);判斷模擬量信號(hào)是否在預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi),如果模擬量信號(hào)不在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則判 斷為正余弦編碼器斷線包括:判斷A相模擬量信號(hào)與B相模擬量信號(hào)是否正交,以及C相模擬 量信號(hào)與D相模擬量信號(hào)是否正交;如果A相模擬量信號(hào)與B相模擬量信號(hào)不正交,和/或C相 模擬量信號(hào)與D相模擬量信號(hào)不正交,則模擬量信號(hào)不在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則正余弦編碼器斷 線。
[0018] 本發(fā)明實(shí)施例提供的正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)和方法,通過(guò)正余弦差分放大電 路將正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào),傳送至控制器,控制器通過(guò) 判斷接收到的模擬量信號(hào)是否在預(yù)設(shè)區(qū)間,來(lái)確定正余弦編碼器是否斷線。當(dāng)模擬量信號(hào) 不在預(yù)設(shè)區(qū)間時(shí),正余弦編碼器斷線。通過(guò)控制器處理經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換得到的模擬量信號(hào)判斷正 余弦編碼器短線,降低了正余弦編碼器斷線檢測(cè)硬件電路設(shè)計(jì)復(fù)雜度,簡(jiǎn)化了正余弦編碼 器斷線檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì),優(yōu)化了正余弦編碼器斷線檢測(cè),同時(shí)降低了正余弦編碼 器斷線檢測(cè)系統(tǒng)的成本。
[0019] 作為優(yōu)選的技術(shù)方案,通過(guò)分別判斷速度反饋信號(hào)或角度反饋信號(hào)中兩相信號(hào)是 否正交,來(lái)檢測(cè)正余弦編碼器斷線,速度反饋信號(hào)或角度反饋信號(hào)中兩相信號(hào)至少其中一 對(duì)不正交時(shí),則正余弦編碼器斷線。這樣可以可靠的檢測(cè)出正余弦編碼器的斷線,使檢測(cè)系 統(tǒng)和方法更加完整,有效的防止了系統(tǒng)誤報(bào)和漏檢。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)具體 實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,下面描述中的 附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前 提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例1的正余弦編碼器差分放大電路的電路圖;
[0022]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例3的正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法的流程圖;
[0023]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例3的正余弦編碼器斷線情況區(qū)間分布圖;
[0024]圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例3的正余弦編碼器斷線情況區(qū)間重新分布圖;
[0025]圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例3的正余弦編碼器正交脈沖信號(hào)產(chǎn)生原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施 例是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。 [0027] 實(shí)施例1
[0028]本實(shí)施例提供了一種正余弦差分放大電路,其可以用于將正余弦編碼器輸出的正 余弦差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)。如圖1所示,該電路可以包括:放大模塊1、電壓跟隨模塊 2,其中:
[0029]放大模塊1,接收正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào),并將該信號(hào)放大,得到模 擬量信號(hào)。在具體實(shí)施例中,作為例子,該放大模塊1包括:第一運(yùn)算放大器U1的反相輸入端 與第二電阻R2的第一端、第二電容C2的第一端、第五電阻R5的第一端、第五電容C5的第一端 連接;第一運(yùn)算放大器U1的同相輸入端與第三電阻R3的第一端、第三電容C3的第一端、第四 電阻R4的第一端、第四電容C4的第一端連接;第一運(yùn)算放大器U1的輸出端與第五電阻R5的 第二端、第五電容C5的第二端連接;第二電阻R2的第二端與第一電容C1的第一端連接;第三 電阻R3的第二端與第一電容C1的第二端連接;第二電容C2的第二端、第三電容C3的第二端 接地GND;第四電阻R4的第二端、第四電容C4的第二端接入基準(zhǔn)電壓V ref。
[0030]電壓跟隨模塊2,連接在放大模塊下一級(jí)并接收模擬量信號(hào)后,將得到的模擬量信 號(hào)濾波整形,降低模擬量信號(hào)的噪聲,提高模擬量信號(hào)的精度。在具體實(shí)施例中,作為例子, 該電壓跟隨模塊2可以包括:第二運(yùn)算放大器U2的反相輸入端與第二運(yùn)算放大器U2的輸出 端、第七電容C7的第一端和第八電阻R8的第一端連接;第二運(yùn)算放大器U2的同相輸入端與 第七電阻R7的第一端和第八電容C8的第一端連接;第七電阻R7的第二端與第七電容C7的第 二端和第六電阻R6的第一端連接,第六電阻R6的第二端與第一運(yùn)算放大器U1的輸出端連 接;第八電阻R8的第二端為正余弦差分放大電路的輸出端V。并且與所示第九電容C9的第一 端連接,第八電容C8的第二端和第九電容C9的第二端接地GND。
[0031]正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào),在經(jīng)過(guò)放大模塊1得到模擬量信號(hào),該模擬 量信號(hào)可能帶有噪聲交流信號(hào)和其他一些諧波。而后,經(jīng)由電壓跟隨模塊2去除噪聲交流信 號(hào)和其他一些諧波,輸出得到噪聲很小,波形標(biāo)準(zhǔn)的正余弦模擬量信號(hào),能使正余弦斷線檢 測(cè)系統(tǒng)在檢測(cè)過(guò)程中減少出錯(cuò)的概率。
[0032]在優(yōu)選的實(shí)施例中,正余弦編碼器的差分放大電路還可以包括如圖1所示的濾波 模塊3,濾波模塊3連接至所述放大模塊1和正余弦編碼器之間,輸入端與正余弦編碼器的輸 出端相連,用于接收正余弦編碼器輸出端輸出的正余弦差分信號(hào)v+、v-,正余弦差分信號(hào)輸 入濾波模塊3后濾波模塊3將正余弦差分信號(hào)進(jìn)行濾波降噪,以得到更為標(biāo)準(zhǔn)的正余弦信 號(hào),提高信號(hào)的精度。在具體實(shí)施例中,該濾波模塊3可以包括:第一電感L1的第一端為正余 弦差分放大電路的第一輸入端V-,第一電感L1的第二端與第一電阻(R1)的第一端和第一電 容C1的第一端連接;第二電感L2的第一端為正余弦差分放大電路的第二輸入端V+,第二電 感L2的第二端與第一電阻R1的第二端和第一電容C1的第二端連接。本實(shí)施例所列出的濾波 電路為L(zhǎng)RC(電感、電阻、電容組合)濾波電路,然而其他合適的濾波電路可以。正余弦編碼器 輸出的正余弦差分信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波模塊3后去除了正余弦差分信號(hào)中一部分不必要的交流信 號(hào)和其他一些諧波得到初次降噪的正余弦差分信號(hào),為放大模塊1提供了較為平穩(wěn)的正余 弦差分信號(hào)。
[0033] 正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào)通過(guò)上述的正余弦編碼器的正余弦差分電 路,可以將其合成放大,得到更為精準(zhǔn)的正余弦模擬量信號(hào)。
[0034]作為優(yōu)選實(shí)施例,正余弦編碼器輸出的信號(hào)可以為四相正余弦差分信號(hào):A相正余 弦差分信號(hào)、B相正余弦差分信號(hào)、C相正余弦差分信號(hào)、D相正余弦差分信號(hào),其中,A相正余 弦差分信號(hào)、B相正余弦差分信號(hào)是正余弦編碼器速度的反饋信號(hào),在具體的實(shí)施例中,通 過(guò)差分放大電路合成放大后得到的A相模擬量信、B相模擬量信號(hào)代表正余弦編碼速度反饋 信號(hào),C相正余弦差分信號(hào)、D相正余弦差分信號(hào)用來(lái)確定正余弦編碼器轉(zhuǎn)子的位置,故代表 正余弦編碼器轉(zhuǎn)子的角度位置反饋信號(hào),通過(guò)差分放大電路合成放大后得到的C相模擬量 信、D相模擬量信號(hào)代表正余弦編碼轉(zhuǎn)子的角度位置反饋信號(hào),其中每相差分信號(hào)由兩路信 號(hào)組成,即A+、A-、B+、B-、C+、C-、D+和D-信號(hào)。正余弦編碼器輸出的A+、A-、B+、B-、C+、C-、D+和D-信 號(hào)的電壓可以用以下公式表示:
[0035] Ua+= (Vrefr+asina)V Ua+= (Vrefi-asina)V
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 其中,Vref〇H余弦編碼器輸出的差分信號(hào)的基準(zhǔn)電壓,a為正余弦編碼器的固有系 數(shù),α為正余弦編碼器A相信號(hào)和B相信號(hào)的反饋角度,亦即正余弦編碼器的速度反饋角度,β 為C相信號(hào)和D相信號(hào)的反饋角度,亦即正余弦編碼器轉(zhuǎn)子的角度位置。
[0040] 在優(yōu)選的實(shí)施例中,正余弦編碼器輸出的Α相正余弦差分信號(hào)、Β相正余弦差分信 號(hào)、C相正余弦差分信號(hào)和D相正余弦差分信號(hào)經(jīng)過(guò)如圖1所示的電路圖,輸出的A相模擬量 信號(hào)M、B相模擬量信號(hào)m、C相模擬量信號(hào)C4PD相模擬量信號(hào)電壓為:
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045] 由上述公式可得正余弦編碼器速度反饋角度α,正余弦編碼器轉(zhuǎn)子的角度位置β分 別為:
[0046]
[0047]
[0048]其中,Vref為正余弦編碼器的差分放大電路的基準(zhǔn)電壓。
[0049] 正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào)經(jīng)過(guò)正余弦差分放大電路后,等到噪音較 小,較為精準(zhǔn)的正余弦差分輸出信號(hào)六131、(:1和01,減少了后續(xù)判斷正余弦編碼器斷線出錯(cuò) 的概率,提高判斷的準(zhǔn)確性。
[0050] 實(shí)施例2
[0051]本實(shí)施例提供了一種正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括:實(shí)施例1中示出的 多對(duì)正余弦編碼器的差分放大電路和控制器。其中:
[0052]多對(duì)正余弦編碼器的差分放大電路用于連接至正余弦編碼器的正余弦差分信號(hào) 輸出端,分別將正余弦編碼器的各對(duì)正余弦差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成與各對(duì)差分信號(hào)一一對(duì)應(yīng)的各 路模擬量信號(hào),在具體的實(shí)施例中正余弦編碼器的差分放大電路可以為4對(duì),然而更多或更 少的正余弦差分放大電路也是可行的,正余弦編碼器差分放大電路將正余弦編碼器輸出的 A相正余弦差分輸出信號(hào)A+、A-這一對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成A相模擬量信號(hào)Ai;將正余弦編碼器輸出的 B相正余弦差分輸出信號(hào)B+、B-這一對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成B相模擬量信號(hào)Bi;將正余弦編碼器輸出的 C相正余弦差分輸出信號(hào)C+、C-這一對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成C相模擬量信號(hào)Ci;將正余弦編碼器輸出的 D相正余弦差分輸出信號(hào)D+、D-這一對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成D相模擬量信號(hào)Di。
[0053] 控制器例如可以是數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor簡(jiǎn)稱DSP),也可 以是其他數(shù)字信號(hào)處理器,數(shù)字信號(hào)處理器中可以包括數(shù)字采樣功能,以讀取控制器所接 收的正余弦模擬量信號(hào)的電壓值,在具體的實(shí)施例中數(shù)字采樣的頻率與所用控制器的固有 屬性有關(guān),不同的控制器有不同的采樣頻率。接收各路模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di。將接收到 的各路模擬量信號(hào)仏3 1、(:1和01進(jìn)行相應(yīng)的處理,以此來(lái)判斷編碼器是否斷線。
[0054] 正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào)經(jīng)過(guò)正余弦編碼器的差分放大電路得到控 制器可用的正余弦模擬量信號(hào),在經(jīng)過(guò)控制器內(nèi)部對(duì)正余弦模擬量信號(hào)處理能精確的檢測(cè) 到正余弦編碼器是否斷線,這樣經(jīng)過(guò)控制器檢測(cè)編碼器是否斷線,使檢測(cè)更為精準(zhǔn),同時(shí)省 去了傳統(tǒng)檢測(cè)中的分壓電路,是硬件電路更加簡(jiǎn)潔,降低了檢測(cè)系統(tǒng)的成本。
[0055] 實(shí)施例3
[0056]本實(shí)施例提供了一種正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,該方法適用于實(shí)施例2中的正 余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng)中的控制器,如圖2所示,該方法包括如下步驟:
[0057] S10.接收正余弦編碼器的模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di。請(qǐng)參考圖1,信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將 正余弦編碼器輸出的四相正余弦差分信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、合成放大、信號(hào)整形轉(zhuǎn)換成四相模擬 量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di,在具體實(shí)施例中,可以同時(shí)接收四相模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di。
[0058] S20.對(duì)接收到的模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di進(jìn)行多次數(shù)字采樣。在具體的實(shí)施例中, 在接收到四相模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di后,先分別對(duì)四相模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di進(jìn)行模數(shù) 轉(zhuǎn)換,將連續(xù)的正余弦模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散型的數(shù)字量信號(hào),再對(duì)該數(shù)字量信號(hào)進(jìn)行采 樣,以讀取四相模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di的電壓值。
[0059] S30.判斷四相模擬量信號(hào)六131、(:1和01的電壓值是否在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),如果四相模 擬量信號(hào)六 131 XdPDi的電壓值不在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則正余弦編碼器斷線。在具體的實(shí)施例 中,正余弦編碼器的差分放大電路得出的四相模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di的電壓U Ai、UBi、UCi 和UDi公式:
[0060]
[0061]
[0062]
[0063]
[0064] 由于-1彡sina彡1、-1彡cosa彡1,所以四相模擬量信號(hào)Ai、Bi、Ci和Di的電壓UAi、U Bi、UCi和
UDl的值都大于等于于等于VKf + 2a#-,即預(yù)設(shè)區(qū)間可以是 Ra Ra
[0065] 根據(jù)上述預(yù)設(shè)區(qū)間可以判斷模擬量信號(hào)的電壓值如果不在上述預(yù)設(shè)區(qū)間則正余 弦編碼器斷線。如果模擬量信號(hào)的電壓值在預(yù)設(shè)區(qū)間,則進(jìn)入S40步驟。
[0066] S40.根據(jù)A相模擬量信號(hào)Ai和B相模擬量信號(hào)Bi得到速度比較信號(hào)。根據(jù)C相模擬量 信號(hào)Cdm相模擬量信號(hào)Di得到角度比較信號(hào),判斷速度比較信號(hào)與角度比較信號(hào)是否在相 對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi),如果速度比較信號(hào)和/或角度比較信號(hào)不在相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則正 余弦編碼器斷線,具體地:
[0067] 在具體的實(shí)施例中A相模擬量信號(hào)Ai和B相模擬量信號(hào)Bi代表正余弦編碼器的速度 反饋信號(hào),c相模擬量信號(hào)cdro相模擬量信號(hào)隊(duì)代表正余弦編碼器轉(zhuǎn)子位置的角度的信號(hào)。
[0068] 在具體的實(shí)施例中,計(jì)算A相模擬量信號(hào)仏與8相模擬量信號(hào)仏的電壓差,得到速度 比較信號(hào)的值UAl-U Bl,計(jì)算C相模擬量信號(hào)CgD相模擬量信號(hào)電壓差,得到角度比較信 號(hào)的值UCl-U Dl#j斷速度比較信號(hào)的值Um-Ub^否在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi),判斷角度比較信號(hào)的 值UCl-U Dl是否在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi);如果速度比較信號(hào)的值UAl-UBl不在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)或角 度比較信號(hào)的值U Cl-UDl不在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi),或同時(shí)滿足速度比較信號(hào)的值UAl-UBl不在第 一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)和角度比較信號(hào)的值U Cl-UDl不在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則正余弦編碼器斷線。在 優(yōu)選的實(shí)施例中,第一預(yù)設(shè)范圍和第二預(yù)設(shè)范圍可以相同,也可以不相同。
[0069] 根據(jù)實(shí)施例1的四相模擬量信號(hào)電壓的公式可知速度比較信號(hào)的值和角度比較信 號(hào)的值的公式:
[0070]
[0071]
[0072] 在具體的實(shí)施例中四相信號(hào)對(duì)應(yīng)的四個(gè)電路中對(duì)應(yīng)部分的電阻可以相同也可以 不相同,在本步驟中以A相信號(hào)和B相信號(hào)的差分放大電路中相對(duì)應(yīng)的電阻相同,以C相信號(hào) 和D相信號(hào)的差分放大電路中相對(duì)應(yīng)的電阻相同進(jìn)行說(shuō)明。
[0073]由于-KsinaSl、-Kcosa<l,根據(jù)上述公式可知,速度比較信號(hào)對(duì)應(yīng)的第一預(yù) 設(shè)范圍為:大于或等于
小于或等5
[0074]同樣,根據(jù)上述公式可知,角度比較信號(hào)對(duì)應(yīng)的第二預(yù)設(shè)范圍為:大于或等于
'于或等弓
[0075]根據(jù)上述判斷可知,如果同時(shí)滿足速度比較信號(hào)的值UAl_UBl在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi), 角度比較信號(hào)的值UCi-UDi在第二預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則進(jìn)入S50步驟。
[0076] S50.根據(jù)A相模擬量信號(hào)Ai和B相模擬量信號(hào)Bi得到正余弦編碼器速度反饋角度a, 判斷速度角度a的實(shí)際值與速度反饋角度的理論值γ是否相等,如果速度反饋角度a的實(shí)際 值不等于速度反饋角度的理論值γ,則正余弦編碼器斷線。速度反饋角度a公式在實(shí)施例1 中已列出,速度反饋角度a為
[0077] 在具體的實(shí)施例中,在控制器采集A相模擬量信號(hào)A4PB相模擬量信號(hào)仏電壓時(shí)可 以得到正余弦編碼器速度反饋角度a的實(shí)際值。
[0078] 根據(jù)C相模擬量信號(hào)Cdro相模擬量信號(hào)Dd#到正余弦編碼器的轉(zhuǎn)子的角度位置β, 轉(zhuǎn)子的角度位置β公式在實(shí)施例1中已列出,轉(zhuǎn)子的角度位置β為
[0079] 在具體的實(shí)施例中,在采集C相模擬量信號(hào)Cdro相模擬量信號(hào)電壓時(shí),可以得 到正余弦編碼器的轉(zhuǎn)子的角度位置邱勺實(shí)際值。
[0080] 在具體的實(shí)施例中,通過(guò)正余弦編碼器的轉(zhuǎn)子的角度位置β的實(shí)際值計(jì)算得到正 余弦編碼器速度反饋角度a的理論值γ。在具體的實(shí)施例中,正余弦編碼器的線數(shù)例如可以 是2048根,正余弦編碼器還可以是線數(shù)為1024、4096或有其他線數(shù)的正余弦編碼器,以2048 線數(shù)的正余弦編碼器為例,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈對(duì)應(yīng)2048個(gè)Α相信號(hào)與Β相信號(hào)即速度反饋信號(hào)周 期,而C相信號(hào)與D相信號(hào)代表正余弦編碼器轉(zhuǎn)子角度位置,即一個(gè)C相、D相信號(hào)周期為2048 個(gè)A相、B相信號(hào)即速度反饋信號(hào)周期,即可計(jì)算出每個(gè)周期的A相、B相信號(hào)即速度反饋信號(hào) 對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械角度,例如(可以用Θ表示)正余弦編碼器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周,對(duì)應(yīng)的機(jī)械角 度為360°,對(duì)應(yīng)的A相、B相信號(hào)2048個(gè)周期,每個(gè)周期對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械角度為 360° 則可以利用轉(zhuǎn)子的角度位置β實(shí)際值通過(guò)對(duì)一個(gè)周期速度反饋信號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) 2048 化的機(jī)械角度Θ進(jìn)行求余運(yùn)算,可以得出速度反饋角度的理論值,例如可以用γ表示,即可 以通過(guò)判斷速度反饋角度a的實(shí)際值與通過(guò)轉(zhuǎn)子的角度位置β實(shí)際值計(jì)算出速度反饋角度 的理論值γ對(duì)比,如果速度反饋角度a的實(shí)際值與速度反饋角度的理論值γ的值相差很大, 則正余弦編碼器斷線。在具體的實(shí)施例中,在正余弦編碼器無(wú)斷線的情況下,由于電信號(hào)會(huì) 有波動(dòng),所以計(jì)算出的理論值與讀取的實(shí)際值之間可以存在一定的誤差,本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)理解,α與γ的值不是絕對(duì)的相等,該誤差在一定范圍內(nèi)可以認(rèn)為編碼器線并未斷線, 在具體實(shí)施例中,該誤差可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。
[0081] 在本實(shí)施例中,通過(guò)判斷接收的模擬量信號(hào)的電壓值是否在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),如果接 收的模擬量信號(hào)的電壓值不在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則正余弦編碼器斷線;如果接收的模擬量信號(hào) 的電壓值在預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),繼續(xù)判斷速度比較信號(hào)與角度比較信號(hào)是否在相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)范圍 內(nèi),如果速度比較信號(hào)與角度比較信號(hào)至少一個(gè)不在相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則正余弦編碼 器斷線;如果速度比較信號(hào)與角度比較信號(hào)都在相對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則繼續(xù)判斷速度反 饋信號(hào)的反饋角度的實(shí)際值是否與計(jì)算得到的理論值相等,如果速度反饋信號(hào)的反饋角度 的實(shí)際值是與計(jì)算得到的理論值不相等,則正余弦編碼器斷線;可以精確判斷出正余弦編 碼器斷線,通過(guò)控制器來(lái)判斷正余弦編碼器的斷線,降低了正余弦編碼器斷線檢測(cè)硬件電 路設(shè)計(jì)復(fù)雜度,優(yōu)化了正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法。
[0082] 在優(yōu)選的實(shí)施例中,防止上述方法存在誤判,本實(shí)施例還增加了如下判斷方法:判 斷Α相模擬量信號(hào)仏與8相模擬量信號(hào)^是否正交,判斷C相模擬量信號(hào)(^與0相模擬量信號(hào) 〇:是否正交,如果A相模擬量信號(hào)六 1與8相模擬量信號(hào)仏或(:相模擬量信號(hào)匕與0相模擬量信 號(hào)〇1不正交,或同時(shí)滿足A相模擬量信號(hào)六 1與8相模擬量信號(hào)仏不正交和C相模擬量信號(hào)(^與 D相模擬量信號(hào)Di不正交,則正余弦編碼器斷線。例如可以判斷A相模擬量信號(hào)六1與8相模擬 量信號(hào)m是否滿足當(dāng)B相模擬量信號(hào)的電壓等于中心值時(shí),A相模擬量信號(hào)Ai的電壓值是否 等于峰值或A相模擬量信號(hào)仏的電壓值是否等于谷值,判斷C相模擬量信號(hào)(^與0相模擬量信 號(hào)〇 1是否滿足當(dāng)D相模擬量信號(hào)的電壓等于中心值時(shí),C相模擬量信號(hào)G的電壓值是否等于 峰值或C相模擬量信號(hào)G的電壓值是否等于谷值;當(dāng)B相模擬量信號(hào)m的電壓等于中心值,A 相模擬量信號(hào)Ai的電壓值不等于峰值或谷值或當(dāng)D相模擬量信號(hào)Di的電壓等于中心值,C相 模擬量信號(hào)G的電壓值不等于峰值或谷值,或同時(shí)滿足當(dāng)B相模擬量信號(hào)仏的電壓等于中心 值,A相模擬量信號(hào)Μ的電壓值不等于峰值或谷值和當(dāng)D相模擬量信號(hào)Di的電壓等于中心值, C相模擬量信號(hào)G的電壓值不等于峰值或谷值,則正余弦編碼器斷線。
[0083]在具體的實(shí)施例中,A相、B相、C相和D相模擬量信號(hào)的中心值等于正余弦編碼器的 差分放大電路的基準(zhǔn)電壓值Vref,但由于采樣頻率及電壓波動(dòng)的限定,本領(lǐng)域人員應(yīng)當(dāng)理解 這里的等于不是絕對(duì)的等于。
[0084] 編碼器斷線的情況以圖3所示為例進(jìn)行說(shuō)明,當(dāng)B相信號(hào)有斷線時(shí),B相模擬量信號(hào) 在中心值左右,當(dāng)D相信號(hào)有斷線時(shí),D相模擬量信號(hào)Di在中心值左右。例如圖3所示陰影部 分,在進(jìn)行對(duì)A模擬量信號(hào)Μ數(shù)字取樣時(shí)或者在進(jìn)行對(duì)C模擬量信號(hào)G數(shù)字取樣時(shí),在區(qū)間1、 區(qū)間3、和區(qū)間5的電壓值不是峰值或谷值,則能判斷出正余弦編碼斷線,在區(qū)間2、區(qū)間4不 能判斷出故障。由于區(qū)間2、區(qū)間4所占的比例很小,所以只需編碼器轉(zhuǎn)過(guò)很小的角度就可以 檢測(cè)出正余弦編碼器是否斷線。例如正余弦編碼器在電梯的應(yīng)用中,正余弦編碼器轉(zhuǎn)過(guò)很 小的角度對(duì)應(yīng)的電梯轎廂移動(dòng)的距離為
[0085] 其中,d為電梯拽引輪直徑,Κ為電梯吊掛比,δ為區(qū)間2或區(qū)間4的角度。
[0086]由于系統(tǒng)中含有低通濾波電路,正余弦編碼器轉(zhuǎn)速越快,正余弦編碼器輸出正余 弦信號(hào)的電壓的幅值就會(huì)減小,可能在區(qū)間1、區(qū)間3、區(qū)間5也會(huì)存在誤判。
[0087] 基于上述原因,本實(shí)施例還提供了一種優(yōu)選的實(shí)施例,如圖4所示對(duì)檢測(cè)區(qū)間經(jīng)行 重新劃分,其中,區(qū)間1+區(qū)間5 =區(qū)間2 =區(qū)間3=區(qū)間4 = 90°,同時(shí)為保證每個(gè)模擬量信號(hào) 周期T內(nèi)均能采樣到區(qū)間1、區(qū)間3、區(qū)間5內(nèi)的電壓值,則要求模擬量信號(hào)的周期T大于編碼 器的采樣周期的4倍。本實(shí)施例中,正余弦編碼器最大轉(zhuǎn)速可以是:一^60 . 11-1
[0088] 其中η為正余弦編碼器的線數(shù),例如可以是1024、2048或其他線數(shù)的正余弦編碼 器,Τ為模擬量信號(hào)的周期。當(dāng)正余弦編碼器的轉(zhuǎn)速小于-60時(shí)可以可靠的檢測(cè)出Α相信 η · ? 號(hào)、Β相信號(hào)斷線,而不受硬件電路的影響。
[0089] 在優(yōu)選的實(shí)施例中,當(dāng)正余弦編碼器的轉(zhuǎn)速大于-----_χ60時(shí),檢測(cè)Α相模擬量信號(hào)仏 π-1 與B相模擬量信號(hào)仏是否正交,檢測(cè)C相模擬量信號(hào)(^與〕相模擬量信號(hào)01是否正交,如果檢 測(cè)到A相模擬量信號(hào)仏與8相模擬量信號(hào)仏不正交或檢測(cè)到C相模擬量信號(hào)匕與0相模擬量信 號(hào)Di不正交,或同時(shí)滿足檢測(cè)到A相模擬量信號(hào)Ai與B相模擬量信號(hào)Bi不正交和檢測(cè)到C相模 擬量信號(hào)匕與0相模擬量信號(hào)m不正交,則正余弦編碼器斷線。
[0090] 具體的,由正余弦編碼器差分放大電路得到的模擬量信號(hào)經(jīng)過(guò)如圖5所示的模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路,在本實(shí)施例中,模擬量信號(hào)可以用如圖5所示的I表示,將模擬量信號(hào)1轉(zhuǎn)換成正 交的脈沖信號(hào)SCA。在具體的實(shí)施例中,圖5所示的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可以包括:電壓比較模塊 100,第一整形模塊200和第二整形模塊300。
[0091 ]具體的,電壓比較模塊100將模擬量信號(hào)與正余弦編碼器的差分放大電路的基準(zhǔn) 電壓Vref的經(jīng)行比較,當(dāng)模擬量信號(hào)¥1的電壓大于基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)電壓比較模塊得到高電 平,當(dāng)模擬量信號(hào)1的電壓小于基準(zhǔn)電壓V rrf時(shí)電壓比較模塊得到低電平。得到的高、低電 平脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)第一整形模塊200和第二整形模塊300后輸出標(biāo)準(zhǔn)的正交脈沖信號(hào)SCA。
[0092] 具體的,控制器接收到脈沖信號(hào)SCA后,檢測(cè)所接收到A相脈沖信號(hào)SCAa與B相脈沖 信號(hào)SCAb是否正交,檢測(cè)所接收到的C相脈沖信號(hào)SCAe與D相脈沖信號(hào)SCAd是否正交,如果A 相脈沖信號(hào)SCAa和B相脈沖信號(hào)SCAb不正交或C相脈沖信號(hào)SCAg與D相脈沖信號(hào)SCAd不正交, 或同時(shí)滿足A相脈沖信號(hào)SCAa和B相脈沖信號(hào)SCAb不正交和C相脈沖信號(hào)SCAe與D相脈沖信號(hào) SCAd不正交,則正余弦編碼器斷線。
[0093] 雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā) 明的精神和范圍的情況下作出各種修改和變型,這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求 所限定的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于正余弦編碼器的差分放大電路,其特征在于,包括: 放大模塊(1 ),用于接收正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào),并將所述正余弦差分信 號(hào)合成放大,得到模擬量信號(hào); 電壓跟隨模塊(2),用于對(duì)所述模擬量信號(hào)進(jìn)行濾波降噪。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于正余弦編碼器的差分放大電路,其特征在于,還包括: 濾波模塊(3),用于連接至所述放大模塊(1)和所述正余弦編碼器之間,所述濾波模塊 (3)用于對(duì)所述正余弦編碼器輸出的正余弦差分信號(hào)(V+、V_)進(jìn)行濾波降噪,得到濾波降噪 后的正余弦差分信號(hào); 所述放大模塊(1)接收所述濾波模塊(3)濾波降噪后的正余弦差分信號(hào)。3. -種正余弦編碼器斷線檢測(cè)系統(tǒng),其特征在于,包括: 多對(duì)如權(quán)利要求1或2所述的用于正余弦編碼器的差分放大電路,用于分別連接至所述 正余弦編碼器的正余弦信號(hào)輸出端,以分別將所述正余弦編碼器的各對(duì)正余弦信號(hào)輸出端 的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成與各對(duì)差分信號(hào) 對(duì)應(yīng)的各路模擬量信號(hào); 控制器,用于接收所述各路模擬量信號(hào),并根據(jù)所述各路模擬量信號(hào)來(lái)檢測(cè)所述正余 弦編碼器是否存在斷線。4. 一種正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,其特征在于,包括如下步驟: 接收正余弦編碼器的模擬量信號(hào); 判斷所述模擬量信號(hào)是否在預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi),如果所述模擬量信號(hào)不在所述預(yù)設(shè)區(qū)間 內(nèi),則判斷所述正余弦編碼器斷線。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,其特征在于,所述模擬量信號(hào)包 括:A相模擬量信號(hào)(Ai)、B相模擬量信號(hào)(Bi)、C相模擬量信號(hào)(Ci)和D相模擬量信號(hào)(Di); 如果所述模擬量信號(hào)在所述預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則還包括: 根據(jù)所述A相模擬量信號(hào)(A0和所述B相模擬量信號(hào)(B〇得到速度比較信號(hào); 根據(jù)所述C相模擬量信號(hào)(C〇和所述D相模擬量信號(hào)(DO得到角度比較信號(hào); 根據(jù)所述速度比較信號(hào)和所述角度比較信號(hào)判斷所述編碼器是否存在斷線。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,其特征在于,所述根據(jù)所述速度 比較信號(hào)和所述角度比較信號(hào)判斷所述編碼器是否存在斷線包括: 判斷所述速度比較信號(hào)和所述角度比較信號(hào)是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi); 如果所述速度比較信號(hào)不在第一預(yù)設(shè)范圍內(nèi),或者所述角度比較信號(hào)不在第二預(yù)設(shè)范 圍內(nèi),則判斷為所述正余弦編碼器斷線。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,其特征在于, 所述根據(jù)所述A相模擬量信號(hào)(仏)和所述B相模擬量信號(hào)(BD得到速度比較信號(hào)包括: 計(jì)算所述A相模擬量信號(hào)(仏)和所述B相模擬量信號(hào)(B〇電壓的差得到所述速度比較信號(hào); 所述根據(jù)所述C相模擬量信號(hào)(Q)和所述D相模擬量信號(hào)(D〇得到角度比較信號(hào)包括: 計(jì)算所述C相模擬量信號(hào)(C〇和所述D相模擬量信號(hào)(m)電壓的差得到所述角度比較信號(hào)。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,其特征在于,如果所述速度比較 信號(hào)和所述角度比較信號(hào)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi),則還包括: 根據(jù)所述A相模擬量信號(hào)(A0和所述B相模擬量信號(hào)(B〇得到速度反饋角度⑷; 判斷所述速度反饋角度(α)是否等于理論角度(γ ); 如果所述速度反饋角度(α)不等于所述理論角度(γ ),則判斷為所述正余弦編碼器斷 線。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,其特征在于,所述理論角度(γ ) 采用如下步驟求?。?根據(jù)所述C相模擬量信號(hào)(CD和所述D相模擬量信號(hào)(DD得到所述正余弦編碼器的轉(zhuǎn)子 的角度位置⑴); 將所述轉(zhuǎn)子的角度位置(β)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械角度(Θ)進(jìn)行求余運(yùn)算得到所述理論角度 (γ )〇10. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的正余弦編碼器斷線檢測(cè)方法,其特征在于,所述模擬量信 號(hào)包括:Α相模擬量信號(hào)(Ad、Β相模擬量信號(hào)(BOX相模擬量信號(hào)(CJ和D相模擬量信號(hào) (Di); 所述判斷所述模擬量信號(hào)是否在預(yù)設(shè)值區(qū)間內(nèi),如果所述模擬量信號(hào)不在所述預(yù)設(shè)區(qū) 間內(nèi),則判斷為所述正余弦編碼器斷線包括: 判斷所述A相模擬量信號(hào)(仏)與所述B相模擬量信號(hào)池)是否正交,以及所述C相模擬量 信號(hào)(CO與所述D相模擬量信號(hào)(m)是否正交; 如果所述A相模擬量信號(hào)(AO與所述B相模擬量信號(hào)(BJ不正交,和/或所述C相模擬量 信號(hào)(CO與所述D相模擬量信號(hào)(DO不正交,則所述模擬量信號(hào)不在所述預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi),則所 述正余弦編碼器斷線。
【文檔編號(hào)】H03F3/45GK105974256SQ201610410597
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】黨彥波, 張貽海
【申請(qǐng)人】深圳市阿爾法變頻技術(shù)有限公司