用于測量物體運(yùn)動(dòng)的基于計(jì)數(shù)器的電路的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種用于測量物體運(yùn)動(dòng)的基于計(jì)數(shù)器的電路。用于測量物體運(yùn)動(dòng)的裝置具有正交增量式編碼器，所述正交增量式編碼器用于對(duì)應(yīng)于該物體的增量位移提供編碼器脈沖的第一相位和第二相位。根據(jù)對(duì)位移的感測，第一計(jì)數(shù)器對(duì)編碼器脈沖的邊沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。還對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在周期性速度處理時(shí)刻獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括解碼器使用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)調(diào)整來自第一計(jì)數(shù)器的編碼器脈沖數(shù)據(jù)，該時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)是根據(jù)編碼器脈沖最近邊沿的時(shí)刻和速度處理時(shí)刻之間的時(shí)間段的。當(dāng)解碼器獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，該時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)通過編碼器脈沖的第一相位和第二相位的邊沿重置。
【專利說明】
用于測量物體運(yùn)動(dòng)的基于計(jì)數(shù)器的電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于測量物體的運(yùn)動(dòng)的電路，以及更具體地，涉及一種用于測量 物體的運(yùn)動(dòng)（甚至該物體以慢速運(yùn)動(dòng)）的基于計(jì)數(shù)器的電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)運(yùn)動(dòng)的電子測量通常使用編碼器來獲取關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體的位置和速度的數(shù)據(jù)。該 運(yùn)動(dòng)可以是轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)或線性運(yùn)動(dòng)。例如，該運(yùn)動(dòng)物體可以是電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分，可以根據(jù)從該 編碼器獲取的數(shù)據(jù)控制電機(jī)的速度和/或位置。
[0003] 增量式編碼器通常在運(yùn)動(dòng)物體增量位移時(shí)提供脈沖信號(hào)。正交編碼器具有兩個(gè)以 四分之一周期間隔的輸出脈沖信號(hào)（A和B)，從而使得對(duì)運(yùn)動(dòng)的感測（正或負(fù)）能夠被區(qū) 分。
[0004] 當(dāng)速度高時(shí)，可以對(duì)在測量間隔中發(fā)生的編碼器脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)（"M"方法），而 當(dāng)速度低時(shí)，可以對(duì)在連續(xù)編碼器脈沖之間出現(xiàn)的時(shí)鐘脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)（"T"方法），并且 可以合并所述技術(shù)（"Μ/T"方法）。然而，如果連續(xù)編碼器脈沖之間的間隔長于對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理的周期，諸如速度控制周期，那么由于檢測死區(qū)時(shí)間，測量的結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。 增加處理周期降低了可被準(zhǔn)確測量的最小速度，然而處理的性能，特別是速度或位置控制 的性能將會(huì)惡化。舉例來說，通過提高編碼器行數(shù)來提高編碼器脈沖的密度，則增加了編碼 器的成本。
[0005] 傳統(tǒng)的速度測量方法觸發(fā)捕獲中斷以處理來自編碼器的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并計(jì)算該速度。 傳統(tǒng)的控制方法觸發(fā)控制中斷以基于所計(jì)算的速度執(zhí)行控制算法。該捕獲中斷和控制中斷 是獨(dú)立的。如果該控制中斷具有優(yōu)先權(quán)，則該控制算法有風(fēng)險(xiǎn)使用過期的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，而如果 該捕獲中斷具有優(yōu)先權(quán)，則該控制算法有風(fēng)險(xiǎn)超過所允許的最大時(shí)間，擾亂了運(yùn)動(dòng)控制。
[0006] 使用一種用于提高對(duì)運(yùn)動(dòng)（甚至在低速運(yùn)動(dòng)的情況下）的測量的精度，而并不增 加編碼器的成本且在數(shù)據(jù)的處理中并不引入除控制中斷之外的中斷的技術(shù)將是有利的。
【附圖說明】
[0007] 本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)，可通過參考對(duì)在附圖中所示出的本發(fā)明的實(shí)施例的下述 說明得到最好地理解。附圖中的元素是為了簡潔和清晰的目的而示出的并且不必是按比例 繪制的。
[0008] 圖1是用于測量和控制物體的運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)裝置的示意框圖；
[0009] 圖2是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于測量和控制物體的運(yùn)動(dòng)的裝置的示意框圖；
[0010] 圖3至7是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量和控制物體的運(yùn)動(dòng)的方法中出現(xiàn)的信號(hào)的 時(shí)序圖；
[0011] 圖8和9是示出依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測量和控制物體的運(yùn)動(dòng)的方法的流程圖；
[0012] 圖10和11是與傳統(tǒng)方法相比的使用圖8和9的方法的一個(gè)示例獲得的值的時(shí)序 圖；
[0013] 圖12是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一個(gè)用于測量和控制物體的運(yùn)動(dòng)的裝置的示意 框圖；
[0014] 圖13和14是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的在圖12的裝置的操作中出現(xiàn)的信號(hào)的時(shí)序 圖；以及
[0015] 圖15是通過示例的方式給出的依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示出圖12的裝置的操作 的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 圖1圖示了用于控制耦合至電機(jī)102的驅(qū)動(dòng)軸的物體（未示出）的運(yùn)動(dòng)的傳統(tǒng)裝 置100,并且它具有正交增量式編碼器104。編碼器104在運(yùn)動(dòng)物體增量位移時(shí)提供輸出脈 沖信號(hào)ΦΑ和ΦΒ。輸出脈沖信號(hào)ΦΑ和ΦΒ間隔脈沖信號(hào)的四分之一周期，從而使得對(duì)運(yùn) 動(dòng)的感測（正或負(fù)）能夠被區(qū)分。
[0017] 運(yùn)動(dòng)測量模塊106,或者當(dāng)速度高時(shí)，對(duì)在測量間隔中發(fā)生的編碼器脈沖的邊沿的 數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)（"M"方法），或者當(dāng)速度低時(shí)，對(duì)在連續(xù)編碼器脈沖之間發(fā)生的來自高速時(shí) 鐘108的時(shí)鐘脈沖的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)（"T"方法）。然而，如果連續(xù)編碼器脈沖邊沿之間的間 隔長于對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的周期，那么，由于檢測死區(qū)時(shí)間，測量的結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。 提高處理周期會(huì)降低處理性能，特別是對(duì)速度或位置的控制的性能，而提高編碼器行的數(shù) 量會(huì)增加編碼器的成本。此外，重要的是，在一方面，如果控制中斷具有優(yōu)先權(quán)，則要防止控 制算法使用過期的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；在另一方面，如果捕獲中斷具有優(yōu)先權(quán)，則要防止控制算法超 過允許的最大時(shí)間而擾亂運(yùn)動(dòng)控制。
[0018] 現(xiàn)在參考圖2,示出了依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于測量和控制物體（未示出）的 運(yùn)動(dòng)的裝置200。該裝置200具有耦合的電機(jī)102以驅(qū)動(dòng)該物體，以及正交增量式編碼器 104用于提供編碼器脈沖的第一相位ΦΑ和第二相位ΦΒ，第一相位ΦΑ和第二相位ΦΒ與 該物體的增量位移對(duì)應(yīng)。該裝置200包括第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0,用于根據(jù)時(shí)位移的感測提 供編碼器脈沖計(jì)數(shù)T0。該裝置200還包括時(shí)鐘108,用于以確定頻率提供時(shí)鐘脈沖CLOCK。 該設(shè)備還包括至少一個(gè)其他計(jì)數(shù)器，在這種情況下它包括用于提供時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的第二計(jì) 數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2。解碼器202連接至計(jì)數(shù)器并在周期性速度處理 時(shí)刻k、（k-n)處，根據(jù)編碼器脈沖計(jì)數(shù)??和時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)、W(k-n)。
[0019] 當(dāng)解碼器202獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)、W(k-n)時(shí)，時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)分別由編碼器脈沖 的第一相位ΦΑ和第二相位ΦΒ重置。解碼器202對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)、W(k-n)的獲取，包 括使用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)X(k)調(diào)整來自第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的編碼器脈沖數(shù)據(jù)E(k)= T0(k)-T0(k-1)，其中計(jì)數(shù)X(k)是根據(jù)當(dāng)編碼器脈沖的ΦΑ和ΦΒ的最近邊沿已經(jīng)出現(xiàn)的 時(shí)刻和當(dāng)解碼器202獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)的速度處理時(shí)刻k、（k-n)之間的時(shí)間段T1 (k)、T2 (k)、 T1 (k-n)、T2 (k-n)的。
[0020] 對(duì)于解碼器202來說使用同一周期性時(shí)刻獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)、w(k-n)，并調(diào)整編 碼器脈沖數(shù)據(jù)E (k) = TO (k)-T0 (k-Ι)，以及用于速度處理，它可包括速度的計(jì)算和控制。不 需要其他額外的中斷。
[0021] 第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2分別提供時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)Tl、T2。 第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2分別由編碼器脈沖的第一相位和第二相位 重置并且僅使用T1或T2中較小的計(jì)數(shù)。
[0022] 當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)開始，編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ的邊沿已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)，解 碼器202對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)的獲取使用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)X(k)調(diào)整來自第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0 的編碼器脈沖數(shù)據(jù)E(k)，X(k)是根據(jù)編碼器脈沖的ΦΑ和ΦΒ的最近邊沿的時(shí)刻和當(dāng)前 處理時(shí)刻k之間的時(shí)間段Tl(k)、T2(k)的。當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)開始，編碼器 脈沖ΦΑ、ΦΒ的邊沿已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)，解碼器202對(duì)來自第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的編碼器脈沖 數(shù)據(jù)E(k)的調(diào)整根據(jù)編碼器脈沖的ΦΑ、ΦΒ的最近邊沿和當(dāng)前處理時(shí)刻k之間的時(shí)間段 T1 (k)、T2 (k)增加測量的速度值W (k)。
[0023] 解碼器202對(duì)來自第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的編碼器脈沖數(shù)據(jù)E (k)的調(diào)整根據(jù)編 碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ的最近邊沿和先前的處理時(shí)刻（k-n)之間的時(shí)間段Tl(k-n)、T2(k-n)減 小測量的速度值W (k)。
[0024] 當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)開始沒有出現(xiàn)編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ的邊沿時(shí)，解 碼器202對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)的獲取使用對(duì)從編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ的最近邊沿開始的速度處 理時(shí)刻的數(shù)量N的計(jì)數(shù)。
[0025] 當(dāng)從先前的處理時(shí)刻（k-Ι)開始，運(yùn)動(dòng)方向已經(jīng)改變時(shí)，解碼器202將測量的速度 值W(k)調(diào)整為零。
[0026] 當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)開始，編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ的邊沿沒有出現(xiàn)時(shí)，并 且當(dāng)在當(dāng)前處理時(shí)刻k中從先前的編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ開始的時(shí)間短于從先前的編碼器脈 沖和先前的處理時(shí)刻（k-n)開始的時(shí)間時(shí)，解碼器不改變測量的速度值W(k-n)。
[0027] 當(dāng)在當(dāng)前處理時(shí)刻k中不具有編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ的邊沿的速度處理周期的數(shù)量 Ν超過限Ν_時(shí)，解碼器202將測量的速度值W(k)調(diào)整為零。
[0028] 裝置200可以包括控制模塊204,用于根據(jù)來自解碼器202的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)來控 制電機(jī)102。
[0029] 參考圖12,示出了依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的用于測量和控制物體（未示出）的運(yùn) 動(dòng)的裝置1200。該裝置1200與裝置200相似，除了該裝置1200具有另外的計(jì)數(shù)器，包括提 供時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的共同計(jì)數(shù)器1202。當(dāng)解碼器獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，共同計(jì)數(shù)器1202由編碼 器脈沖的第一相位ΦΑ和第二相位ΦΒ重置。在當(dāng)解碼器202獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)、W(k-n) 時(shí)而重置共同計(jì)數(shù)器1202之前，共同計(jì)數(shù)器1202的計(jì)數(shù)被保存。保存的共同計(jì)數(shù)器1202 的計(jì)數(shù)等于裝置200的第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2的計(jì)數(shù)T1或T2中 的較小的一個(gè)。
[0030] 本發(fā)明的實(shí)施例還包括測量和控制物體的運(yùn)動(dòng)、以及操作裝置200、1200的方法 800、900(圖8和9)以及1500(圖15)，在下文中參考圖3至11和圖13至15對(duì)它們的示 例進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0031] 更加詳細(xì)地，裝置200、1200以及方法800、900、1500在下文被描述為用于測量和 控制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。然而，本發(fā)明的實(shí)施例還可以用于測量和控制線性運(yùn)動(dòng)。裝置200U200以 及方法800、900、1500可如下文所述，被用于測量和控制被驅(qū)動(dòng)的物體的速度以及位置。
[0032] 圖3示出了來自用于被驅(qū)動(dòng)的物體的增量位移的示例的編碼器104的并具有四 分之一周期的相位差的正交編碼器脈沖ΦΑ和ΦΒ的時(shí)序圖300。還示出了對(duì)編碼器脈沖 ΦΑ和ΦΒ的邊沿進(jìn)行計(jì)數(shù)的第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的計(jì)數(shù)。從302至304,被驅(qū)動(dòng)的物體 在相同方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，相位ΦΑ的信號(hào)領(lǐng)先相位ΦΒ四分之一周期，第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0 的計(jì)數(shù)單調(diào)遞增。然而，在304和306之間運(yùn)動(dòng)方向反轉(zhuǎn)，在306后，相位ΦΒ的信號(hào)領(lǐng)先 相位ΦΑ四分之一周期，并且第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的計(jì)數(shù)現(xiàn)在下降。
[0033] 圖4示出了來自編碼器104的正交編碼器脈沖ΦΑ和ΦΒ、來自時(shí)鐘108的時(shí)鐘脈 沖CLOCK、第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1的計(jì)數(shù)T1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2的計(jì)數(shù)T2、以及當(dāng)解 碼器202獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)時(shí)速度處理時(shí)刻k、（k-Ι)以及（k-2)的時(shí)序圖400。如點(diǎn)劃 線箭頭所示，第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1的計(jì)數(shù)T1通過編碼器脈沖ΦΑ的邊沿被重置為零，以 及第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2的計(jì)數(shù)T2通過編碼器脈沖ΦΒ的邊沿被重置為零。當(dāng)解碼器202 獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)時(shí)，第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2兩者的計(jì)數(shù)T1、T2 在速度處理時(shí)刻k、（k-1)和（k-2)也被重置為零。因此，第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì) 數(shù)器C0UNTER_2分別對(duì)發(fā)生在編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ的邊沿和速度處理時(shí)刻k之間的時(shí)鐘 脈沖CLOCK的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0034] 解碼器202在每個(gè)速度處理時(shí)刻k開始時(shí)讀取所有計(jì)數(shù)器C0UNTER_0、C0UNTER_1 和C0UNTER_2中的值。這確保速度采樣間隔Ts是恒定值。計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的計(jì)數(shù)中的 變化E(k) = [T0(k)-T0(k-1)]是發(fā)生在速度采樣間隔Ts中的編碼器脈沖邊沿的數(shù)量，并 表示在速度采樣間隔Ts中對(duì)被驅(qū)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)的粗略測量。第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1和 第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2的計(jì)數(shù)T1、T2表示編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ的最近邊沿與速度處理時(shí) 刻k之間的時(shí)間間隔。這些時(shí)間間隔在每個(gè)速度處理時(shí)刻k被更新并被用作對(duì)速度采樣間 隔Ts的精細(xì)調(diào)整。因此，可以更精確地計(jì)算在先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)之前的編碼器脈 沖ΦΑ或ΦΒ的最后的邊沿與在當(dāng)前的速度處理時(shí)刻k之前的編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ的最 后的邊沿之間的時(shí)間間隔。就在執(zhí)行速度控制算法之前計(jì)算該速度，從而該速度測量被及 時(shí)更新并且也避免了任何額外的中斷。
[0035] 當(dāng)在沒有檢測死區(qū)時(shí)間的情況下真實(shí)速度變得低于最小速度時(shí)，編碼器脈沖ΦΑ 或ΦΒ的兩個(gè)連續(xù)邊沿之間的間隔變得長于速度采樣間隔Ts。測量的速度仍可通過第二計(jì) 數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2的計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)Tl、T2而由統(tǒng)一的計(jì)算進(jìn)行更新， 甚至當(dāng)真實(shí)速度變得非常低時(shí)它也繼續(xù)提供與速度相關(guān)的測量信息。相反地，在這種情況 下由傳統(tǒng)裝置100計(jì)算的速度保持不變。例如，在解碼器104具有1000行以及速度控制周 期是0.5ms (毫秒）的情況下，沒有檢測死區(qū)時(shí)間的最小測量速度是30RPM(轉(zhuǎn)每分）。一旦 真實(shí)速度變得小于30RPM，兩個(gè)相鄰編碼器脈沖之間的時(shí)間間隔超過0. 5ms，傳統(tǒng)裝置100 測量的速度保持不變，并且會(huì)與真實(shí)速度偏離很多。存在對(duì)速度測量和控制裝置200、1200 的需求，在裝置200、1200中對(duì)非常低的速度的測量和控制更精確，同時(shí)不增加編碼器104 的行數(shù)以及不提高速度測量和控制的周期。例如，對(duì)速度測量和控制裝置200存在需求，在 裝置200中編碼器具有1000行，速度控制周期Ts是0. 5ms并且該裝置200能夠穩(wěn)定控制 低至1RPM或者甚至0. 5RPM的速度。
[0036] 圖5示出了情況500的示例，在情況500中，在連續(xù)速度處理周期中出現(xiàn)編碼器 脈沖ΦΑ和ΦΒ的邊沿。在速度處理時(shí)刻（k-Ι)之前的時(shí)間間隔T(k-l)出現(xiàn)編碼器脈沖 ΦΑ的邊沿502。由于這是編碼器脈沖的最近邊沿，用于在速度處理時(shí)刻k計(jì)算速度的值 X (k-Ι)被設(shè)置為等于在第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1中的計(jì)數(shù)，該計(jì)數(shù)表示邊沿502和速度處理 時(shí)刻（k-Ι)之間的時(shí)間段T1 (k-Ι)。在接下來的速度處理周期中，編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ的 三個(gè)邊沿504、506和508在接下來的速度處理時(shí)刻k之前出現(xiàn)。在速度處理時(shí)刻k之前的 最近邊沿508(編碼器脈沖ΦΒ)被選擇，并且用于在速度處理時(shí)刻k計(jì)算速度的值X(k)被 設(shè)置為等于第三計(jì)數(shù)器COUNTER_2中的計(jì)數(shù)，所述第三計(jì)數(shù)器COUNTER_2中的計(jì)數(shù)表示邊 沿508和速度處理時(shí)刻k之間的時(shí)間段T2 (k)。然后通過給出如下式子的結(jié)果的算法來執(zhí) 行對(duì)速度的計(jì)算：
[0037]
[0038] E(k) = T0(k)-T0(k-1) = 3
[0039] 其中E (k)是速度處理時(shí)刻（k-1)和k之間的第一計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的計(jì)數(shù)中的 變化，而C是常數(shù)系數(shù)。E(k)等于在速度處理周期（k)中出現(xiàn)的編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ的 邊沿?cái)?shù)。
[0040] 圖6示出了其中被驅(qū)動(dòng)的物體的速度變得比情況500低的情況600的示例。編碼 器脈沖ΦΑ的邊沿602出現(xiàn)在速度處理時(shí)刻（k-3)之前的時(shí)間間隔T1 (k-3)。由于這是編 碼器脈沖的最近邊沿，用于在速度處理時(shí)刻k計(jì)算速度的值X(k-l)被設(shè)置為等于第二計(jì) 數(shù)器C0UNTER_1中的計(jì)數(shù)，第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1中的計(jì)數(shù)表示邊沿602和速度處理時(shí)刻 (k-3)之間的時(shí)間段T1 (k-3)。編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ沒有邊沿出現(xiàn)在接下來的兩個(gè)速度 處理周期（k-2)和（k-Ι)中，直到速度處理周期k為止，此時(shí)，編碼器脈沖ΦΒ的邊沿604 出現(xiàn)在速度處理時(shí)刻k之前的時(shí)間間隔T2 (k)。用于在速度處理時(shí)刻k計(jì)算速度的值X (k) 被設(shè)置為等于第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2中的計(jì)數(shù)，第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2中的計(jì)數(shù)表示邊沿 604和速度處理時(shí)刻k之間的時(shí)間段T2(k)。然后在連續(xù)的速度處理周期（k-2)、（k-Ι)和 k通過給出下述式子的結(jié)果的算法來執(zhí)行速度計(jì)算：
[0046] E(k) = 1
[0047] N = 2 ；
[0048] 其中N =沒有編碼器脈沖邊沿的速度處理周期的數(shù)量（TO沒有改變并且E(k)= 0) 〇
[0049] 因此，在速度處理時(shí)刻（k-2)和（k-Ι)以前的周期期間，速度W(k)的測量在沒有 編碼器脈沖邊沿的情況下并沒有像使用裝置100那樣保持不變，而是逐漸減?。ㄈ鐖D11中 的1102所示）。在速度處理時(shí)刻（k+Ι)以前的周期期間，沒有出現(xiàn)編碼器脈沖邊沿，并且速 度的測量W(k+1)最初保持不變，如圖11中的1104所示，這是由于在沒有任何編碼器脈沖 的情況下，無論真實(shí)速度在增加、保持不變還是減少，測量值都是不被察覺的。當(dāng)編碼脈沖 下一次在后來的速度處理時(shí)刻（k+n)以前的周期中出現(xiàn)，速度的測量W(k+n)被重新計(jì)算， 如圖11中的1106所示。然而，如果沒有出現(xiàn)編碼器脈沖邊沿，則在后來的速度處理周期 1102中速度測量值逐漸減少。
[0050] 圖7示出了與情況600相似的情況700的例子，但在情況700中被驅(qū)動(dòng)的物體的 速度再次增加。情況700中的速度處理時(shí)刻（k-4)、（k-3)、（k-2)和（k-Ι)與情況600中 的速度處理時(shí)刻（k-3)、（k-2)、（k-1)和k類似。然而，編碼器脈沖ΦΑ的邊沿702出現(xiàn)在 速度處理時(shí)刻k之前的時(shí)間間隔T1 (k)。由于這是編碼器脈沖的最近邊沿，用于在速度處 理時(shí)刻k計(jì)算速度的值X(k)被設(shè)置為等于第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1中的計(jì)數(shù)，第二計(jì)數(shù)器 C0UNTER_1中的計(jì)數(shù)表示邊沿702和速度處理時(shí)刻k之間的時(shí)間段T1 (k)。則通過給出下 述式子的結(jié)果的算法來執(zhí)行時(shí)速度的計(jì)算：
[0052] E(k) = TO (k)-TO (k-1) = 1
[0053] N = 0
[0054] 在速度處理時(shí)刻k重新計(jì)算測量的速度W (k)。
[0055] 圖8是示出測量和控制物體的運(yùn)動(dòng)、以及操作裝置200的方法800的流程圖，及圖 9是更詳細(xì)示出方法800的示例900的流程圖。在802,在速度處理時(shí)刻k，第一計(jì)數(shù)T0、第 二計(jì)數(shù)T1和第三計(jì)數(shù)T2被讀取，并在804該第二計(jì)數(shù)T1和第三計(jì)數(shù)T2被重置為零。在 806,計(jì)算從先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)開始已經(jīng)出現(xiàn)的編碼器脈沖ΦΑ和ΦΒ的邊沿?cái)?shù) E(k) = TO (k)-TO (k-1) 〇
[0056] 在808,該過程出現(xiàn)分支。如果E(k)與零不同，在801確定被驅(qū)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng) 方向是否仍然與在先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)處的方向相同。如果運(yùn)動(dòng)方向（通過正交相 位ΦΑ、ΦΒ出現(xiàn)的次序被檢測出）仍然相同，那么，對(duì)應(yīng)于情況500中示出的情形，通過在 812示出的式子計(jì)算速度值W(k)。如果在810,從先前的速度處理時(shí)刻（k-Ι)開始，被驅(qū)動(dòng) 的物體的運(yùn)動(dòng)方向已經(jīng)改變，那么在814處將該速度值W(k)設(shè)置為零。
[0057] 如果在808, E(k)等于零（如在情況600的（k-2)和（k-Ι)、及情況700的（k-3) 和（k-2)所示），則該過程在816出現(xiàn)分支。如果在816,在當(dāng)前處理時(shí)刻k處，從先前的 編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ開始的時(shí)間（由對(duì)速度處理時(shí)刻數(shù)N的計(jì)數(shù)表示）超過限N mx，那么 在814該速度的值W(k)被設(shè)置為零。如果在816從先前的編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ開始的速 度處理時(shí)刻數(shù)N小于限N mx，則在818該過程出現(xiàn)分支。如果在818,在當(dāng)前處理時(shí)刻k，從 先前的編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ開始的時(shí)間M(k) = (N*Ts+X(k-l))小于當(dāng)E(k)為零時(shí)在最 近先前的處理時(shí)刻的等效時(shí)間Μ (k-Ι)，則在820,速度值W(k)保持不變?yōu)閃 (k-Ι)。如果在 818,在當(dāng)期處理時(shí)刻k，從先前的編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ開始的時(shí)間M(k)大于先前的處理時(shí) 刻（k-n)的等效時(shí)間M(k-n)，則由在822示出的式子來重新計(jì)算速度值W(k)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的 方向?yàn)檎蛘哓?fù)。
[0058] 圖10示出了對(duì)于旋轉(zhuǎn)物體，與傳統(tǒng)裝置100的操作相比，使用裝置200和方法800 所獲得的結(jié)果1000。在兩種情況下，編碼器104均具有1000行并且速度處理和控制周期 為0. 5ms。被驅(qū)動(dòng)的物體的真實(shí)的速度WACT在零和1. 2轉(zhuǎn)每分（RPM)之間以0. 12s的周期 正弦變化，如實(shí)線圖所示。通過點(diǎn)劃線圖示出了通過傳統(tǒng)裝置100測量的速度值W1(]。，而由 裝置200和方法800測量的速度值W2。。通過虛線圖示出。
[0059] 在時(shí)刻1002和1004,與真實(shí)速度WACT的最大和最小值相近，值W i。。和W 2。。兩者合 理地接近真實(shí)速度WACT，并具有可接受的時(shí)間延遲。然而，在它的變化周期期間的時(shí)間1006 處，當(dāng)真實(shí)速度W ACT減少并且編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ的連續(xù)邊沿之間的間隔基本上長于速 度處理和控制周期時(shí)，通過傳統(tǒng)裝置100測量的速度值I。。保持不變而不是跟隨真實(shí)速度 的降低，并大幅偏離真實(shí)速度W ACT。這一偏離會(huì)引起速度控制的不穩(wěn)定性以及受控穩(wěn)態(tài)速度 中的誤差。
[0060] 另一方面，通過裝置200和方法800測量的速度值W2。。在間隔1006期間逐漸降低 并更好地接近于真實(shí)速度W ACT，使得能夠進(jìn)行穩(wěn)定的速度控制和實(shí)現(xiàn)受控穩(wěn)態(tài)速度中的小 得多的誤差，甚至低至0. 5RPM的速度。
[0061] 圖11示出了與情況500類似，在以相同方向運(yùn)動(dòng)但速度變化的情況下，使用用于 旋轉(zhuǎn)物體的裝置200和方法800獲取的結(jié)果1100。在圖11中示出了同一時(shí)間尺度的第一 計(jì)數(shù)器C0UNTER_0的計(jì)數(shù)T0和速度的測量值W 2。。（圖10中所示）。在編碼器脈沖ΦΑ或 ΦΒ的兩個(gè)邊沿之間的間隔1102處，當(dāng)真實(shí)速度WACT小時(shí)，通過裝置200和方法800測量的 速度值W 2。。在若干速度處理周期期間逐漸減小。在間隔1104的開始處，單個(gè)編碼器脈沖出 現(xiàn)，但在間隔1104期間，真實(shí)速度W ACT的最近似測量值W(k)并不改變。下一次編碼脈沖在 間隔1104的結(jié)束時(shí)出現(xiàn)，并在間隔1106的開始處重新計(jì)算速度測量值W(k)。接下來，在進(jìn) 一步的間隔1106期間，當(dāng)沒有出現(xiàn)編碼器脈沖ΦΑ或ΦΒ的邊沿時(shí)，通過裝置200和方法 800測量的速度值W 2。。保持不變，直到在當(dāng)前處理時(shí)刻k，從先前的編碼器脈沖ΦΑ、ΦΒ開 始的通過M(k) = (N*Ts+X(k-l))表示的時(shí)間大于當(dāng)E(k)為零時(shí)在最近的先前的處理時(shí) 刻的等效時(shí)間M(k-l)。
[0062] 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的裝置1200。該裝置1200具有共同的計(jì) 數(shù)器1202(C0UNTER_1)取代裝置200的第二計(jì)數(shù)器C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2。 計(jì)數(shù)器1202提供對(duì)時(shí)鐘脈沖CLOCK數(shù)的計(jì)數(shù)，它由編碼器脈沖ΦΑ和ΦΒ兩者的邊沿重 置。此外，在當(dāng)解碼器202獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)、W(k-n)時(shí)而重置共同計(jì)數(shù)器1202之前，記 錄共同計(jì)數(shù)器1202的計(jì)數(shù)。共同計(jì)數(shù)器1202被記錄的計(jì)數(shù)等于裝置200的第二計(jì)數(shù)器 C0UNTER_1和第三計(jì)數(shù)器C0UNTER_2的計(jì)數(shù)T1或T2中的較小的一個(gè)。
[0063] 圖13示出了來自編碼器104的正交編碼器脈沖ΦΑ和ΦΒ、來自時(shí)鐘108的時(shí)鐘 脈沖CLOCK、計(jì)數(shù)器1202的計(jì)數(shù)以及當(dāng)解碼器202獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)時(shí)的速度處理時(shí)刻 k、（k-Ι)和（k-2)的時(shí)序圖1300。如點(diǎn)劃線箭頭所示，計(jì)數(shù)器1202的計(jì)數(shù)通過編碼器脈沖 ΦΑ和ΦΒ兩者的邊沿重置為零。在當(dāng)解碼器202獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)W(k)時(shí)的速度處理時(shí)刻 k、（k-1)、（k-2)處，計(jì)數(shù)器1202的計(jì)數(shù)也被重置為零。因此，計(jì)數(shù)器1202對(duì)在解碼器脈沖 ΦΑ或ΦΒ的最近邊沿與速度處理時(shí)刻k之間出現(xiàn)的時(shí)鐘脈沖CLOCK的數(shù)量進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0064] 圖14是在裝置1200的操作中與圖5類似的情況的圖。與裝置200不同，在包括 處理時(shí)刻k的每個(gè)處理時(shí)刻處，計(jì)數(shù)器1202的計(jì)數(shù)T1 (k)對(duì)應(yīng)于速度處理時(shí)刻k之前的最 近邊沿1408(相位ΦΒ)，并且用于在任何速度處理時(shí)刻（包括k)計(jì)算速度的值X(k)都被 沒置為等于計(jì)數(shù)器1202中的計(jì)數(shù)。
[0065] 圖15是裝置1202的操作方法1500的詳細(xì)流程圖，與用于裝置200的圖8和9的 方法800和900類似。不同點(diǎn)在于，為了獲取用于在速度處理時(shí)刻k計(jì)算速度的值X (k)，不 必在兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)之間進(jìn)行選擇，這是因?yàn)橛?jì)數(shù)器1202的計(jì)數(shù)已經(jīng)表示了邊沿1408 和速度處理時(shí)刻k之間的時(shí)間段T1 (k)。
[0066] 在前述說明中，已經(jīng)參考本發(fā)明的實(shí)施方式的特定示例描述了本發(fā)明。然而，明顯 的是在不脫離附加權(quán)利要求中所解釋的本發(fā)明更廣泛的精神和范圍的情況下，可以在其中 作出多種改變和變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于測量物體的運(yùn)動(dòng)的測量裝置，所述測量裝置具有用于提供編碼器脈沖的第 一相位和第二相位的正交增量式編碼器，所述編碼器脈沖的第一相位和第二相位對(duì)應(yīng)于物 體的增量位移，所述測量裝置包括： 第一計(jì)數(shù)器，用于根據(jù)對(duì)位移的感測提供編碼器脈沖計(jì)數(shù)； 時(shí)鐘，用于以確定的頻率提供時(shí)鐘脈沖； 另一計(jì)數(shù)器，連接至所述時(shí)鐘，用于提供時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)；以及 解碼器，用于在周期性速度處理時(shí)刻處根據(jù)所述編碼器脈沖計(jì)數(shù)和所述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù) 來獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)， 其中所述解碼器時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的獲取包括使用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)調(diào)整來自所述第一計(jì)數(shù)器 的編碼器脈沖數(shù)據(jù)，所述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)是根據(jù)所述編碼器脈沖的最近邊沿和當(dāng)所述解碼器 獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)的速度處理時(shí)刻之間的時(shí)間段的，以及 其中當(dāng)所述解碼器獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，所述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)由所述編碼器脈沖的第一相位 和第二相位重置。2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述另一計(jì)數(shù)器包括用于提供時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的第二 計(jì)數(shù)器和第三計(jì)數(shù)器，其中所述第二計(jì)數(shù)器和第三計(jì)數(shù)器分別由所述編碼器脈沖的第一相 位和第二相位重置。3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述另一計(jì)數(shù)器是提供所述時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)的共同計(jì) 數(shù)器，以及當(dāng)所述解碼器獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)由所述編碼器脈沖的第一相位和第二相位重置所 述另一計(jì)數(shù)器。4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻開始已經(jīng)出現(xiàn)編碼器脈 沖的邊沿時(shí)，所述解碼器包括使用時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)調(diào)整來自所述第一計(jì)數(shù)器的編碼器脈沖數(shù) 據(jù)，該時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)是根據(jù)所述編碼器脈沖的最近邊沿和當(dāng)前處理時(shí)刻之間的時(shí)間段的。5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻開始已經(jīng)出現(xiàn)編碼器脈沖 的邊沿時(shí)，所述解碼器對(duì)來自所述第一計(jì)數(shù)器的編碼器脈沖數(shù)據(jù)的調(diào)整根據(jù)所述編碼器脈 沖的最近邊沿和當(dāng)前處理時(shí)刻之間的時(shí)間段提高速度的測量值。6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述解碼器對(duì)來自所述第一計(jì)數(shù)器的編碼器脈沖數(shù) 據(jù)的調(diào)整根據(jù)所述編碼器脈沖的最近邊沿和先前的處理時(shí)刻之間的時(shí)間段減小測量的速 度值。7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻開始沒有出現(xiàn)編碼器脈沖 邊沿時(shí)，所述解碼器包括使用對(duì)從所述編碼器脈沖的最近邊沿開始的速度處理時(shí)刻數(shù)的計(jì) 數(shù)。8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中當(dāng)從先前的處理時(shí)刻開始運(yùn)動(dòng)方向已經(jīng)改變時(shí)，所 述解碼器將測量的速度值調(diào)整為零。9. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中當(dāng)從先前的速度處理時(shí)刻開始沒有出現(xiàn)編碼器脈沖 邊沿時(shí)，并且在當(dāng)前處理時(shí)刻中從先前的編碼器脈沖開始的時(shí)間小于從之前的編碼器脈沖 和先前的處理時(shí)刻開始的時(shí)間時(shí)，所述解碼器保持測量的速度值不變。10. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中當(dāng)在當(dāng)前處理時(shí)刻中沒有編碼器脈沖邊沿的速度 處理周期數(shù)超過預(yù)定的限時(shí)，所述解碼器將測量的速度值調(diào)整為零。
【文檔編號(hào)】G01D3/028GK106092148SQ201510325844
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年4月29日
【發(fā)明人】李樹楠, 周序偉, 葉萬富
【申請人】飛思卡爾半導(dǎo)體公司