利用倍频地方法将编码器的反馈脉冲提高100倍，解析度真的提高了吗 点击：8299 | 回复：89
利用倍频地方法将编码器的反馈脉冲提高100倍，解析度真的提高了吗？
刘志斌 发表于 2012/3/21 11:27:08
1、编码器与上位机的电子齿轮伺服精确控制理论，为了提高所谓的指令脉冲当量或者叫指令脉冲单位的精确度、分辨率、解析度，就在编码器上下功夫；
2、编码器的刻线是有限，不可能达到131072这样的数量级；
3、这个理论，就把编码器输出的脉冲用倍频的方法，把几百个或者几千个有限的编码器实际输出的脉冲任意扩大几十倍变成十几万的反馈脉冲；
4、如果编码器的刻线是1000，每转一周，实际输出1000个反馈脉冲，100倍频后变成100000个反馈脉冲；
5、就是说，编码器每输出1个脉冲，实际反馈的是100个脉冲，当编码器实际输出1个、2个、3个、……脉冲时，反馈的是100个、200个、300个、……反馈脉冲；
6、而上位机输出的一个指令脉冲，就是1个，这时如果电子齿轮比是1，反馈脉冲也应该是1个，而实际上反馈脉冲最少是100个；
7、也就是说电子齿轮比是1时，1、2、3、……100个指令脉冲，对应的反馈脉冲是100、100、100、……100个反馈脉冲；
8、这时的脉冲当量0.001，实际上是0.1，将编码器的输出脉冲倍频的方法是自欺欺人！
9、这时出现的情况就是，你通过上位机输入1、2、3、……100个指令脉冲时，伺服电机不转不启动，因为反馈脉冲是100它告诉控制中心电机已经转了100个脉冲的位移；
10、这时出现的情况就是，你通过上位机输入1、2、3、……100个指令脉冲时，伺服电机的反馈脉冲是100，控制中心控制电机反转，这时反馈脉冲又变成-100，控制中心又反转启动电机，这样电机在不断正反转振动！
11、将编码器的输出脉冲扩大100倍，还可以这样理解，当编码器输出反馈脉冲1、2、3、……100时，实际转子就没有转动！
楼主最近还看过
好吧,我把我的意思从头完整叙述一遍,再有问题我也没法
主楼认为:编码器进行脉冲多倍数(>4)细分对定位控制没有意义
我认为:编码器输出脉冲有两种,方波的与弦波的(无论光磁,都有两种类型输出的产品,而不是光码直能输出方波,磁码智能输出弦波),虽然方波的4分频以上仅对速度控制有意义,而弦波的通过合理设计的分频线路,进行脉冲多倍数(>4)细分可以大大提高定位精度!
弦波细分的对象是输出de两个正弦,并不仅仅可用于磁码产品,光码产品同样可以.
以下举例说明使用幅相甄别细分弦波,特别声明,这只是方法的一种,但足以表明细分如何提高定位精度:
有一台每周360脉冲的编码器(一般编码器分别率不会这么低,这里主要为数字好看些),在电机旋转时,电机轴每转一周,我们可以得到360个脉冲,每个脉冲代表电机转了1度.不进行倍频,定位控制精度是1度.进行4倍频,我们得到的控制精度是机械转轴的1/4度.精度得到提高.
现在,通过,我们取出正弦幅值,例如,正弦波信号峰值是5V,那么两条弦波中第一条的2.5V的点对应了这条弦波30度和120度位置,因为另一个弦波与这个弦波差90度,则在第二个弦波上的同一时刻幅值采样值分别是4.3V与-4,3V,这样可以区分出30度和120度这两个位置.同样方法,可以定位到更多的分度(45/60...)上.
每一个正弦波周期在上叙每个约定的分度点都插入脉冲信号,插入的脉冲连同正常4分频的间隔90度的脉冲就组成了一个密度远高于4分频的脉冲串,本来电机转一圈是360个或4倍频的1440个脉冲,现在,我们可以有了更多的脉冲来帮助定位,电机轴定位精度大大升高.注意,这种方法插入的脉冲是可重复的\可逆的,并不是利用PLL倍频线路,也就是说,例如,插入30-60-120-150-210-240-300-330度脉冲序列后,电机旋转1/1440*3度必然会在分频器输出产生一个脉冲.
以上脉冲插入过程可以由专用芯片完成,例如非线性AD转换器,一般精度6bit或8bit就足够完成50或100倍分频需求.这些专用芯片可以将输入的弦波经过AD转换后,结合两个弦波正交信息得到弦波相位,而后送入数字比较器,通过设置比较器预编程阀值就可以实现可编程倍率的脉冲分相插入.非线性AD转换/比较器/预编程阀值存储器现在已经可以集成到一个芯片上.周末不出差又有空,我到实验室拆一台编码器倍频器,把电路板图片传上来吧!
所谓非线性AD,其模拟量-数字量的编码规则与常规AD芯片有所不同,请下载数据手册并仔细阅读!
再多说几句:
前面几楼中,在我提出的光码也可以输出弦波时,刘先生质疑,我提供了该类产品厂家和型号
在我提出的8bit细分芯片时,刘先生质疑并将其与视频细分混淆,我提供了该芯片型号与数据手册首页截图
遗憾的是,我没有感觉出刘先生曾经自行找到这些资料全文并完整阅读
我明明指出幅相甄别细分的是弦波,也就是细分了编码器输出信号,但刘先生还在质疑编码脉冲细分如何提高定位精度
我明明说了检测信号位置是为了细分信号,如果编码器输出信号实实在在得到细分,以其为基础的定位控制精度提高有何不对?但刘先生还在一直夹缠
为了说明光电编码器内部不会有4条光栅,我甚至提供了编码器内部示意,而实际上大部分产品就不可能有4条光栅,刘先生喋喋不休的说只要/要是内部有4条光栅就如何如何,又能证明什么!
而我指出刘先生了绝对编码器和增量编码器概念,二者间有清晰的定义,绝非有没有周脉冲的差别,我没有见到刘先生任何反应,似乎没意识到这暴露了他对编码器方面概念上有多么无知!
以上,刘先生不是喜欢1234吗,请!请!请!
啰嗦一堆,希望不会令论坛其它朋友反感
另外, to笨鳥慢飛 先生, 幅相甄别确属模拟量细分的一种,且我不否认有我不了解的其它细分办法,可能效果更好.但这不意味着弦波使用模拟量细分不能用于提高定位控制精度.
引用 yuankn 的回复内容：
…… 我认为:编码器输出脉冲有两种,方波的与弦波的(无论光磁,都有两种类型输出的产品,而不是光码直能输出方波,磁码智能输出弦波),虽然方波的4分频以上仅对速度控制有意义,而弦波的通过合理设计的分频线路,进行脉冲多倍数(>4)细分可以大大提高定位精度! 弦波细分的对象是输出de两个正弦,并不仅仅可用于磁码产品,光码产品同样可以. ……
1、关于“4”：
1）编码器1周的刻线，是很有限的，比说最多可以刻2500线，那么一周可以输出2500个位移脉冲；
2）做编码器的人很聪明，在编码器上他沿圆周平行做4条2500线，刻线互相错开90°，那么一周可以输出4×2500个位移脉冲；
3）然后用鉴相、鉴幅、鉴沿等方式，叠加合成出4×2500=10000个实际位移检测脉冲，例如我给你的图；
4）这里的“4”，实际不是4倍频，是把4条刻线的实际检测脉冲叠加所得的真正以上的位移脉冲，当然对位移是有意义的；
5）就是说4×2500=10000个实际位移检测脉冲，1、2、3、4、……，每一个脉冲都对应这一个实际角位移，不是虚的，是实的，是有意义的；
老劉 說了半天 你真的是"不懂大師" 網友都把光電編碼器的剖面圖都秀給你看 三組光源兩道刻線 就可構成長線輸出
脈衝的四倍頻 與 弦波的四倍頻 是兩碼事 已經講了半年多 至今你還是不長進
從我16倍的圖形已經很清楚告訴你 你的標題就是錯誤 當編碼器轉一個弦波訊號 事實編碼器已經輸出16個脈衝出去 假設此編碼器的碼盤為2500線 那此編碼器轉一圈 輸出脈衝就為2500X16=40,000ppr 還可在4倍頻
去問問你的老朋友 通訊網 他會告訴你 老劉這是很簡單的問題 也是很基本的觀念
還記得我給你的那句話 高解析度之伺服不再追求高精度 而再追求運動過程的平順度 就是 yuankn 他們再做的事 因你不懂 他才覺得累
学老刘123一次
1 编码器输出A+ A- B+ B-脉冲并不需要4条光栅或磁迹, 一般反脉冲都是由编码器内部的信号处理电路生成,对弦波,典型电路是由高速运放构成反相器,对方波,可能仅仅是一个三极管构成de非门
4条光栅或磁迹产品我不敢肯定没有,但应该不是主流.
2 编码器信号不可能直接输出,光敏元件或磁敏元件的输出信号驱动能力太差,需要通过内部电路板放大整形.绝大部分产品的光敏元件或磁敏元件的输出信号都是弦波,区别在于标不标准而已.方波输出
是编码器内部整形电路处理的结果.当然,要光敏元件或磁敏元件输出很标准的弦波信号,需要的制造装配工艺不低,所以,大部分原始弦波都不算好,干脆整成方波了事.
3 方波输出的编码器4倍细分后,在利用PLL倍频确实对定位控制帮助不大
4 弦波输出的编码器可以使用种种手段进行16-50-100甚至更高的细分,由于每个细分点在相位关系上都有确切的位置,因此,可以用于有效提高定位精度
5 还有一些方波输出产品本身就是在编码器内部细分弦波后输出的.有业内人士透露某日系某款编码器,内部光栅仅仅500线,输出最大可以提供4096方波输出.你买它同款1000/2000/4000线产品,光电部分一样,处理电路不同而已.这种产品实际使用时其实与光栅4096线的直接整形输出产品效果区分有,但不大.(此事小道消息,拒绝继续讨论)
6 有一些运动控制器,内部集成有弦波细分能力,编码器的弦波后控制器内部进行处理.对于没有集成弦波细分能力的控制器或只能接受方波的控制器,现在有专门的编码器细分产品可以完成脉冲插入,细分倍数一般可以编程.这类产品国产/进口都有,工控网上都应该找得到
7 老刘,搞清楚增量编码器和绝对编码器区别没有?
光敏元件输出的是前后边沿清晰的方波
任何光敏元件通断转换过程中都存在一个线形过渡区,原始的光电管或光敏电阻线形区很大,你所看到的前后边沿清晰的方波都是经过放大/整形(例如使用施米特电路)的结果!光电编码器中的弦波产品我已经提供参考型号厂家,不能自己查一下吗?
关于4刻线编码器
除了绝对编码器和一些特殊用途的产品外,都不存在两条以上刻线,也就是说,市面上你买10台编码器,除去绝对编码器,增量编码器中至少8-9台内部只有两圈刻线,其中一圈是细分的光栅孔或磁带, 另一圈上只有一个用于产生周定位脉冲的单一三弦. 90度的脉冲来源于物理位置布置合理的两组光电管或磁敏期间. 当其中一个处于完全受光或磁敏最强点,另一个处于半受光或磁敏强度近半时,90度的差脉冲就形成了.注意前面我提供的示意图.
关于10万线细分
这个问题纯属抬杠
500线细分成4000线,倍率是8倍,到10万线倍率200倍. 考虑鉴幅电路转换精度转换速率,前者8bit足够,后者12bit只能说刚刚达标,成本收益如此悬殊,由前者行理论上可以推导后者行,但工艺达不到,或者说达到的代价太大少有人去做.实际上,我给你的回答是,还真有产品采用正弦内插法将1024线弦波增强到100万的.由于后者没少人做就推导前者也是假的,这就是诡辩而不是认真讨论技术了!!
你可以徒步登上泰山,我一句话,你可以徒步登上珠峰吗?不行吧!那你登泰山也是假的.我这么说,你会怎样想?
http://wenku.baidu.com/view/6f68007d1711cc7931b71687.html这篇文章论叙如何使用DSP进行内插法获得更高定位精度,理论依据,计算方法,示例程序一应俱全,劳神费力,看一下好么,看不懂找人请教一下好吗?
关于A-/B-脉冲
这里是我措辞不严谨,准确的说应该是A非和B非（字母上打一杠），论坛发言，打不出来，用A-/B-表述，是一般编码器考虑长线传输因素提供反相脉冲
实际上，方波编码器多提供A，A非，B，B非，Z，Z非6个通道。弦波编码器提供AB两个增量计数通道和CD两个周相位通道再加Z脉冲通道。但考虑线路传输，A非，B非，C非，D非也往往同时提供。顺便说一下，CD脉冲是内插法细分定位的主要信号凭据
好了，懂了的就懂了，看帖子的人自己判断吧，网上资料车载斗量，用自己的理解判断对错本就是成年人自己的事
觉得刘老师对，就去相信他，其结果自己负责。清闲时光结束，任务压头，未来一两周不大可能逛论坛发言。各位，再会！
引用 yuankn 的回复内容：
关于4刻线编码器
除了绝对编码器和一些特殊用途的产品外,都不存在两条以上刻线,也就是说,市面上你买10台编码器,除去绝对编码器,增量编码器中至少8-9台内部只有两圈刻线,其中一圈是细分的光栅孔或磁带, 另一圈上只有一个用于产生周定位脉冲的单一三弦. 90度的脉冲来源于物理位置布置合理的两组光电管或磁敏期间. 当其中一个处于完全受光或磁敏最强点,另一个处于半受光或磁敏强度近半时,90度的差脉冲就形成了.注意前面我提供的示意图.……
1、如果是光刻，必须是4条；
2、如果是磁迹，因为NSNS……可以是一条磁迹，所以是两条磁迹；
3、这是个工艺问题；
4、它是用多条相同的刻线，获得高分辨率编码器的一个工艺方法！
引用 yuankn 的回复内容：
……
关于10万线细分这个问题纯属抬杠500线细分成4000线,倍率是8倍,到10万线倍率200倍. 考虑鉴幅电路转换精度转换速率,前者8bit足够,后者12bit只能说刚刚达标,成本收益如此悬殊,由前者行理论上可以推导后者行,但工艺达不到,或者说达到的代价太大少有人去做.实际上,我给你的回答是,还真有产品采用正弦内插法将1024线弦波增强到100万的.由于后者没少人做就推导前者也是假的,这就是诡辩而不是认真讨论技术了!! ……
1、利用4条刻线，把一条刻线的脉冲数，合成叠加成4倍的脉冲数，是一种获得实际位移脉冲的工艺方法；
2、把一条刻线的脉冲，用数字电路倍频获得10倍、100倍的脉冲数，而这10个、100个脉冲对应的位移只有1个，所以用数字电路获得高解析度的编码器，是无意义的；
3、就好像电机转一周，编码器能输出10000个脉冲，可是每一个脉冲的位置在哪里，谁都不知道！
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