專利名稱：測量絕對旋轉角度的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及用以測量絕對旋轉角度的裝置及其方法。具體來講，該測量裝置適用于對旋轉傳動及絕對旋轉角度測量有高精度要求的測量與伺服系統。
背景技術：
在許多用于進行旋轉傳動的測量與伺服系統中，對旋轉傳動和絕對旋轉角度測量要求有較高精度。并且，這類旋轉傳動系統大多需要進行絕對旋轉角度的實時測量。目前，一種根據已測旋轉角度來測量相對或絕對旋轉角度的旋轉角傳感器包括編碼器、旋轉變壓器、同步機等。近來，常常用多速旋轉變壓器來提高精度。但是，在用多速旋轉變壓器和普通RDC(旋轉變壓器數字轉換器)測量旋轉角度時，只能測量在限定角度以內的絕對旋轉角，而超出該限定角度的范圍就只能得到相對旋轉角度，這是個問題。
圖1示出一種常用旋轉變壓器的結構，圖2示出一種常用旋轉變壓器的輸入-輸出信號和一種RDC的數字輸出。
參見圖1，旋轉變壓器具有一個轉子12和兩個定子14與16。當用圖2所示的交流(AC)方波激勵轉子12時，從定子14與16得到正弦和余弦信號。在圖1所示的單速旋轉變壓器中，可利用將旋轉變壓器的輸出數字化的RDC容易地測量絕對旋轉角度。另一方面，多速旋轉變壓器如雙速旋轉變壓器具有相對較高的精度。但是，多速旋轉變壓器具有象圖2所示的雙速輸出E1與E2那樣的輸出波形，因此，當絕對旋轉角度值被規定在限定角度內時，便不能得到超出該限定角度范圍的相對旋轉角度。
發明內容
因而，本發明的一個目的是提供一種適用于數字測量與伺服系統的裝置和方法，用以非常精確地測量絕對旋轉角度的值。
按照要達到上述目的的本發明的實施例，提供一種測量絕對旋轉角度的裝置，它包括具有與旋轉變壓器相連的傳動器旋轉部分、與傳動器旋轉部分結合的傳動器固定部分、以及用于檢測傳動器旋轉部分的旋轉狀態的傳感器的旋轉機構；響應旋轉控制來驅動所述旋轉機構的執行部分；用以將來自旋轉變壓器的旋轉檢測信號轉換為數字的旋轉變壓器數據的旋轉變壓器接口；以及控制器，它用以向執行部分提供旋轉控制信號，接收數字的旋轉變壓器數據和旋轉檢測信號以設置所述旋轉機構的初始旋轉參考位置，并在數字旋轉變壓器數據相對于初始旋轉參考位置突變時補償旋轉角度以計算絕對旋轉角度。
具體實施例方式
下面，按照本發明的最佳實施例來描述絕對旋轉角度測量裝置及其方法。并且，還將詳細描述與按照本發明的實施例的結構有關的特定部分，以便在后續說明中提供對本發明更全面的理解。但是，對于本領域的技術人員，顯然能夠不用這些特定部分而做出本發明。
圖3表示按照本發明的實施例的絕對旋轉角度測量裝置，把該裝置設置為與旋轉變壓器的旋轉部分結合、用于檢測旋轉變壓器的絕對旋轉狀態的機構。
參見圖3，該裝置配備有帶有用于安裝旋轉機構的空腔或凹處的傳動器固定部分26；傳動器旋轉部分28，它具有安放于傳動器旋轉部分的凹處內的旋轉軸24，該旋轉軸裝在傳動器旋轉部分上與其一起旋轉；以及與旋轉軸24的下部旋轉結合的旋轉變壓器旋轉部分20，并且其上裝有用于固定旋轉變壓器的旋轉變壓器固定部分22。而且，在傳動器旋轉部分28的一側裝有突出件30，并且在固定傳動器固定部分26的部分上固定地裝有光開關32。
具有上述構造的機構檢測傳動器旋轉部分28的轉動，以得到絕對位置，并且用旋轉變壓器檢測相對旋轉角度。這里，應通過固定多速旋轉變壓器的磁極對(pole pair)來設定光開關機構的尺寸。
圖4示出按照本發明的實施例的絕對旋轉角度測量裝置，把該裝置設置為用于控制圖3中所示光開關22及機構、并通過檢測旋轉變壓器的輸出獲得絕對和相對角度的電子線路。這一裝置主要包括控制單元、旋轉變壓器接口、光開關接口和驅動單元。這里，控制單元包括包括微處理器(MPU)或數字信號處理器(DSP)的處理器或控制器34以及存儲器36。驅動單元包括DAC(數模轉換器)38、低通濾波器(LPF)40、執行器驅動器42以及執行器44。旋轉變壓器接口包括旋轉變壓器46、旋轉變壓器振蕩器、旋轉變壓器數字轉換器(RDC)50以及用于RDC的穩壓器。光開關接口包括用以驅動光開關22中的發光二極管(LED)的LED驅動器52、用于匹配光開關的輸出的光接口54以及緩沖器56。
圖5和圖6表示用于控制圖4中所示的控制器34的工作的算法，其中，圖5是用于設置初始絕對位置的流程圖，而圖6是用于計算絕對旋轉角度的流程圖。
以下，參照圖3至圖6，對按照本發明的絕對旋轉角度的測量裝置的工作進行詳細描述。
當如圖4中所示構成的絕對旋轉角度測量裝置工作時，控制器34輸出控制數據至DAC38以驅動圖3中所示的傳動器。這里，DAC38把該驅動控制數據轉換為模擬信號，并且把這些模擬信號送至LPF40，而LPF40對轉換的模擬信號進行低通濾波以供給執行器驅動器42。執行器驅動器42按照濾波后信號的電壓驅動執行器44，以轉動圖3中所示的傳動器旋轉部分28。這里，所述旋轉變壓器振蕩器產生如關于圖2提到的旋轉變壓器驅動信號，并將該信號送至旋轉變壓器46，而LED驅動器52驅動光開關32中的那些LED。
當傳動器旋轉部分28轉動時，裝在其一側的突出件30每轉動大約360°經過光開關32一次，并且旋轉所述旋轉變壓器的旋轉部分20以轉動在旋轉變壓器46中的轉子。結果，正如關于圖2所提到的，從旋轉變壓器46中的多個定子產生多速輸出，并送至RDC50。經由光開關接口54把傳動器旋轉部分28的旋轉檢測信號輸入緩沖器56。
RDC50對來自旋轉變壓器的多速檢測信號進行轉換，并將轉換后的信號提供給控制器34，緩沖器56把光開關32的輸出提供給控制器34。這里，控制器34分析從緩沖器56輸出的光開關32的開/關檢測信號和RDC50的輸出值以設置初始位置，并且計算絕對旋轉角度值。從下列描述中，會更清楚地理解初始絕對位置的這種設置和絕對旋轉角度值的計算。
如圖5中所示，控制器34在步驟60讀取RDC50的輸出，并且在步驟62中讀取緩沖器56的輸出以判斷光開關32是否“接通”。如果在步驟62中判定光開關為“斷開”，則控制器34輸出驅動控制數據至DAC38以向前驅動執行器44。如果光開關為“接通”，在步驟64中，控制器34中斷驅動控制數據的輸出以關掉執行器44。換言之，使受驅動的執行器44停在光開關32檢測到突出件30的位置，而控制器34將角度補償值設為“0”。在步驟68中，控制器將角度補償值加在RDC50的輸出數據上，并且把相加后的值設為絕對旋轉角度值。正如從前文可看出的，圖3中所示的傳動器被緩慢地驅動到一個方向，在該方向上，旋轉變壓器的值被設為在光開關接通的時刻旋轉角的初始值的參考值。
正如從圖5中可見，控制器34根據某個控制過程來設置初始位置，并且如下計算旋轉傳動器的絕對旋轉角度值。
絕對旋轉角度的計算開始，這時在圖6的步驟72中，控制器34讀取RDC50的輸出值而將該輸出值存入內存儲器。剛一讀取RDC50的輸出值，在圖6中所示的步驟74中，控制器34從當前RDC50中讀取的當前RDC數據(P_RDC)中減去以前存儲在內存儲器中的舊RDC數據(O_RDC)，計算RDC數據之差(RDCDD)。
控制器34判斷RDC數據差(RDCDD)是否大于RDC分辨率與系數a的乘積，其中系數a被設置為近似于1的值并且大約在0.7到0.8之間(參見圖6中的步驟76)。如果RDC數據差或RDCDD大于系數a與RDC分辨率的乘積，則控制器34將角度補償值減去RDC分辨率所得的差值作為角度補償值，通過后者來對角度進行補償(參見步驟78)。
如果判定RDCDD小于系數a與RDC分辨率的乘積，則在步驟80中，控制器34將RDC分辨率加到前面所設置的角度補償值上以對角度進行補償。在完成步驟80后，在步驟82中，控制器34將角度補償值加到當前RDC50中讀取的當前RDC數據(P_RDC)上、以計算絕對旋轉角度。在步驟84中，控制器34用當前RDC50中讀取的當前RDC數據(P_RDC)取代存儲在存儲器中的舊的RDC數據(O_RDC)，結束絕對旋轉角度的計算。
因此，當RDC50的輸出相對于初始旋轉參考點或參考值改變時，把旋轉角度與絕對旋轉角度比較，從而能正確地計算絕對旋轉角度。
按照上面描述的本發明，檢測驅動部分的旋轉狀態以設置初始絕對位置，并且當RDC輸出相對于初始旋轉參考點突然改變時，對該角度進行補償以測定絕對旋轉角度。由此，在連續旋轉系統中可高精度地測量旋轉角度。并且，利用多速旋轉變壓器可以容易地測量絕對旋轉角度。
權利要求
1.一種測量絕對旋轉角度的裝置，它包括具有與旋轉變壓器相連的傳動器旋轉部分、與所述傳動器旋轉部分旋轉結合的傳動器固定部分、以及檢測所述傳動器旋轉部分的旋轉狀態的傳感器的旋轉機構；用于響應旋轉控制信號、驅動所述旋轉機構的執行部分；用于將來自所述旋轉變壓器的旋轉檢測信號轉換為數字的旋轉變壓器數據的旋轉變壓器接口；以及用于向所述執行部分提供所述旋轉控制信號，用于接收所述數字旋轉變壓器數據和所述旋轉檢測信號以設置所述旋轉機構的初始旋轉參考位置，并且用于在所述數字的旋轉變壓器數據改變時計算所述絕對旋轉角度的控制器。
2.權利要求1的測量絕對旋轉角度的裝置，其特征在于所述傳動器旋轉部分圍繞旋轉軸轉動，并且所述旋轉軸被固定在所述傳動器旋轉部分的凹處內；所述傳動器旋轉部分還包括用以固定所述旋轉變壓器、具有與所述旋轉軸的下部結合的旋轉變壓器旋轉部分的旋轉變壓器固定部分，和裝在所述傳動器旋轉部分的一側的突出件；以及所述傳感器被固定地安裝在所述傳動器固定部分被固定的位置，以檢測所述突出件的經過。
3.權利要求2的測量絕對旋轉角度的裝置，其特征在于所述傳感器是光開關。
4.權利要求3的測量絕對旋轉角度的裝置，其特征在于它還包括用以驅動所述光開關的LED的發光二極管(LED)驅動器和用于從所述光開關提供信號的光接口。
5.權利要求1的測量絕對旋轉角度的裝置，其特征在于所述執行部分包括用以將來自所述控制器的所述旋轉控制信號轉換成模擬信號的轉換器、用以對所述轉換的模擬信號進行濾波的低通濾波器以及響應所述濾波后的信號轉動所述旋轉機構的所述傳動器旋轉部分的執行器。
6.權利要求1的測量絕對旋轉角度的裝置，其特征在于所述旋轉變壓器接口包括用于向所述旋轉變壓器中的轉子提供方波的旋轉變壓器振蕩器，以及用于將來自所述旋轉變壓器中的所述轉子的模擬波數字化而把所述數字化后的波提供給所述控制器的轉換器。
7.權利要求1的測量絕對旋轉角度的裝置，其特征在于所述旋轉變壓器接口包括用于向所述旋轉變壓器中的轉子提供方波的旋轉變壓器振蕩器，以及用于將來自所述旋轉變壓器中的所述轉子的模擬波數字化而把所述數字化的波提供給所述控制器的轉換器。
8.一種測量絕對旋轉角度的方法，其中旋轉機構與多速旋轉變壓器結合并且具有用以檢測借助執行器的驅動而旋轉的旋轉部分的旋轉狀態的傳感器，并且旋轉變壓器數字轉換器(RDC)將所述旋轉變壓器測得的信號轉換成數字信號，所述方法包括以下步驟(a)設置初始旋轉參考點，這包括如下步驟(i)驅動所述執行器以從所述RDC讀取輸出值；(ii)當檢測所述傳感器的所述輸出值時，關掉所述執行器以設置關于以前設定的信號值的角度補償值；(iii)將所述角度補償值加到所述RDC的所述輸出值上以設置初始絕對位置；以及(b)計算所述絕對旋轉角度，這包括如下步驟(i)讀取并存儲所述RDC的所述輸出值以獲得所述數字信號與所述先前設定的信號值之間的差值；(ii)如果在所述旋轉變壓器數字值與所述RDC的分辨率之間檢測到數據差，則把所述分辨率加到所述角度補償值上以計算所述絕對旋轉角度。
全文摘要
公開一種測量絕對旋轉角度的裝置及其方法。具體來講,該裝置適用于對旋轉傳動及絕對旋轉角度測量要求有高精度的測量與伺服系統。該裝置包括:具有與旋轉變壓器相連的傳動器旋轉部分、與傳動器旋轉部分結合的傳動器固定部分以及檢測傳動器旋轉部分的旋轉狀態的傳感器的旋轉機構;用于響應旋轉控制來驅動旋轉機構的執行部分;用于將來自旋轉變壓器的旋轉檢測信號轉換為數字的旋轉變壓器數據的旋轉變壓器接口;以及用于向執行部分提供旋轉控制信號、接收數字旋轉變壓器數據和旋轉檢測信號以設置旋轉機構的初始旋轉參考位置、以及在數字的旋轉變壓器數據突然改變時補償旋轉角度以計算絕對旋轉角度的控制器。
文檔編號G01D5/12GK1363821SQ0114115
公開日2002年8月14日 申請日期2001年9月28日 優先權日2000年12月30日
發明者金龍泰 申請人:三星泰利斯株式會社