專利名稱：位置信號處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種處理位置傳感器(包括碼盤、光柵尺等)信號的處理裝置；它可用于檢測機床、半導體裝備、機械人等的位置狀況信號的處理。
背景技術：
在對機床、半導體裝備、機械人等進行位置控制時，一般要在利用位置傳感器(包括碼盤、光柵尺等)對它們的位置狀況進行檢測后，對位置傳感器的輸出信號進行處理。圖1是現行的位置信號處理裝置的結構圖。位置傳感器1是諸如碼盤、光柵尺等，它可用于檢測機床、半導體裝備、機械人等的位置狀況，由它提供A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb。而A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb的基波分別為正弦波和余弦波，其頻率正比于被檢測對象的速度，可以用公式(1)、(2)近似表示。Sa＝sin(X)……(1)，Sb＝cos(X)……(2)。第一整形電路5是利用A/D變換器對A相模擬信號Sa進行變換處理，提供A相數字信號Xda。第二整形電路6是利用A/D變換器對B相模擬信號Sb進行變換處理，提供B相數字信號Xdb。位置合成器7是利用A相數字信號Xda和B相數字信號Xdb，通過反正切運算得出位置信號X。如果(1)、(2)式能精確表示從位置傳感器1得到的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb的話，利用上述裝置就可以比較精確地得出位置信號X。但是，從位置傳感器1得到的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb，一般都含有高次諧波和噪聲，可以用(3)、(4)式來更精確地表示。
Sa=sin(X)+Na+Σi=1MAisin((2i+1)X)···(3)]]>Sb=cos(X)+Nb+Σi=1MBicos((2i+1)X)···(4),]]>式中Na、Nb為白色噪聲，Ai、Bi為從1到M次的高次諧波的幅值。這與(1)、(2)式之間有很大的誤差。對于白色噪聲Na、Nb一般可以用低通濾波器進行抑制。但是，對于高次諧波，由于受到被測對象的速度dX/dt的影響，利用上述裝置就不可避免的要受到(3)、(4)式中的高次諧波和噪聲分量的影響，不能得出精確的位置信號X。
發明內容
本發明的目的就是要有效地消除高次諧波和噪聲分量的影響，得出更加精確的位置信號X。本發明的技術方案是，它包含有位置傳感器1和位置檢測器4，通過對位置傳感器1所輸出的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb經位置檢測器4進行處理后，提供位置信號X的信號處理裝置。該裝置還包括利用位置傳感器1所輸出的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb，提供模擬速度信號Wa的模擬速度觀測器2；利用上述模擬速度信號Wa、上述A相模擬信號Sa和上述B相模擬信號Sb提供A相信號Xa和B相信號Xb的時變濾波器3；利用上述A相信號Xa和上述B相信號Xb，提供位置信號X的位置檢測器4。本發明的信號處理裝置，由于引入了模擬速度觀測器2和時變濾波器3，有效地消除了A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb中的高次諧波和噪聲分量的影響，使得位置檢測器4在對A相信號Xa和B相信號Xb進行信號處理后，就能達到提供更加精確的位置信號X的目的。
圖1為現有信號處理裝置的結構示意圖，圖2為本發明技術方案的信號處理裝置的結構示意圖，圖3為具體實施方式
中模擬速度觀測器2的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的實施方式如圖2、圖3所示，一種位置信號處理裝置，它利用位置傳感器1所輸出的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb，提供模擬速度信號Wa的模擬速度觀測器2；利用上述模擬速度信號Wa，上述A相模擬信號Sa和上述B相模擬信號Sb，提供A相信號Xa和B相信號Xb的時變濾波器3；利用上述A相信號Xa和上述B相信號Xb，提供位置信號X的位置檢測器4。位置傳感器1、位置檢測器4與現行結構相同。模擬速度觀測器2是利用位置傳感器1所輸出的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb，提供模擬速度信號Wa。模擬速度觀測器2的詳細結構如圖3所示。微分器8是利用A相模擬信號Sa提供信號Vaa；微分器9是利用B相模擬信號Sb提供信號Vab；用(5)、(6)式表示如下Vaa＝dSa/dt……(5)；Vab＝dSb/dt……(6)。乘法運算器10是利用A相模擬信號Sa和上述的信號Vab提供信號Paa；乘法運算器11是利用B相模擬信號Sb和上述的信號Vaa提供信號Pab。用(7)、(8)式表示如下Paa＝Sa*Vab……(7)；Pab＝Sb*Vaa……(8)。加減法運算器12是利用上述信號Paa和上述信號Pab提供信號Wb。用(9)式表示如下Wb＝Pab-Paa……(9)。低通濾波器13是利用上述信號Wb，提供模擬速度信號Wa。用(10)式表示如下Wa＝Wb/(Ts+1)……(10)。
(10)式中T為濾波器的時間常數，s為微分算子。如果忽略高次諧波和噪聲分量的影響，下式成立。其中，W為被檢測對象的速度。
Vaa＝W*cos(W*t)……(11)Vab＝-W*sin(W*t)……(12)Paa＝-W*cos(W*t)*cos(W*t)……(13)Pab＝W*sin(W*t)*sin(W*t)……(14)Wb＝W……(15)Wa＝Wb/(Ts+1)……(16)由于高次諧波和噪聲分量在Wb中將表現為高頻交流分量，而相對一定的被檢測對象的速度W將表現為直流分量。所以，Wa能將較為精確地表現被檢測對象的速度W。時變濾波器3是利用上述模擬速度信號Wa，上述A相模擬信號Sa和上述B相模擬信號Sb，提供A相信號Xa和B相信號Xb。
Xa＝G(s)Sa……(17)Xb＝G(s)Sb……(18)G(s)=1TGs+1Πi=1Ms2+Wci2s2+QWcis+Wci2···(19)]]>Wci＝(2*i+1)*Wa……(20)由于G(s)能根據被檢測對象的速度W的變化，調整其帶通頻率，從而可以有效地消除A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb中的高次諧波和噪聲分量的影響。本實施方式的位置信號處理裝置，由于引入了時變濾波器3和模擬速度觀測器2，有效地消除了A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb中的高次諧波和噪聲分量的影響，使得位置檢測器4在對A相信號Xa和B相信號Xb進行信號處理后，就能達到提供更加精確的位置信號X的效果。
權利要求
1.一種位置信號處理裝置，它包含有位置傳感器(1)和位置檢測器(4)，通過對位置傳感器(1)所輸出的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb經位置檢測器(4)進行處理提供位置信號X，其特征是該裝置還包括利用位置傳感器(1)所輸出的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb，提供模擬速度信號Wa的模擬速度觀測器(2)；利用上述模擬速度信號Wa、上述A相模擬信號Sa和上述B相模擬信號Sb提供A相信號Xa和B相信號Xb的時變濾波器(3)；利用上述A相信號Xa和上述B相信號Xb，提供位置信號X的位置檢測器(4)。
2.根據權利要求1所述的位置信號處理裝置，其特征在于模擬速度觀測器(2)是采用微分器(8)利用A相模擬信號Sa提供信號Vaa，采用微分器(9)利用B相模擬信號Sb提供信號Vab，采用乘法運算器(10)利用A相模擬信號Sa和上述的信號Vab提供信號Paa，采用乘法運算器(11)利用B相模擬信號Sb和上述的信號Vaa提供信號Pab，采用加減法運算器(12)利用上述信號Paa和上述信號Pab提供信號Wb，采用低通濾波器(13)利用上述信號Wb提供模擬速度信號Wa。
全文摘要
一種信號處理裝置，本發明涉及一種處理位置傳感器信號的處理裝置。該裝置還包括利用位置傳感器(1)所輸出的A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb，提供模擬速度信號Wa的模擬速度觀測器(2)；利用上述模擬速度信號Wa、上述A相模擬信號Sa和上述B相模擬信號Sb提供A相信號Xa和B相信號Xb的時變濾波器(3)；利用上述A相信號Xa和上述B相信號Xb，提供位置信號X的位置檢測器(4)。本發明的信號處理裝置，由于引入了模擬速度觀測器(2)和時變濾波器(3)，有效地消除了A相模擬信號Sa和B相模擬信號Sb中的高次諧波和噪聲分量的影響，使得位置檢測器(4)在對A相信號Xa和B相信號Xb進行信號處理后，就能達到提供更加精確的位置信號X的目的。
文檔編號G01D5/12GK1529130SQ0313264
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月27日 優先權日2003年9月27日
發明者郝雙暉, 郝明暉 申請人:哈爾濱工業大學