增量式编码器的相位编码细分研究

　　1引言

　　在球坐标激光跟踪测量系统中，利用激光干涉仪和2个编码器测出距离和2个方位角，采用球坐标法可将空间运动物体的三维坐标求出。编码器的精度对于整个测量系统的精度而言，占主导作用。为了获得更高的分辨率，可对增量式编码器采用二次细分技术。常用的细分方法主要有:直接细分法移相电阻链法毛，三、光学调制法:61和相位编码法:’压等。其中直接细分法和移相电阻链法细分数较少，光学调制法虽具有高细分数、高精度及对信号波形无严格要求的优点，但系统机构相当复杂。相位编码法具有实时、细分数高且任意可调的优点，本文主要研究用相位编码技术对增量式编码器进行细分。

　　2相位编码技术

　　通过2个A/D转换器和ROM进行相位测量，采用插补法对输出为正弦信号的增量式编码器进行细分，亦称为“相位编码技术”，可取得较好的效果。输出为正弦信号的光电增量编码器，其输出为相位差为90 ⁰的幅值相同的2个正弦信号a和b，如图1所示。

      由于arctan(Vw/Vh)为一周期量，若旋转角度超过士180 ⁰/K，则无法由式(3)计算0，需采用插补法得到该角度。将代表360 ⁰/K的2π相平面分为N=2 ⁿ个区，各区分别记为O，1，…，N-1，即相位代码。如图2所示，这里取n=3

　　采用2个m位A/D转换器对编码器输出信号A、B进行采样，得到二进值代码Da和Dg。量化值Da和Db将2π相平面分为2 ^mx2 ^m个小格，如图3所示，这里m=3。

　所以其代表的实际角度为:a=Px2π/KN。

　　将所有的D a,D _b事先按照式(4)一(8)计算出相位编码P，并存储于容量为2 ^2m、字长为n位的ROM中，其对应的地址为D_u x 2^m + D _b，只要m位4/D采样出D_aD _b，可按照上述地址从ROM中取出相位编码P.将kT时刻的相位编码记为P k,P、以N=2 ⁿ为周期，因此若旋转角超过± 180 ⁰/K，不能从相位编码本身得到旋转角，必须通过插补方法得到。

　　3插补

　　假设2个采样时刻间的旋转角度小于± 180 ⁰/K，则采样时刻(k-1)T和kT时相位编码差值为:

　　对Pk不断地进行累加，可获得分辨率为360 ⁰/KN的绝对旋转角度B。若累加器由一个n位累加器和一个用于对累加器进位位进行计数的可逆计数器构成，可逆计数器输出的旋转角度具有360 ⁰/K的分辨率(大数)，而累加器给出分辨率为360 ⁰/KN的旋转角度(小数),2者累加即为旋转角度B，如图4所示。