伺服电机编码器脉冲信号的测量及处理方法

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    编码器信号的测量和处理是伺服电机控制的一个重要问题，电机转子的位置，速度，加速度都是来自于编码器信号。编码器脉冲信号测量和处理好了，将会得到准确的信息，这是控制的基础。反之将会误导控制。
编码器脉冲信号    通常编码器都有A, B, Z脉冲信号，也有的另外加上有U, V, W脉冲信号。A, B信号：为电机位置脉冲信号，通过A, B信号的相位差还可以辨别转向。A和B信号的频率相同，相位差90°，它们的占空比均为50%，通过电路可以将A, B信号的上升沿，下降沿分别处理成为脉冲，在一个A脉冲周期内，出现4个脉冲。 Z信号：零位信号，电机每转一圈，在零位会产生Z脉冲信号，为了使Z信号更加可靠，一般规定只有在A，B信号都为高电平时出现Z信号上升沿才能确定为Z信号有效 U, V, W信号: 用于启动位置的判断，关于启动位置判断的细节，请参考有关书籍
A，B信号测量是注意事项    A, B信号经过处理变成4倍频的脉冲，分别出现在A周期的0°，90°，180°，270°。但是这种理想状态是不存在的，通常A, B脉冲的相位差并不正好为90°，A, B脉冲的高电平和电平的时间也不恰好相等。可以参考编码器厂家给出的数据。也就是说，4个脉冲的时间间隔并不相等，如果采用T法进行测量，必定造成实际转速不变而转速测量值却有波动的情况，这是必须要避免的问题。
解决这个问题的方法：
1. 做T法测量时，不能使用两个相邻的脉冲，而是要用相同信号的相同沿。解释一下，所谓相同信号比如是A信号，相同沿比如是上升沿，也就是用A的上一个上升沿到A的这个上升沿去进行T法测量。也可以用A的下降沿到下降沿，或者B的相同沿。这样的好处是准确性获得保障，坏处是周期是相邻沿的4倍，增加了延时。
2. 事先对每个沿的间距做测量，并算出修正系数，进行实时修正。这样做的好处是延时只有上个方案的1/4，坏处是不能确保沿到沿的准确性，因为各个相邻脉冲的时间差可能随电机角度而改变，在震动强时也可能随转速而改变。准确性不能完全得到保证。
Z信号测量时的注意事项    Z信号一旦受到干扰而产生误判，将会造成同步失败，电机电流将迅速增加而造成严重后果。所以对Z信号要格外注意抗干扰处理。我们这里只涉及软件的处理。上面讲了，Z信号通过A，B，Z之间的相关性来让抗干扰能力增加。这种方法将干扰的可能性降低为原来的1/4。但是在干扰严重的高频斩波的环境下，这个措施还是不够的。下面再介绍一种方法，窗口法。
    窗口法就是在零位附近开个窗口，只有在这个窗口内出现的Z信号，并同时满足A, B, Z之间的电平关系，才认为是Z信号。在窗口外产生的Z信号不予认可。举个例子：采用每圈2500线的编码器，每圈所产生的4倍频脉冲为10000个。当脉冲达到9700到10300之间时，Z信号有效，其它时候Z信号均不认可。
   有的人可能会提出异议，既然Z信号可能出现干扰，那么A, B信号也同样会出现干扰。他的这种疑虑是有道理的，确实A, B信号也同样会受到干扰，造成窗口位置不正确。我是这样考虑这个问题的，我们所面对的干扰相对有效信号来说，是少量的，否则任何措施都将是无效的。造成干扰的情况和正常情况比较仅仅只占很少的比例，例如100个脉冲只有1个干扰信号。那么可以认为A, B信号总体是可靠的，和真实情况相差不大。与其相信Z信号，倒不如更多的相信A, B脉冲的位置积累信息。
    有人还会有疑虑，如果在窗口内Z信号受到干扰，那怎么办呢？采取窗口法后，大幅度减少Z信号受干扰的可能性。并且即使偶然受到干扰，也对电机运转的影响不大，很快就会恢复。