[发明专利]低成本高精度复合数字轴角检测器

摘要

本发明公开了一种低成本高精度复合数字轴角检测器，由光电编码器、磁编码器、定时中断模块、M/T法计算器、前馈发生器、信号调理器、相敏检测器、三阶角度/角速度跟踪器、D/A转换器和放大器组成。光电编码器与磁编码器同轴安装；定时中断模块产生系统所有时基信号；信号调理器对磁编码器输出信号调理；相敏检测器输出角度误差信号；M/T法计算器获取光电编码器角速度估计值；前馈发生器产生大小与角加速度相关的角速度前馈量；三阶角度/角速度跟踪器输出的角度和角速度数字量经D/A转换器和放大器后，输出与角度和角速度成线性关系的模拟信号。本发明采用反馈+前馈的信息融合技术，成本低，精度高，鲁棒性强。

主权项

一种低成本高精度复合数字轴角检测器，其特征在于：该检测器包括光电编码器（2）、磁编码器（3）、定时中断模块（4）、M/T法计算器（5）、前馈发生器（6）、信号调理器（7）、相敏检测器（8）、三阶角度/角速度跟踪器（9）、D/A转换器（10）和放大器（11）；光电编码器（2）和磁编码器（3）同轴安装于旋转装置旋转轴上；定时中断模块（4）包括中断触发器（41）、定时器1（42）、定时器2（43）、定时器3（44）、定时器4（45）；定时中断模块（4）输出光电编码器A、B信号计数值m1，时基脉冲m2，A/D转换采样时间及算法离散周期T；M/T法计算器（5）完成光电编码器角速度的解调；前馈信号发生器（6）根据M/T法计算器输出的角速度估计值和前馈系数k f，输出第j 时刻角速度前馈量；信号处理器（7）由A/D转换器（71）和低通滤波器（72）组成，完成对磁编码器输出信号的A/D转换和数字滤波；相敏检测器（8）输出角度估计误差信号，其由余弦运算表（81）、正弦运算表（82）、乘法器1（83）、乘法器2（84）和减法器（85）组成；余弦运算表（81）和正弦运算表（82）根据第j 时刻角度估计值查表，输出第时刻角度正弦值和余弦值；乘法器1（83）、乘法器2（84）和减法器（85）完成角度估计误差的计算；三阶角度/角速度跟踪器（9）包括角速度跟踪器（901）和角度跟踪器（902）两部分；角速度跟踪器（901）包括有乘法器3（91）、乘法器4（92）、加法器1（93）、暂存器1（94）、乘法器5（95）、加法器2（96）、乘法器6（97）、加法器3（98）、暂存器2（99）、加法器4（910）；角度跟踪器（902）包括有乘法器7（911）、暂存器3（912）、加法器5（913）、乘法器8（914）、加法器6（915）、暂存器4（916）；乘法器3（91）将接收的第j 时刻角度估计误差信号e (j)与k 1相乘，输出第三中间变量；乘法器4（92）将乘法器3（91）输出的第三中间变量与离散周期T相乘，输出第四中间变量；加法器1（93）将暂存器1（94）所存的j ‑ 1 时刻角加速度估计值与第四中间变量相加，输出第j 时刻角加速度估计值；乘法器5（95）将接收的第时刻角度估计误差信号e(j)与k 2相乘，输出第五中间变量；加法器2（96）将乘法器5（95）输出的第五中间变量与时刻角加速度估计值相加，输出第六中间变量；乘法器6（97）将加法器2（96）输出的第六中间变量与离散周期T相乘，输出第七中间变量；加法器3（98）将暂存器2（99）所存的j ‑ 1 时刻反馈角速度估计值与第七中间变量相加，输出第时刻反馈角加速度估计值；加法器4（910）将加法器3（98）输出的反馈角加速度估计值与前馈信号发生器（6）输出的角速度前馈量相加，输出角速度估计值；乘法器7（911）将接收的第j 时刻角度估计误差信号e ( j ) 与k 3相乘，输出第八中间变量；加法器5（913）将暂存器3（912）所存的j ‑ 1 时刻角速度估计值相加，输出第九中间变量；乘法器8（914）将加法器5（913）输出的第六中间变量与离散周期T相乘，输出第十中间变量；加法器6（915）将乘法器8（914）输出的第十中间变量与暂存器4（916）保存的j ‑ 1 时刻角度估计值相加，输出j 时刻角度估计值；所述k 1为跟踪器系数1，k 2为跟踪器系数2，k 3为跟踪器系数3；D/A转换器（10）和放大器（11）完成对j 时刻角度和角速度估计值、的D/A转换、放大，输出角度和角速度估计值的模拟量、。