基于CPLD的高响应高精度伺服系统位置信息实时采集系统设计与实现*

虞志源1，鲁文其1,2，顾小卫1，2，袁嫣红1，张建亚1，胡东轩1

(1. 浙江理工大学，浙江 杭州310018； 2. 浙江大学，浙江 杭州310018)

摘要：阐述了绝对式光电编码器的工作原理，设计了一套基于17bit串行编码器的位置检测方案，给出了串行编码器位置检测方式的硬件框图。按照功能将CPLD代码分成4个模块，并对各个模块的设计原理进行了详细的阐述。搭建了试验平台进行了位置读取的试验测试。由试验结果知，此方案能很好地读取位置信息，且精度很高，适用于高响应高精度的伺服系统。

关键词：交流伺服系统； 串行编码器； 位置检测； 高响应高精度

基金项目：* 国家自然科学

通讯作者：虞志源

中图分类号：TM 383.4文献标志码： A

收稿日期：2015-03-17

Location Information Acquisition in Real Time System’s Design and Application

in High Response and High Precision Servo System Based on CPLD

YUZhiyuan1，LUWenqi1,2，GUXiaowei1,2，YUANYanhong1,ZHANGJianya1,HUDongxuan1

(1. Zhejiang Sci-tech University, Hangzhou 310018, China;

2. Zhejiang University, Hangzhou 310018, China)

Abstract：The study expounded absolute photoelectric encoder’s principle, designed a set of position detection scheme based on 17 bits serial encoder, and presented serial encoder position detection method’s hardware block diagram. The system divided the CPLD code into four modules according to function, and expounded the of each module’s design principle in detail. At last, we set up the experimental platform to read the position information. According to the experiment, the solution can read the location information with high precision. It is suitable for high response and high precision servo system.

Key words： AC servo system; serial encoder; position detection; high response and high precision

0引言

目前，伺服系统被广泛应用于工业、民用、军工等各种领域。它能快速、精确地跟踪输入信号，还能实现对被控对象的位置、速度、转矩的精确控制[1]。想要很好地实现对位置、速度、转矩的闭环控制，必须先实现对转子位置的精确检测。因此，整个系统的精度往往受转子位置检测精度的影响或制约[2，3]。

永磁交流伺服系统中，编码器根据其输出信号是数字量还是模拟量，可以分为数字量编码器和模拟量编码器。常见的绝对式光电编码器和增量式编码器就是数字编码器，而模拟量编码器则有旋转变压器和正余弦编码器[4]。2500线编码器是国内较为常用的增量式编码器，但是该编码器只有11bit的分辨率，精度完全不能满足高性能高精度的伺服系统，旋转变压器解码之后的位置信息分辨率可达到16bit，精度相对于2500线编码器已经有了很大的提高，能较好地应用于一般的大功率高精度场所[5]。……