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专利名称：位置信号处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种处理位置传感器(包括码盘、光栅尺等)信号的处理装置；它可用于检测机床、半导体装备、机械人等的位置状况信号的处理。
背景技术：
在对机床、半导体装备、机械人等进行位置控制时，一般要在利用位置传感器(包括码盘、光栅尺等)对它们的位置状况进行检测后，对位置传感器的输出信号进行处理。图1是现行的位置信号处理装置的结构图。位置传感器1是诸如码盘、光栅尺等，它可用于检测机床、半导体装备、机械人等的位置状况，由它提供A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb。而A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb的基波分别为正弦波和余弦波，其频率正比于被检测对象的速度，可以用公式(1)、(2)近似表示。Sa＝sin(X)……(1)，Sb＝cos(X)……(2)。第一整形电路5是利用A/D变换器对A相模拟信号Sa进行变换处理，提供A相数字信号Xda。第二整形电路6是利用A/D变换器对B相模拟信号Sb进行变换处理，提供B相数字信号Xdb。位置合成器7是利用A相数字信号Xda和B相数字信号Xdb，通过反正切运算得出位置信号X。如果(1)、(2)式能精确表示从位置传感器1得到的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb的话，利用上述装置就可以比较精确地得出位置信号X。但是，从位置传感器1得到的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb，一般都含有高次谐波和噪声，可以用(3)、(4)式来更精确地表示。
Sa=sin(X)+Na+Σi=1MAisin((2i+1)X)···(3)]]>Sb=cos(X)+Nb+Σi=1MBicos((2i+1)X)···(4),]]>式中Na、Nb为白色噪声，Ai、Bi为从1到M次的高次谐波的幅值。这与(1)、(2)式之间有很大的误差。对于白色噪声Na、Nb一般可以用低通滤波器进行抑制。但是，对于高次谐波，由于受到被测对象的速度dX/dt的影响，利用上述装置就不可避免的要受到(3)、(4)式中的高次谐波和噪声分量的影响，不能得出精确的位置信号X。

发明内容
本发明的目的就是要有效地消除高次谐波和噪声分量的影响，得出更加精确的位置信号X。本发明的技术方案是，它包含有位置传感器1和位置检测器4，通过对位置传感器1所输出的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb经位置检测器4进行处理后，提供位置信号X的信号处理装置。该装置还包括利用位置传感器1所输出的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb，提供模拟速度信号Wa的模拟速度观测器2；利用上述模拟速度信号Wa、上述A相模拟信号Sa和上述B相模拟信号Sb提供A相信号Xa和B相信号Xb的时变滤波器3；利用上述A相信号Xa和上述B相信号Xb，提供位置信号X的位置检测器4。本发明的信号处理装置，由于引入了模拟速度观测器2和时变滤波器3，有效地消除了A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb中的高次谐波和噪声分量的影响，使得位置检测器4在对A相信号Xa和B相信号Xb进行信号处理后，就能达到提供更加精确的位置信号X的目的。


图1为现有信号处理装置的结构示意图，图2为本发明技术方案的信号处理装置的结构示意图，图3为具体实施方式
中模拟速度观测器2的结构示意图。
具体实施例方式本发明的实施方式如图2、图3所示，一种位置信号处理装置，它利用位置传感器1所输出的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb，提供模拟速度信号Wa的模拟速度观测器2；利用上述模拟速度信号Wa，上述A相模拟信号Sa和上述B相模拟信号Sb，提供A相信号Xa和B相信号Xb的时变滤波器3；利用上述A相信号Xa和上述B相信号Xb，提供位置信号X的位置检测器4。位置传感器1、位置检测器4与现行结构相同。模拟速度观测器2是利用位置传感器1所输出的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb，提供模拟速度信号Wa。模拟速度观测器2的详细结构如图3所示。微分器8是利用A相模拟信号Sa提供信号Vaa；微分器9是利用B相模拟信号Sb提供信号Vab；用(5)、(6)式表示如下Vaa＝dSa/dt……(5)；Vab＝dSb/dt……(6)。乘法运算器10是利用A相模拟信号Sa和上述的信号Vab提供信号Paa；乘法运算器11是利用B相模拟信号Sb和上述的信号Vaa提供信号Pab。用(7)、(8)式表示如下Paa＝Sa*Vab……(7)；Pab＝Sb*Vaa……(8)。加减法运算器12是利用上述信号Paa和上述信号Pab提供信号Wb。用(9)式表示如下Wb＝Pab-Paa……(9)。低通滤波器13是利用上述信号Wb，提供模拟速度信号Wa。用(10)式表示如下Wa＝Wb/(Ts+1)……(10)。
(10)式中T为滤波器的时间常数，s为微分算子。如果忽略高次谐波和噪声分量的影响，下式成立。其中，W为被检测对象的速度。
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)由于高次谐波和噪声分量在Wb中将表现为高频交流分量，而相对一定的被检测对象的速度W将表现为直流分量。所以，Wa能将较为精确地表现被检测对象的速度W。时变滤波器3是利用上述模拟速度信号Wa，上述A相模拟信号Sa和上述B相模拟信号Sb，提供A相信号Xa和B相信号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)能根据被检测对象的速度W的变化，调整其带通频率，从而可以有效地消除A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb中的高次谐波和噪声分量的影响。本实施方式的位置信号处理装置，由于引入了时变滤波器3和模拟速度观测器2，有效地消除了A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb中的高次谐波和噪声分量的影响，使得位置检测器4在对A相信号Xa和B相信号Xb进行信号处理后，就能达到提供更加精确的位置信号X的效果。
权利要求
1.一种位置信号处理装置，它包含有位置传感器(1)和位置检测器(4)，通过对位置传感器(1)所输出的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb经位置检测器(4)进行处理提供位置信号X，其特征是该装置还包括利用位置传感器(1)所输出的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb，提供模拟速度信号Wa的模拟速度观测器(2)；利用上述模拟速度信号Wa、上述A相模拟信号Sa和上述B相模拟信号Sb提供A相信号Xa和B相信号Xb的时变滤波器(3)；利用上述A相信号Xa和上述B相信号Xb，提供位置信号X的位置检测器(4)。
2.根据权利要求1所述的位置信号处理装置，其特征在于模拟速度观测器(2)是采用微分器(8)利用A相模拟信号Sa提供信号Vaa，采用微分器(9)利用B相模拟信号Sb提供信号Vab，采用乘法运算器(10)利用A相模拟信号Sa和上述的信号Vab提供信号Paa，采用乘法运算器(11)利用B相模拟信号Sb和上述的信号Vaa提供信号Pab，采用加减法运算器(12)利用上述信号Paa和上述信号Pab提供信号Wb，采用低通滤波器(13)利用上述信号Wb提供模拟速度信号Wa。
全文摘要
一种信号处理装置，本发明涉及一种处理位置传感器信号的处理装置。该装置还包括利用位置传感器(1)所输出的A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb，提供模拟速度信号Wa的模拟速度观测器(2)；利用上述模拟速度信号Wa、上述A相模拟信号Sa和上述B相模拟信号Sb提供A相信号Xa和B相信号Xb的时变滤波器(3)；利用上述A相信号Xa和上述B相信号Xb，提供位置信号X的位置检测器(4)。本发明的信号处理装置，由于引入了模拟速度观测器(2)和时变滤波器(3)，有效地消除了A相模拟信号Sa和B相模拟信号Sb中的高次谐波和噪声分量的影响，使得位置检测器(4)在对A相信号Xa和B相信号Xb进行信号处理后，就能达到提供更加精确的位置信号X的目的。
文档编号G01D5/12GK1529130SQ0313264
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月27日 优先权日2003年9月27日
发明者郝双晖, 郝明晖 申请人:哈尔滨工业大学