基于FPGA的高精度编码器信号采集与处理系统的研究

发布时间：2020-07-02 09:09

【摘要】：随着数控技术的不停发展,数控机床对光电编码器的位置检测系统的分辨力、精密度和体积的要求变得越来越严格。在获取高分辨力和高精度方面,光学细分是需要通过提高编码器的刻线密度来提高其分辨率,这已经变得越来越困难。因此,电子学细分以其精度高、便于实现测试和数据处理过程的自动化等特点成为编码器信号处理系统的主要发展方向。本文通过对电子学细分原理及嵌入式硬件系统的深入研究,搭建了一套基于FPGA的高精度编码器信号处理系统,实现了对外围电路的精简和在不增添编码器物理刻线的条件下提高编码器的分辨力和细分精度。首先,论文研究了编码器的相关背景知识和增量式编码器的细分技术及测量理论。增量式编码器可直接输出相位偏差90°的正余弦脉冲信号,不具有掉电记忆功能。可通过倍频和脉冲细分来提高增量式编码器的分辨力和精度。然后,论文介绍了以Spartan-6系列的XC6SLX25T芯片为核心的硬件设计,将除核心芯片以外的外围电路精简至仅有A/D采样与低通信号处理电路,并根据硬件结构和芯片的功能模块进行了软件设计。FPGA模块完成增量式编码器数字信号接收、波形转换、四倍频粗计数、细分精计数和最终的位置计算。获得高精度的位置信息,将精确的位置信息提供给后续的运动控制卡进行速度、加速度的运算或者直接对电机进行控制。最后,论文对得到的系统进行了实验和数据分析。经分析,本文设计的基于FPGA的高精度编码器信号采集与处理系统有以下几个优势:使用和调试方便,系统模块化,可以很好地被结合到嵌入式系统中;达到所要求的分辨力,在编码器机械细分的基础上,该设计可以对信号进行120次细分,将增量式编码器分辨力提高至6’’;通过理论分析,本设计可以获得较高精度。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659;TN791

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本文编号：2738010