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自动化与仪器仪表 光电码盘四倍频分析 北京航空航天大学机器人研究所（ ）韩壮志 李 伟 王田苗 王守杰 #4, 摘 要 提高位置测量的精度，是提高电机定位精度的主要途径。作为当前常用转角位置传感器 的增量式光电码盘，常采用四倍频的方法提高其测量精度。针对一些精度和稳定性不高的四倍频电路 在应用中造成的误差5 详细分析了两种可应用于不同环境的四倍频电路，从原理上说明了电路的精度 和稳定性 其结论在实际应用中也得到了验证。 5 关键词 电机控制 伺服电路 光电码盘 在分布于各个行业的大量机 电系统的设计 中，定 ）。其中， 、 两相信号的脉冲数标志码盘轴所转过 # / 0 位精度常常是最关键的性能指标之一。在此类系统的 的角度， 、 之间的相位关系标志码盘的转向，即当 / 0 设计 中，当前主要使用 电机作为驱动，因此研究提高 相超前 相 时，标志码盘正转（见 图 ），当 / 0 . * #% 0 电机伺服系统定位精度的方法，对提高机 电系统性能 相超前 相 时，码盘反转（见图 ）。 / . * #’ 具有重要 的意义 。对于一个设计完善 的伺服系统而 对于每个确定的码盘，其脉冲周期 对应的码盘 ! 言，其定位精度主要取决于位置测量装置( # ) 。由于光 角位移固定为 ! ，故其量化误差为 ! 2 ! 。如果能够将 / 电码盘具有分辨率高、响应速度快、体积小、重量轻、 或 信号四倍频，则计数脉冲的周期将减小到 ， 0 !2 3 输 出稳定、耐恶劣环境等特点，所 以在 电机伺服控制 量化误差下降为 ! 2 4 ，从而使光 电码盘的角位移测量 系统中得到了广泛应用。通常，光 电码盘分为绝对式 精度提高 倍。由于伺服系统中的码盘转速具有不可 3 和增量式两种。绝对式码盘在任意位置都可给出与位 预见性，造成脉冲周期 具有不确定的特点，从而无 ! 置相对应的数字转角输出量，不存在四倍频的问题。 法使用锁相环等常用倍频方案。详细观察图 # 可以发 增量式码盘是根据轴所转过 的角度 ，输 出一系列脉 现，在脉冲周期 内， 、 两相信号共产生了四次变 ! / 0 冲，并通过计数电路，对脉冲进行累计计数，得到相对 化，即 、 时刻的上升沿和 、 时刻的下降沿 。 # ! , 3 角位移。由于单个绝对码盘的角位移的测量范围仅为 尽管 不确定，但 由于 、 两方波信号之间相位关