【摘要】：隨著數(shù)控技術(shù)的不停發(fā)展,數(shù)控機(jī)床對(duì)光電編碼器的位置檢測(cè)系統(tǒng)的分辨力、精密度和體積的要求變得越來越嚴(yán)格。在獲取高分辨力和高精度方面,光學(xué)細(xì)分是需要通過提高編碼器的刻線密度來提高其分辨率,這已經(jīng)變得越來越困難。因此,電子學(xué)細(xì)分以其精度高、便于實(shí)現(xiàn)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理過程的自動(dòng)化等特點(diǎn)成為編碼器信號(hào)處理系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。本文通過對(duì)電子學(xué)細(xì)分原理及嵌入式硬件系統(tǒng)的深入研究,搭建了一套基于FPGA的高精度編碼器信號(hào)處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)外圍電路的精簡(jiǎn)和在不增添編碼器物理刻線的條件下提高編碼器的分辨力和細(xì)分精度。首先,論文研究了編碼器的相關(guān)背景知識(shí)和增量式編碼器的細(xì)分技術(shù)及測(cè)量理論。增量式編碼器可直接輸出相位偏差90°的正余弦脈沖信號(hào),不具有掉電記憶功能。可通過倍頻和脈沖細(xì)分來提高增量式編碼器的分辨力和精度。然后,論文介紹了以Spartan-6系列的XC6SLX25T芯片為核心的硬件設(shè)計(jì),將除核心芯片以外的外圍電路精簡(jiǎn)至僅有A/D采樣與低通信號(hào)處理電路,并根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)和芯片的功能模塊進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。FPGA模塊完成增量式編碼器數(shù)字信號(hào)接收、波形轉(zhuǎn)換、四倍頻粗計(jì)數(shù)、細(xì)分精計(jì)數(shù)和最終的位置計(jì)算。獲得高精度的位置信息,將精確的位置信息提供給后續(xù)的運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行速度、加速度的運(yùn)算或者直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。最后,論文對(duì)得到的系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。經(jīng)分析,本文設(shè)計(jì)的基于FPGA的高精度編碼器信號(hào)采集與處理系統(tǒng)有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì):使用和調(diào)試方便,系統(tǒng)模塊化,可以很好地被結(jié)合到嵌入式系統(tǒng)中;達(dá)到所要求的分辨力,在編碼器機(jī)械細(xì)分的基礎(chǔ)上,該設(shè)計(jì)可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行120次細(xì)分,將增量式編碼器分辨力提高至6’’;通過理論分析,本設(shè)計(jì)可以獲得較高精度。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG659;TN791

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本文編號(hào)：2738010