基于編碼器的環(huán)形最優(yōu)路徑實現(xiàn)

陳固勝　馬新科　李滿

摘 要：編碼器在電動機反饋系統(tǒng)及控制設(shè)備中應(yīng)用廣泛，由于在環(huán)形路徑中編碼器的碼盤值存在過零點問題，因此在環(huán)形路徑中碼盤值處理成為應(yīng)用的一個難點。本文根據(jù)虛擬的應(yīng)用場景，通過嚴密的數(shù)學公式推導，給出環(huán)形最優(yōu)路徑，并通過軟件編程予以實現(xiàn)。經(jīng)實驗驗證本方案能夠有效解決編碼器碼盤值過零點問題，實現(xiàn)基于編碼器的環(huán)形最優(yōu)路徑選擇。

關(guān)鍵詞：編碼器；環(huán)路；最優(yōu)路徑

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A

Abstract：In the feedback system encoder is widely used to convert the location and speed，but because of the value for the encoder maybe zero，which can cause a series of problems and affect the application of the encoder.In this paper，according to the virtual scene， this problem is solved by mathematical reasoning.

Keywords：encoder；circular path；the optimal path

1 引言（Introduction）

編碼器（encoder）是將信號或數(shù)據(jù)進行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備[1]。編碼器利用傳感器完成位置檢測和角度測量，廣泛應(yīng)用于機械工程行業(yè)，例如物料輸送、物流和包裝行業(yè)[2]。

目前，編碼器在位置檢測中一般用于直線運動，環(huán)形路徑在運動過程中也大多不經(jīng)過碼盤的零點。本文根據(jù)虛擬的應(yīng)用場景，通過嚴密的數(shù)學公式推導，給出環(huán)形最優(yōu)路徑，并通過軟件編程予以實現(xiàn)。

2 項目背景（The background of project）

如圖1所示的物料輸送裝置，0～99為100個物料艙室，艙室可以在電機拖動下沿軌道運轉(zhuǎn)，當目標艙室運轉(zhuǎn)到軌道0處，則將物料從目標艙室搬運到00艙室，完成一次物料輸送。假設(shè)艙室沿軌道逆時針運動時，編碼器碼盤值減小，順時針運動時，編碼器碼盤值增大，在不考慮精度的情況下，假設(shè)100個艙室對應(yīng)100個碼盤值，初始0艙室在軌道0處，碼盤值為0。當艙室99位于軌道0時，碼盤值為99，如果軌道順時針運動，則下一時刻艙室0位于軌道0處，碼盤值為0；當艙室0位于軌道0時，碼盤值為0，如果軌道逆時針運動，則下一時刻艙室99位于軌道0處，當前碼盤值為99。

3 路徑最優(yōu)規(guī)劃（The planning of optimal path）

假設(shè)目前軌道0處的艙室對應(yīng)碼盤值為PNUM，需要移動到軌道0處的目標艙室對應(yīng)的碼盤值為DNUM。

4 軟件實現(xiàn)（Programming to realize）

由于目前多數(shù)控制芯片都支持C語言程序，因此本文中軟件編寫采用C語言編程。根據(jù)圖2所示的流程圖得到最優(yōu)路徑和運動方向規(guī)劃的控制子函數(shù)如下：首先定義子函數(shù)int movestep（int num1，int num2），通過形參傳遞DNUM和PNUM，分別計算順時針和逆時針轉(zhuǎn)動的步數(shù)，并考慮順時針和逆時針轉(zhuǎn)動一周的時間比例，求出時間最短的路徑，并將移動步數(shù)和轉(zhuǎn)動方向作為返回值[3]。上層函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)分解，可以得到移動步數(shù)和轉(zhuǎn)動方向，通過電機完成控制。

5 結(jié)論（Conclusion）

經(jīng)過實驗驗證，本文提供的方法可以有效避免由于碼盤值過零帶來的一系列問題，實現(xiàn)環(huán)形路徑的最優(yōu)選擇，同時本文的思路可以引申到N個艙室，M種物料（MN）時，任意給定物料種類，實現(xiàn)環(huán)形路徑的自動尋優(yōu)。

參考文獻（References）

[1] 王劍飛，等.基于增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的永磁風力發(fā)電機控制研究[J].電氣傳動，2009，39（6）：27-30.

[2] 文曉燕，等.增量式編碼器測速的典型問題分析及應(yīng)對策略[J].電工技術(shù)學報，2012，27（2）：185-186.

[3] 譚浩強.C程序設(shè)計（第二版）.北京：清華大學出版社，1999.

作者簡介：

陳固勝（1987-），男，碩士，助理工程師.研究領(lǐng)域：自動控制及新能源.

馬新科（1987-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：機械設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計.

李 滿（1982-），男，碩士，工程師.研究領(lǐng)域：電力電子及新能源.