编码器正余弦信号跟踪环路细分技术研究

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（华中科技大学 机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074）

1 引言

在高精度运动控制中通常采用输出正余弦信号的位置检测元件进行位置和速度反馈。这样的位置检测元件包括旋转编码器、直线光栅尺、圆光栅、旋转变压器或者球栅尺等。对于生产商来说，设计基于正余弦信号的光学编码器远比设计带有大量行编号的TTL编码器容易［1］，用户通过合适的插值方法可以从正余弦信号中提取高分辨率的位置信息，并且这种模拟量的正余弦信号频率成分单一，与方波相比可以传输较远的距离而不衰减或者畸变［2］。如何从正余弦信号中提取出位置信息，尤其是提取出高分辨率的位置信息一直是国内外研究的主要课题。

从正余弦信号中提取位置信息通常称为正余弦信号的细分。正余弦细分一般包括硬件细分和软件细分2种方式。硬件细分中比较成熟的是电阻链细分技术，文献［2－3］对电阻链细分技术做了详细的论述。理论上电阻链细分可以达到很高的细分数，但是实际上随着细分数的提高，对电阻的阻值精度要求越来越高，并且后续电路中所用比较器数量也会成倍增加，不利于高倍细分。

高倍细分中通常都采用软件细分，正余弦信号携带的位置信息与正余弦信号的相位信息一一对应，细分的主要目的是从正余弦信号中提取相位信息。根据细分方式的不同，软件细分又包括开环细分和闭环细分2种方法。开环细分根据正弦值和余弦值直接提取相位信息，其原理如下式：