基于編碼器的環形最優路徑實現

陳固勝　馬新科　李滿

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

關鍵詞：編碼器；環路；最優路徑

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

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

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，當目標艙室運轉到軌道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100個艙室對應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 路徑最優規劃（The planning of optimal path）

假設目前軌道0處的艙室對應碼盤值為PNUM，需要移動到軌道0處的目標艙室對應的碼盤值為DNUM。

4 軟件實現（Programming to realize）

由于目前多數控制芯片都支持C語言程序，因此本文中軟件編寫采用C語言編程。根據圖2所示的流程圖得到最優路徑和運動方向規劃的控制子函數如下：首先定義子函數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動的步數，并考慮順時針和逆時針轉動一周的時間比例，求出時間最短的路徑，并將移動步數和轉動方向作為返回值[3]。上層函數將接收到的數據分解，可以得到移動步數和轉動方向，通過電機完成控制。

5 結論（Conclusion）

經過實驗驗證，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，實現環形路徑的最優選擇，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，實現環形路徑的自動尋優。

參考文獻（References）

[1] 王劍飛，等.基于增量式旋轉編碼器的永磁風力發電機控制研究[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對策略[J].電工技術學報，2012，27（2）：185-186.

[3] 譚浩強.C程序設計（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.研究領域：自動控制及新能源.

馬新科（1987-），男，碩士，工程師.研究領域：機械設計及結構設計.

李 滿（1982-），男，碩士，工程師.研究領域：電力電子及新能源.