KoREMA - Croatian Society for Communications, Computing, Electronics, Measurement and Control
Abstract
This paper deals with the differentiation of discrete-time, quantized signal provided by an encoder. In particular, speed and acceleration estimation with large bandwidth is required for feedback control in automation and robotics applications. The main problem in the differentiation of the encoder measurements is to combine the large bandwidth and the strong filtering of the quantization noise. The proposed speed acceleration estimator relies on typical filtered differentiator nonlinearly combined with a state-variable filter. The former produces a strongly filtered estimation, while the latter is characterized by a large bandwidth, in order to track fast signal transients. In this way, the resulting estimator has a variable bandwidth depending on the harmonic content of the encoder signals. Two versions of the estimator are presented and compared. The first one gives only a speed estimation, while the second provides also an acceleration signal. Simulation and experimental tests verify the performance of the proposed solutions. A 5k c/r encoder and a high resolution sine/cosine encoder are considered.U članku je opisan postupak dobivanja stvarne vrijednosti kutne brzine i ubrzanja iz vremenski i amplitudno diskretnog signala s enkodera. Za sustav regulacije brzine vrtnje, posebno u automatiziranim sustavima i u robotici, potrebno je da mjereni signali kutne brzine i ubrzanja imaju što veću graničnu frekvenciju. Pomirenje tog zahtjeva i zahtjeva za kvalitetnim filtriranjem osnovni je problem u postupku diferenciranja signala s enkodera. Predloženi postupak estimacije je zapravo nelinearna kombinacija postupka diferenciranja s filtriranjem i filtra u prostoru stanja. Prvi postupak osigurava kvalitetno filtriranje estimiranog signala, dok drugi osigurava širok frekvencijski opseg i dobro slijeđenje referentnog ulaznog signala. Predloženi estimator ima promjenljivu graničnu frekvenciju ovisnu o spektru ulaznog enkoderskog signala. Predstavljene su i uspoređene dvije inačice estimatora. Prvi daje samo estimiranu vrijednost brzine a drugi i brzine i ubrzanja. Simulacijski i eksperimentalni rezultati pokazuju dobro ponašanje sustava s predloženim estimatorom. U radu su korišteni 5k c/r enkoder i rezolver kao visokorezolucijski mjerni član
