정현파 엔코더의 신호보상을 통한 보간 알고리즘

Abstract

위치정보가 필요한 시스템에서 위치검출 센서로 엔코더가 일반적으로 사용된다. 특히 정현파 엔코더는 보간법을 통해 높은 분해능을 가질 수 있기 때문에 정밀 위치 제어시스템에 널리 사용한다. 하지만 기존의 보간법은 계산 시간이 일정하지 않거나 메모리 크기에 따라 분해능이 결정된다. 이러한 단점을 보완하기 위해 본 논문에서는 정현파 엔코더를 이용하여 계산시간이 일정하고 높은 분해능을 가지는 디지털 보간방법을 제안한다. 그리고 엔코더의 출력신호의 보상과 아날로그/디지털 변환기를 통해 보간법의 오차를 개선할 수 있는 방법들을 제안한다. 제안한 보간법은 간단함 삼각함수 공식과 비교기를 통해 다수의 유사 선형 구간을 생성하고 그 구간의 선형성을 통해 위치정보를 추정한다. 제안한 방법으로 얻은 위치 정보는 계산시간이 일정하고 메모리 용량에 관계없이 일정한 분해능을 가진다. 보간법에 사용되는 신호는 이상적인 신호로 가정되어 설계된다. 하지만 실제 신호는 이상적이지 않기 때문에 보간 오차가 발생한다. 보간 오차 개선을 위해 두 가지 방법을 제안한다. 먼저 엔코더의 출력 신호가 되는 정현파에 비이상적인 성분을 제거하는 방법이 있다. 비이상적 성분을 제거하기 위해 사용한 신호 보상법은 그래디언트 탐색 방법으로 위상차이, 이득 그리고 오프셋을 보상한다. 오차개선을 위한 다른 방법으로는 고속변환이 가능한 아날로그/디지털 변환기를 이용하여 노이즈에 대한 영향을 감소시켜 보간 오차를 감소시킨다. 본 논문에 제안한 방법은 모의 실험을 통하여 분석하고 실험으로 검증하였다. 분석결과 제안된 방식을 사용하였을 때 위치오차에 대한 성능 개선이 있음을 보였다.