高精度编码器等幅性及正交性偏差补偿方法研究

发布时间：2020-07-07 10:30

【摘要】：近年来,由于多领域对于旋转控制需求的增长,光电轴角编码器获得了广泛的应用,同时也对光电编码器的测角精度和分辨力提出了更高的要求。光电轴角编码器的测角精度主要取决于莫尔条纹光电信号的细分精度,而细分精度的高低则受制于莫尔条纹光电信号质量,由此针对莫尔条纹光电信号存在的主要偏差发展了信号补偿技术,这对提高光电编码器的精度具有重要意义。介绍了光电编码器的原理及影响细分精度的四种主要偏差,总结了国内外光电编码器信号补偿技术的研究现状;分析了已有补偿方法的优点和存在的限制,研究了莫尔条纹光电信号的形成原理及细分原理,分析了四种主要偏差对细分精度的影响,为进一步研究偏差的实时自动补偿方法提供了理论指导。建立了莫尔条纹光电信号偏差模型,针对信号的正交性偏差和等幅性偏差提出了实时的偏差测量方法,实现了对信号偏差的实时准确测量,为随后的偏差补偿提供了可靠数据。介绍了闭环反馈细分算法的原理,针对实际信号存在的偏差,提出了改进的闭环反馈细分算法,实现了直接在细分算法中对信号偏差的修正,有效提高了信号质量,减小了细分误差,并且大大减少了代码行数,节约了处理器的存储和运算资源。设计了信号处理电路和信号处理软件,搭建了信号处理系统,对中科院长春光机所生产的某型号24位高精度光电轴角编码器的莫尔条纹光电信号进行了采样分析,对补偿算法进行了调试和初步验证;接着搭建了细分误差检测系统,对该编码器信号补偿前后的细分误差进行了定量测量,经过对比,补偿算法的运行使得信号的细分误差最大值由4.2"降低到了1"以内,细分误差标准差由1.3"降低到了0.43",证明了补偿算法可以有效提高信号的细分精度。本文提出的莫尔条纹光电信号偏差测量方法和改进的闭环反馈细分方法能够提高编码器的测角精度和稳定性。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN762
【图文】：

框架图,等幅,框架图,偏差

度光电编码器测角精度和分辨力。光电编码器信号补偿技术的研究进展正弦性偏差、直流电平漂移、幅值偏差、正交性偏差这要偏差的补偿方法进行系统的总结和分析[6]。电平漂移、等幅性偏差补偿条纹光电信号直流电平漂移、等幅性偏差的补偿主要是并朝着自动化方向不断改进。件补偿法于信号的直流电平漂移与等幅性偏差，采用人工手动调偿。为了实现信号的实时自适应补偿，近年来，研制了

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补偿法o Moon 提出了依赖于编码器输出信号的 Lissajou 图的补issajou 圆在四个象限的面积和半径估计幅值误差和直流偏差进行校正，并显示相位误差对圆面积和半径的影响。性偏差补偿偏差是影响细分的主要偏差，现有的对正交性偏差的补偿偿、软件补偿和硬件补偿。补偿法偿的方法主要是通过改良光电编码器码盘和狭缝上的光栅分误差的目的。韩国 LG 公司设计的移相光栅能够直接避[9]。图 1.2 为移相光栅和移相光栅与狭缝叠加所得莫尔条

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图 1.3 相位差测量原理图Figure 1.3 Schematic diagram of phase deviation measurement的实时补偿，具有细分脉冲均匀、信号峰值处灵敏度高、号幅值等优点，但算法的实现需要额外的脉冲源产生计数和技术脉冲频率有较高的要求。机所吕恒毅提出傅立叶变换测量法和相关函数测量法两种[11]。傅立叶变换测量法通过对莫尔条纹光电信号进行短时信号的相位差信息。相关函数测量法求取莫尔条纹光电信由相关函数公式求得正交性偏差角。傅立叶变换测量法和采集多个周期的信号进行运算，无法实现对信号的实时补频率不变即编码器转速均匀。罗刚等人运用锁相倍频电路号的正交性偏差[7]。该方法通过锁相倍频电路实现对两路

【参考文献】