本發(fā)明涉及電路系統(tǒng)，特別涉及一種提高編碼器精度的方法。

背景技術(shù)：

1、光電軸角編碼器是目前應(yīng)用較為廣泛的具有代表性的角位移傳感器，許多自動(dòng)化控制系統(tǒng)依賴(lài)于光電軸角編碼器，同時(shí)也對(duì)光電編碼器的測(cè)角精度和分辨力提出了更高要求。

2、編碼器精度由大角度測(cè)角精度和單信號(hào)周期測(cè)角精度組成。大角度測(cè)角精度主要取決于碼盤(pán)相對(duì)軸承的偏心量，俗稱(chēng)碼盤(pán)偏心；單信號(hào)周期測(cè)角精度取決于正弦掃描信號(hào)和其細(xì)分電路質(zhì)量。

3、影響單信號(hào)周期測(cè)量精度的因素有：信號(hào)周期的大小，信號(hào)的正弦性，信號(hào)的正交性，信號(hào)的對(duì)稱(chēng)性，后續(xù)電路處理模擬信號(hào)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。

4、一臺(tái)編碼器在機(jī)械裝調(diào)完成后的條件下，處理電路能夠提高編碼器精度的方法主要是通過(guò)軟件和硬件結(jié)合從三個(gè)階段來(lái)實(shí)施的。

5、第一階段為數(shù)據(jù)處理前原始信號(hào)校準(zhǔn)：正弦和余弦的相位校準(zhǔn)，正弦和余弦偏移量校準(zhǔn)，正弦和余弦增益校準(zhǔn)。

6、第二階段為數(shù)據(jù)處理中的算法校準(zhǔn)：細(xì)分程序算法及數(shù)學(xué)模型的校準(zhǔn)。

7、第三階段為數(shù)據(jù)處理后的精度補(bǔ)償：精度補(bǔ)償分為長(zhǎng)周期誤差補(bǔ)償，短周期誤差補(bǔ)償。

8、以往工程電路多采用硬件方法對(duì)直流電平和信號(hào)幅值進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，在工程設(shè)計(jì)中對(duì)兩路正弦和余弦信號(hào)相位校準(zhǔn)并沒(méi)有操作簡(jiǎn)單可靠和高實(shí)時(shí)性的有效方法的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)兩路正弦和余弦信號(hào)相位校準(zhǔn)并沒(méi)有操作簡(jiǎn)單可靠和高實(shí)時(shí)性的有效方法的技術(shù)問(wèn)題，提供一種提高編碼器精度的方法。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

3、一種提高編碼器精度的方法，包括以下步驟：

4、步驟i：通過(guò)碼道信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，采集模擬信號(hào)的幅值；

5、步驟ii：根據(jù)模擬信號(hào)輸入范圍，將步驟i中采集到的模擬信號(hào)的幅值，分別計(jì)算出正弦和余弦兩路信號(hào)的增益，放大到理想幅值；

6、步驟iii：用參數(shù)offset和gain重新修訂正弦信號(hào)；

7、步驟iv：將sin精碼信號(hào)，cos精碼信號(hào)平均等分成特定數(shù)量份；

8、步驟v：分別對(duì)長(zhǎng)周期和短周期進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)誤差擬合曲線(xiàn)進(jìn)行軟件算法補(bǔ)償。

9、在上述技術(shù)方案中，步驟i具體為：

10、根據(jù)公式：

11、offset＝(max-min)/2+min

12、其中，offset為模擬信號(hào)實(shí)際的直流分量值，max，min分別為模擬信號(hào)實(shí)際的直流分量的最大值和最小值；

13、將正弦和余弦信號(hào)的偏移量計(jì)算出來(lái)，并校準(zhǔn)到ad轉(zhuǎn)換數(shù)碼直流分量參考點(diǎn)。

14、在上述技術(shù)方案中，步驟ii具體為：

15、首先，根據(jù)ad模擬信號(hào)輸入范圍，確定理想幅值；

16、然后，利用公式：gain＝vout/(max-min)分別計(jì)算出正弦和余弦兩路信號(hào)的增益，經(jīng)過(guò)軟件放大到理想幅值；

17、其中，gain為放大倍數(shù)，max，min分別為模擬信號(hào)實(shí)際的直流分量的最大值和最小值，vout為需要輸出的理想幅值；

18、在上述技術(shù)方案中，步驟iii具體為：將采集的正弦信號(hào)減去offset值后在乘上放大倍數(shù)gain，使修正后的正弦波達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)波形，從而完成幅值和直流電平的修正。

19、在上述技術(shù)方案中，步驟iv具體為：通過(guò)處理電路將兩束相差90度的正弦波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，處理電路對(duì)數(shù)字信號(hào)在四個(gè)象限內(nèi)進(jìn)行反正切插值運(yùn)算細(xì)分，平均等分成8192份。

20、在上述技術(shù)方案中，步驟v具體為：

21、根據(jù)直線(xiàn)斜率公式：k＝(y2-y1)/(x2-x1)得到精度補(bǔ)償公式為：y＝k*(x-x1)+y1；

22、其中，橫坐標(biāo)x代表實(shí)際測(cè)量角度值；縱坐標(biāo)y代表理論角度值；k代表斜率；y1，y2分別代表第一和第二個(gè)采樣點(diǎn)的縱坐標(biāo)，x1，x2分別代表第一和第二個(gè)采樣點(diǎn)的橫坐標(biāo)；

23、按照精度補(bǔ)償公式計(jì)算出補(bǔ)償后的輸出角度值。

24、在上述技術(shù)方案中，步驟v還包括：根據(jù)貝塞爾公式：

25、

26、其中，xi為第i個(gè)測(cè)量值，i＝1，2…n；為測(cè)量平均值，n為測(cè)量個(gè)數(shù)，σ為均方根誤差；

27、求出測(cè)量的均方根誤差。

28、在上述技術(shù)方案中，該方法適用的中央處理器為dsp28335中央處理器。

29、本發(fā)明具有以下有益效果：

30、本發(fā)明的提高編碼器精度的方法，基于mr3+dsp28335的技術(shù)，對(duì)兩路正弦和余弦原始模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件調(diào)節(jié)，再針對(duì)幅值，直流電平和相位等3方面均采用軟件算法進(jìn)行再次修訂，使進(jìn)入細(xì)分程序的兩路模擬信號(hào)具有良好的正交性，對(duì)稱(chēng)性，以便提高細(xì)分精度。

技術(shù)特征：

1.一種提高編碼器精度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高編碼器精度的方法，其特征在于，步驟i具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高編碼器精度的方法，其特征在于，步驟ii具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高編碼器精度的方法，其特征在于，步驟iii具體為：將采集的正弦信號(hào)減去offset值后在乘上放大倍數(shù)gain，使修正后的正弦波達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)波形，從而完成幅值和直流電平的修正。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高編碼器精度的方法，其特征在于，步驟iv具體為：通過(guò)處理電路將兩束相差90度的正弦波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，處理電路對(duì)數(shù)字信號(hào)在四個(gè)象限內(nèi)進(jìn)行反正切插值運(yùn)算細(xì)分，平均等分成8192份。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高編碼器精度的方法，其特征在于，步驟v具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高編碼器精度的方法，其特征在于，步驟v還包括：根據(jù)貝塞爾公式：

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任意一項(xiàng)所述的提高編碼器精度的方法，其特征在于，該方法適用的中央處理器為dsp28335中央處理器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種提高編碼器精度的方法，涉及電路系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)兩路正弦和余弦信號(hào)相位校準(zhǔn)并沒(méi)有操作簡(jiǎn)單可靠和高實(shí)時(shí)性的有效方法的技術(shù)問(wèn)題。該方法包括以下步驟：采集模擬信號(hào)的幅值；計(jì)算出正弦/余弦兩路信號(hào)的增益，放大到理想幅值；重新修訂正弦信號(hào)；將精碼信號(hào)等分成特定數(shù)量份；分別對(duì)長(zhǎng)周期和短周期進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)誤差擬合曲線(xiàn)來(lái)進(jìn)行軟件算法補(bǔ)償。本發(fā)明提高編碼器精度的方法，基于MR3+DSP28335的技術(shù)，對(duì)兩路正弦/余弦原始模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件調(diào)節(jié)，再針對(duì)幅值，直流電平和相位等3方面均采用軟件算法進(jìn)行再次修訂，使進(jìn)入細(xì)分程序的兩路模擬信號(hào)具有良好的正交性，對(duì)稱(chēng)性，以便提高細(xì)分精度。

技術(shù)研發(fā)人員：王帥,林兆華,楊寧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2