一種矩陣式編碼方式的絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法，涉及光電測量和自動控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電氣自動化程度日益加深的今天，航天等高精度領(lǐng)域?qū)怆娋幋a器的要求正越 來越高。絕對式碼盤因其可以直接讀取角度絕對位置、沒有積累誤差和斷電后位置信息不 丟失等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用，但傳統(tǒng)的絕對式碼盤的碼道圈數(shù)一般是等于或稍多于對應(yīng)輸出的 二進(jìn)制碼的位數(shù)，編碼位數(shù)越多，結(jié)構(gòu)尺寸就越大，因此采用象限式矩陣編碼的絕對式碼盤 在航天等高精度測量領(lǐng)域得到了廣泛使用。
[0003] 絕對式碼盤是將整個圓周分成若干個扇形區(qū)間，每個區(qū)間刻有不同位數(shù)的碼道， 即把若干位排列在同一碼道上，然后用若干個讀數(shù)頭讀取矩陣編排的光電信號，經(jīng)矩陣譯 碼處理成與傳統(tǒng)編碼盤相同的二進(jìn)制循環(huán)周期碼。這樣的編碼減少了碼道圈數(shù)，縮小了編 碼器結(jié)構(gòu)尺寸，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)尺寸小的高位絕對式編碼器。但是由于若干位排列在同一圈上，在 外界較大干擾時，如火箭發(fā)射引起劇烈震動導(dǎo)致的機(jī)械結(jié)構(gòu)變形或外太空高低溫等因素造 成的碼道間圈間位置誤差遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)碼盤，非人為因素造成的誤碼概率大大提升，影響光 電編碼器的高精度測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決絕對式碼盤處理誤碼能力不足的問題，提出了一種矩陣式編碼方 式的絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明所述的矩陣式編碼方式的 絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法的實現(xiàn)過程為：
[0006] 步驟一、利用四象限絕對式碼盤讀取相應(yīng)的絕對式碼盤值W1;
[0007] 步驟二、采用碼盤最外圈的精碼讀數(shù)頭讀取兩個相位差為90度的精碼電信號，利 用增量式碼盤處理電路處理后得到兩路脈沖：脈沖1和脈沖2,脈沖1和脈沖2有且僅有一 路輸出，輸出的脈沖代表了碼盤轉(zhuǎn)過的節(jié)距，根據(jù)脈沖個數(shù)得到節(jié)距數(shù)目，從而得到最終的 增量式碼盤值W2;
[0008] 步驟三、根據(jù)相應(yīng)工程所用碼盤計算出應(yīng)給定的閾值，并計算兩個碼值Wn 12之 差；
[0009] 步驟四、對于超過閾值的絕對式碼盤值1用相應(yīng)的增量式碼盤值W2來代替。
[0010] 在步驟一中，四象限絕對式碼盤通過精碼差分電路獲得相應(yīng)的絕對式碼盤值W1;
[0011] 所述精碼差分電路包括定值電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R12、R13、R14、R15、 R16、R17、R18、R19、R20和R21，包括由電阻R9和RlO構(gòu)成的可變電阻以及可變電阻11，還 包括運(yùn)算放大器Al、運(yùn)算放大器A2、運(yùn)算放大器A3和運(yùn)算放大器A4 ;
[0012] 一路輸入電信號同時與電阻R12的一端、電阻R13的一端連接，R12的另一端連接 運(yùn)算放大器Al的正向輸入端，電阻R14的一端接地并與電阻R13的另一端連接，電阻R14 的另一端同時連接運(yùn)算放大器Al的反向輸入端和電阻R15的一端，電阻R15的另一端同時 連接運(yùn)算放大器Al的輸出端和電阻R16的一端，電阻R16的另一端連接電阻Rl的一端，電 阻Rl的另一端同時連接電阻R3的一端和運(yùn)算放大器A3的正向輸入端，電阻R3的另一端 接地；
[0013] 另一路輸入電信號同時與電阻R17的一端、電阻R18的一端連接，R17的另一端連 接運(yùn)算放大器A2的正向輸入端，電阻R19的一端與電阻R18的另一端連接，電阻R19的另 一端同時連接運(yùn)算放大器A2的反向輸入端和電阻R20的一端，電阻R20的另一端同時連接 運(yùn)算放大器A2的輸出端和電阻R21的一端，電阻R21的另一端連接電阻R2的一端，電阻R2 的另一端同時連接電阻R4的一端和運(yùn)算放大器A3的反向輸入端，電阻R4的另一端連接運(yùn) 算放大器A3的輸出端；
[0014] 電阻R4的另一端還連接電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接運(yùn)算放大器A4的 正向輸入端，電阻R6的一端、電阻R7的一端和電阻R8的一端同時連接運(yùn)算放大器A4的反 向輸入端，電阻R6的另一端與可變電阻Rll的滑動端連接，可變電阻Rll的一個固定端接 地，電阻R7的另一端與可變電阻R9和可變電阻RlO的公共端連接，可變電阻R9的非公共 端連接12V電源的正極，可變電阻RlO的非公共端連接12V電源的負(fù)極，電阻R8的另一端 連接運(yùn)算放大器A4的輸出端；
[0015] 當(dāng)所述的一路輸入電信號、另一路輸入電信號分別為輸入電信號EO和輸入電信 號E180時，運(yùn)算放大器A4的輸出端輸出正弦電信號ESIN，
[0016] 當(dāng)所述的一路輸入電信號、另一路輸入電信號分別為輸入電信號E90和輸入電信 號E270時，運(yùn)算放大器A4的輸出端輸出余弦電信號ECOS，
[0017] ESIN、ECOS的表達(dá)式分別如下式：
【主權(quán)項】
1. 一種矩陣式編碼方式的絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述方法的實現(xiàn) 過程為： 步驟一、利用四象限絕對式碼盤讀取相應(yīng)的絕對式碼盤值W1; 步驟二、采用碼盤最外圈的精碼讀數(shù)頭讀取兩個相位差為90度的精碼電信號，利用增 量式碼盤處理電路處理后得到兩路脈沖：脈沖1和脈沖2,脈沖1和脈沖2有且僅有一路輸 出，輸出的脈沖代表了碼盤轉(zhuǎn)過的節(jié)距，根據(jù)脈沖個數(shù)得到節(jié)距數(shù)目，從而得到最終的增量 式碼盤值W 2; 步驟三、根據(jù)相應(yīng)工程所用碼盤計算出應(yīng)給定的閾值，并計算兩個碼值A(chǔ)、W2之差； 步驟四、對于超過閾值的絕對式碼盤值1用相應(yīng)的增量式碼盤值W 2來代替。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種矩陣式編碼方式的絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法，其特征 在于，在步驟一中，四象限絕對式碼盤通過精碼差分電路獲得相應(yīng)的絕對式碼盤值W 1; 所述精碼差分電路包括定值電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R12、R13、R14、R15、R16、 R17、R18、R19、R20和R21，包括由電阻R9和RlO構(gòu)成的可變電阻以及可變電阻11，還包括 運(yùn)算放大器Al、運(yùn)算放大器A2、運(yùn)算放大器A3和運(yùn)算放大器A4 ; 一路輸入電信號同時與電阻R12的一端、電阻R13的一端連接，R12的另一端連接運(yùn)算 放大器Al的正向輸入端，電阻R14的一端接地并與電阻R13的另一端連接，電阻R14的另 一端同時連接運(yùn)算放大器Al的反向輸入端和電阻R15的一端，電阻R15的另一端同時連接 運(yùn)算放大器Al的輸出端和電阻R16的一端，電阻R16的另一端連接電阻Rl的一端，電阻Rl 的另一端同時連接電阻R3的一端和運(yùn)算放大器A3的正向輸入端，電阻R3的另一端接地； 另一路輸入電信號同時與電阻R17的一端、電阻R18的一端連接，R17的另一端連接運(yùn) 算放大器A2的正向輸入端，電阻R19的一端與電阻R18的另一端連接，電阻R19的另一端 同時連接運(yùn)算放大器A2的反向輸入端和電阻R20的一端，電阻R20的另一端同時連接運(yùn)算 放大器A2的輸出端和電阻R21的一端，電阻R21的另一端連接電阻R2的一端，電阻R2的 另一端同時連接電阻R4的一端和運(yùn)算放大器A3的反向輸入端，電阻R4的另一端連接運(yùn)算 放大器A3的輸出端； 電阻R4的另一端還連接電阻R5的一端，電阻R5的另一端連接運(yùn)算放大器A4的正向 輸入端，電阻R6的一端、電阻R7的一端和電阻R8的一端同時連接運(yùn)算放大器A4的反向輸 入端，電阻R6的另一端與可變電阻Rll的滑動端連接，可變電阻Rll的一個固定端接地，電 阻R7的另一端與可變電阻R9和可變電阻RlO的公共端連接，可變電阻R9的非公共端連接 12V電源的正極，可變電阻RlO的非公共端連接12V電源的負(fù)極，電阻R8的另一端連接運(yùn)算 放大器A4的輸出端； 當(dāng)所述的一路輸入電信號、另一路輸入電信號分別為輸入電信號EO和輸入電信號 E180時，運(yùn)算放大器A4的輸出端輸出正弦電信號ESIN， 當(dāng)所述的一路輸入電信號、另一路輸入電信號分別為輸入電信號E90和輸入電信號 E270時，運(yùn)算放大器A4的輸出端輸出余弦電信號ECOS， ESIN、ECOS的表汰式分別如下式：
ESIN為由精碼差分電路輸出的一路正弦電信號，ECOS為由精碼差分電路輸出的一路 余弦電信號；ESIN和ECOS經(jīng)過譯碼處理，得到最終的ELAST電信號，經(jīng)過AD處理，得到絕 對式碼盤值A(chǔ)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種矩陣式編碼方式的絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法，其 特征在于，步驟二中，兩個相位差為90度的精碼電信號的獲得過程為：采用檢測窄縫放置 的方式來保證輸出兩個信號的相位差為90度，假設(shè)碼盤最外圈碼道的窄縫是均勻分布的， 分布周期為節(jié)距d，控制兩組檢測窄縫的位置相隔（n± 1/4) d，η為整數(shù)，使輸出的兩個信號 在相位上定相差90度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種矩陣式編碼方式的絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法，其特征 在于，步驟三中，進(jìn)行補(bǔ)償所提供的閾值的計算過程為： 設(shè)定所使用的碼盤采用矩陣碼編碼的內(nèi)圈碼道經(jīng)過矩陣碼信號轉(zhuǎn)化為M位高位信號， 利用絕對式的編碼方式和最外圈碼道進(jìn)行合成的粗測碼值為W1，最外圈均勻刻畫的碼道進(jìn) 行光電流信號細(xì)分后可以產(chǎn)生N位二進(jìn)制精測信號，相應(yīng)碼值為W 2，當(dāng)式（1)成立時，則認(rèn) 為粗測碼值因各種因素影響的誤差不能滿足精度需要，利用增量式碼值1來代替這個經(jīng)絕 對式算法算出的碼值W 1; W1-W2^ 2n (I)0
【專利摘要】一種矩陣式編碼方式的絕對式碼盤的誤差補(bǔ)償方法，涉及光電測量和自動控制領(lǐng)域。本發(fā)明解決了絕對式碼盤處理誤碼能力不足的問題。所述方法包括如下步驟：一、利用四象限絕對式碼盤讀取相應(yīng)碼值；二、采用最外圈相差90度讀數(shù)頭，經(jīng)過增量式碼盤處理電路，讀取增量式碼盤值；三、給定閾值，計算兩個碼值的差；四、對于超過預(yù)值的絕對式碼值用相應(yīng)的增量式碼值來代替。本發(fā)明采用實時檢測的辦法，利用矩陣式編碼盤原有的結(jié)構(gòu)，僅增加了增量式碼盤的計數(shù)電路結(jié)構(gòu)，可以彌補(bǔ)因多種因素造成的碼值跳變，融合了絕對式、增量式的優(yōu)點，一定程度上解決了高位碼值譯碼和碼盤尺寸的矛盾，增加的電路簡單可靠，方便維護(hù)。
【IPC分類】G01D3-028
【公開號】CN104655156
【申請?zhí)枴緾N201410853255
【發(fā)明人】陳興林, 崔寧, 耿光曉, 于志亮, 徐川川, 劉楊, 曹開銳, 李松峰
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月31日