提高光电轴角编码器细分精度的改进粒子群算法

为提高光电轴角编码器的细分精度及莫尔条纹光电信号的细分倍数,设计了一种基于改进粒子群算法的信号正弦性修正方法。首先,根据莫尔条纹光电信号的数学模型,分析信号质量指标对细分误差的影响;并从编码器的制作、调试、使用等环节出发,指出信号细分误差产生的根本原因;然后,对改进粒子群算法的基本原理和实现步骤做了具体阐述;最后,以21 位光电编码器为实验对象,依据其精码转换的方波信息实现精码信号的自适应采样,同时应用改进算法对采集的编码器原始光电信号进行数据预处理,通过辨识信号模型中的3 个待定参量,直接实现信号等幅性偏差、稳定性偏差、正交性偏差的修正;对算法处理后的莫尔条纹信号进行细分精度检测,实验结果表明:编码器细分误差峰值由19.08降低到2.86,细分精度明显提高。     

高精度光电编码器莫尔条纹信号质量分析方法

针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响,提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实地反应了莫尔条纹信号质量,提高了细分误差测量的准确性。编码器转动时,采集相位差为/2 的两路精码正弦光电信号,通过对采样信号的重构得到信号波形,利用离散傅里叶变换算法分析重构波形,求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。最后,根据信号参数与细分误差的关系得到光电编码器的细分误差值,并进行了实验验证。实验结果表明,对某24 位绝对式光电轴角编码器细分误差进行测量,细分误差的峰值为+0.48和-0.21。相对于传统的细分误差测量方法,此方法测量速度快,测量精度高,适用于工作现场。     

非均匀采样光电编码器莫尔条纹信号分析方法

为实现高精度光电编码器非匀速转动时动态细分误差的检测,提出了一种基于非均匀采样的莫尔条纹光电信号分析方法.首先,利用曲线拟合的最小二乘法将采集到的编码器非均匀信号数据重构出真实的信号波形.然后,根据离散傅里叶变换算法分析重构信号,同时推导出信号的频率、幅值和相位的计算表达式,运用软件仿真评估算法可行性.最后,采用该方法对某21位绝对式光电轴角编码器精码信号进行分析,根据信号参数与细分误差的关系获得动态细分误差,其细分极值误差为+2.41"和-3.08".实验结果表明,该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实的反应了莫尔条纹信号质量,在编码器非匀速转动时,可有效地测量动态细分误差,为实际工作现场编码器精度误差的实时检测奠定了基础.     

莫尔条纹光电信号细分误差的实时补偿

为了保证高精度光电轴角编码器在恶劣工作条件下的细分精度,设计了基于高分辨率数字电位计的实时补偿处理系统。依据莫尔条纹光电信号的数学模型,说明了由信号等幅性偏差和直流电平漂移引起的细分误差的空间分布特征,并得出误差规律及计算公式,从编码器的光机装调、码盘均匀性、光敏元件调试等制作环节出发,指出了编码器光电信号细分误差的根本特性;受高精度光电编码器分辨力的约束,从编码器光敏元件输出莫尔条纹信号的形式出发,构建了分辨率为0.1 的数字电位计查找表;并设计了实时补偿的关键算法。以23位光电编码器为实验对象,在-40～60 ℃条件下对补偿处理系统测试,实验结果表明:直流漂移1.2%,等幅性2%,且自动补偿时间约为3 s,满足编码器分辨力（0.154）和工作实时性的要求。该方法可实际应用于编码器系统,能够提高编码器的环境适应性和测角可靠性。     

红外光源参数对光电编码器信号的影响

红外发光管是光电编码器的重要组成部分,而光源参数对莫尔条纹信号的正弦性和正交性有直接影响,从而影响光电编码器的细分精度和分辨力。文中研究了其发散角、光源宽度对编码器的信号影响。首先,分析了光源对光栅信号光通量的影响,运用频域方法导出了透光特性函数;然后,分析了两种不同光源对同一码盘形成信号的影响;最后,应用Matlab仿真计算了莫尔条纹信号的对比度、正交性、正弦性。实验结果表明,使用两种不同光源的编码器精度相差达到30%,改进后的编码器高次谐波占比明显减少,信号稳定性好。因此研究光源参数对提取高质量莫尔条纹有重要意义,并为高精度编码器设计提供重要参考依据。     

莫尔条纹快速细分在光电轴角编码器中的应用

详细介绍了莫尔条纹高插补系数快速细分的原理、硬件设计和软件设计,并将此细分装置应用于光电轴角编码器处理电路中。采用乘法倍频电路可以完成莫尔条纹信号的四倍频,提高了信号的正交性,达到了实验的要求。采用16位CHMOS微控制器80296SA进行软件8 192份细分,可以使光电轴角编码器的分辨率达到0.006″,测角精度σ≤0.4″,且该系统执行一次细分程序所需要的时间小于50μs。     

莫尔条纹光电信号自动补偿系统

为了保证高精度光电编码器在恶劣工作环境下的精确测量,建立一种基于高分辨力数字电位计+DSP+CPLD的莫尔条纹光电信号自动补偿系统。首先,介绍了自动补偿系统的工作原理及构成,并设计了系统使用过程中的工作模式;融合莫尔条纹信号各个偏差的补偿算法,建立了光电信号细分误差的综合补偿模型;然后,具体阐述了系统的硬件设计、相关软件设计,并分析了补偿系统自身存在的系统误差;最后,以24位光电编码器为实验对象,对该补偿系统进行测试分析,实验结果表明:自动补偿系统可实现编码器精码信号直流电平漂移、等幅性偏差、正交性偏差及二次、三次、五次谐波偏差的综合补偿,可使实际的静态细分误差减小0.61。该系统可用在编码器的工作现场,实现莫尔条纹信号细分误差的自动修正。     

光电位移信号新型细分方法及系统设计

为提高光电轴角编码器的分辨力,提出一种新型莫尔条纹信号细分方法并建立基于FPGA的光电位移信号倍频系统.根据理想莫尔条纹光电信号的数学模型,利用多倍角正余弦信号的函数性质,将原始莫尔条纹信号推导为n倍频的高阶信号;由幅值细分理论,离线建立基于高阶正余弦信号的高分辨力幅值细分查找表;根据增量式、绝对式光电编码器的不同功能,分别阐述了应用该幅值细分查找表实现编码器高分辨力的倍频技术;同时又指出本文细分方法应用的约束条件.最后,以直径为40mm,分辨率为2500P/R的欧姆龙E6B2-CWZ6C增量式光电编码器为实验对象,在转速范围200~3000rpm的同步电机驱动下,编码器输出波形频率范围约为8.3kHz~125kHz,在基于频率为10kHz的模拟输入信号下,采用本文细分方案设置四倍频设计实验,该系统可以快速将频率增加到原来频率的4倍;同时,基于4倍频原理设计了128倍频实验,并进行实验验证,同样得到该系统可以快速增加到输入频率的128倍.该设计方法及系统与传统细分方法相比较,具有开发周期短、集成度高、模块化、速率快等特点.     

光电编码器两种精码波形细分方法原理误差对比

光电编码器通常利用细分两路正交的码盘精码信号达到高分辨力的目的,为使细分技术更加完善,对基于三角波和基于正余弦波的两种细分方法进行了专题研究。分别对理想信号中存在直流误差、幅值误差、基波相位误差、高次谐波误差几种典型误差情况进行了分析,比较两种基于不同波形细分方法的抗干扰能力。实验对精码信号介于正余弦波和三角波之间的编码器进行测试,对于同一台编码器,采用正余弦波细分时精度为36,采用三角波细分时精度为42。结果表明:基于正余弦波的细分方法抗干扰能力优于基于三角波的细分方法。对于高精度光电编码器研制和生产时,可利用正余弦波对精码信号进行细分或将实际信号校正至标准正余弦波再细分。     

小型光电编码器的高分辨力细分技术

为了实现在不增加体积和重量的前提下提高小型光电编码器分辨力和细分精度,对光电编码器高分辨力细分技术进行了研究。首先,分析了影响小型光电编码器分辨力及细分精度的主要因素;其次,利用ADC841单片机对A/D转换的增益误差和失调误差进行修正;最后,优化电子学细分算法,设计出小型光电编码器高分辨力的信号处理电路。实验结果表明,该设计可以实现编码器精码信号的1 024细分,细分周期误差的峰峰值由163减小到70;将外径为40 mm的小型光电编码器分辨力提高4倍至4.98,精度提高至30。设计的编码器细分方法,电路结构简单、细分数高,可应用于对体积和重量有严格要求的绝对式和增量式光电编码器中。     

莫尔条纹噪声控制及细分精度分析

为保证莫尔条纹电子学细分的精度和倍数,高质量信号的获得是前提条件,因此莫尔条纹的正交性、电平漂移、谐波失真及噪声污染等指标需要得到严格控制.针对噪声控制,提出了一种基于变步长神经网络的自适应算法应用于莫尔条纹的噪声滤除,它不需要信号的先验统计特性,对于线性和非线性噪声都具有明显的抑制作用,通过对算法更新步长的动态调整,能够保证不同频率莫尔条纹的滤波精度和跟踪速度.经实验验证,本算法的滤波效果优于常规滤波算法,且不必进行信号预测,特别适合于位置检测应用时的莫尔条纹高倍细分,为细分提供了很好的前期数据准备.     

角度计量中三光栅光学系统应用分析

在目前的角度计量工作中普遍采用光电轴角编码器作为测角器件,而光栅系统由于具有分辨率高、稳定性好、出错率低、环境适应性强等特点而得到了计量界的认可。结合计量工作误差处理严谨、不确定度来源分析透彻的要求,在分析了三光栅光学系统原理的基础上,提出了针对其正弦输出信号的自适应滤波方法。