有限角磁电编码器角度虚拟补偿细分方法研究

提出一种有限角磁电编码器,充分利用有限角狭小的工作空间,采用对称结构设计单对极磁钢与多对极磁钢的布局,对磁钢进行轴向充磁,采用贴片霍尔对单对极和多对极磁场信号进行采集。针对有限角磁电编码器角度信号不完整的特点,采用虚拟角度补偿方法将有限角磁电编码器的角度值信号补充完整。采用自适应多窗口滤波角度细分方法对磁电编码器角度值进行细分,消除了磁电编码器角度值噪声引发的区间判断错误问题,有效提高了有限角磁电编码器的分辨率。最终通过实验证明了所提出的有限角磁电编码器能够有效抑制角度值跳动,电机速度控制更加平稳,电流正弦特性更好。所提出的有限角磁电编码器的分辨率可以达到13位,精度达到±0.25°。     

有限角磁电编码器极值扇区间差值判断细分方法

针对单对极与多对极组合式磁钢的有限角磁电编码器,提出一种有限角磁电编码器极值扇区间差值判断细分方法。利用同轴有限角范围内的单对极磁钢及多对极磁钢进行角度信号输出,采用周期圆整补偿的方法进行整周期角度信号的补充。为保证扇区角度划分均匀性,提出区间域自动补偿划分法进行单对极扇区均匀化分割,利用极值扇区间差值判断细分方法对编码器角度值细分处理,抑制了细分后有限角磁电编码器角度值跳点的出现,有效地提高了有限角磁电编码器的分辨率。提供了一种有效的增加有限角磁电编码器分辨率和精度的方法,最终采用光电-磁电编码器对比测量装置对所设计的有限角磁电编码器进行误差测量,实验结果表明,采用所提方法的有限角磁电编码器的角度输出精度为±0.55°。     

基于基因突变体筛选思想的角度细分方法研究

为了消除环境温度变化等原因造成的多对极角度跳点问题,基于基因突变体筛选思想提出了一种多对极角度分辨率细分方法。首先针对磁电编码器结构进行磁、热场分析,研究磁、热场对磁电编码器角度分辨率的影响。在该研究基础上,依据基因对比筛选技术原理建立多对极磁电编码器参考基因组,将多对极角度极数以及多对极角度扇区数作为参考基因组成员。依据实际计算得到的多对极角度极数及扇区数与固化在单片机内的参考基因组进行筛选对比,判断出角度跳点位置,并依据异常基因特征进行角度分辨率误差修正。通过实验验证,采用所提出方法能够有效抑制环境变化造成的多对极角度跳点问题,最终角度分辨率可达到14位(0.02°),精度达到13位(0.04°)。     

基于状态方程磁电编码器角度误差主动监督补偿方法研究

针对磁电编码器角度值易受到高频噪声影响,影响角度值输出精度问题,提出了一种基于卡尔曼滤波器及运动状态方程角度值误差主动监督补偿方法。为了降低角度值观测噪声,采用基于运动学状态方程角度值观测方法,有效抑制了磁电编码器角度值观测噪声;提出了基于神经元角度值误差自适应补偿方法,实现了角度值误差观测的自适应收敛过程。针对角度值误差收敛速度缓慢问题,采用基于卡尔曼滤波器角度值误差主动监督补偿方法,调节误差补偿系数进而提高角度值观测误差的收敛速度,经过实验证明所提方法的有效性,在角度值过零点位置的大角度跳变工作位置,采用跟踪性能较好的状态误差调节系数保证了角度值跟踪的一致性。在角度值平滑跟踪状态下,采用所提方法角度值精度从±3°提高到了±0.082°。     

高分辨率的电机绝对式多极磁编码器设计与研究

为了提高电机绝对式磁编码器的分辨率,提出了一种偏心结构的新型多极磁编码器。该多极磁编码器仅由1个偏心旋转的多极磁体和4个霍尔传感器组成,结构简单、成本低。通过结合查找表和最小二乘法来计算绝对偏移量,能够在使用多极磁体提高分辨率的同时,通过磁铁偏心旋转区分的4个信号计算出绝对角度。此外,由于可以计算正交信号,因此可以使用传统方法来配置转换器,通用性较强。编码器样机测试结果表明:所设计的磁编码器能够计算出绝对角度,并达到了0.08°的角度精度和12 bits的分辨率。     

一种基于软件观测器的低速直驱伺服系统控制策略

在低速直驱伺服系统中,由于速度过低,加上光电编码器精度的局限,会导致速度信号产生阶跃,从而无法精确控制伺服电机速度值。本文基于传统伺服系统的控制策略,采用了如今先进的光电编码器反馈角度,通过软件观测实现计算,重构出精确的电机转子位置观测值,从而获得连续的电机转子角度给定量,降低编码器精度不高的影响。该实验运用matlab进行仿真测试结果,仿真结果表明,该方法简单有效,有较好的动态性能和控制效果。     

基于FPGA的高精度磁编码器设计

磁编码器主要用于伺服电机系统的转角和转速测量,针对目前产品精度和分辨率相对较低的现状,提出一种基于FPGA实现的标定查表法细分方案。首先将三路磁头相差120°放置,使磁编码器输出3路相差120°的差分正弦信号,并通过FPGA进行卦限判断,选取线性度最好的一路信号进行信号处理,从而有效地避免了正弦信号的死区。同时利用FPGA对卦限信息和磁编码器输出信号的A／D转换信息进行处理,作为EEPROM的地址信息进行硬件查表,实现对磁编码器信号的倍频处理,从而提高了磁编码器的分辨率和测量精度,可实现每个周期4096份的倍频。     

光电编码器误差检测转台的动态精度标定

由于光电编码器动态检测转台的分辨率、精度和转速都比较高,传统检测手段很难精确标定该类转台的动态精度,故本文开展了转台动态精度标定方法的研究。首先,分析动态转台工作原理,指出了影响转台动态精度的主要因素。然后,研究了动态误差的主要特性,提出了一种基于动态重复性的转台动态精度标定方法。最后,设计了FPGA+USB的数据采集电路,实现了对转台动态精度的标定。对自行研制的转台进行了动态精度标定。标定结果显示:提出的动态精度标定方法能够实现对转台的标定,验证了该转台能够实现对被检编码器的动态检测,解决了研制动态转台时缺少动态检测精度标定方法的难题。     

绝对式多极磁电轴角编码器的设计

为了实现多对极磁电式轴角编码器的高分辨率绝对式检测并降低其成本,基于改进格雷码构建了一种新型多极磁电轴角编码器模型,提出一种基于校准查表的信号处理方式,以消除磁场非线性和装配误差对测量精度的影响。设计了两个由永磁体磁环构成的码道:粗码道,根据改进格雷码生成N和S极充磁顺序,采用圆周均匀分布的线性霍尔元件得到转子所处磁极区域的绝对偏移量;细分码道,N和S极等距间隔排列,定子上3个线性霍尔元件将磁信号转换为电信号,查表得到转子于所处信号周期内的相对偏移量。在离线状态下,用高分辨率的增量式光电轴角编码器进行校准,对其A/B相脉冲输出和磁电式轴角编码器的霍尔信号同时采样并上传到计算机进行高精度信号重构,得到标准角位移和霍尔信号映射关系,通过单片机的自编程技术将数据存储于主控芯片中固定地址以供查表;角位移检测状态下,根据霍尔信号查表得到绝对角位移。根据上述原理研制出12极磁电式轴角编码器样机,实现了分辨率为±0.72′,精度达±1.2′以下的单圈绝对位置检测。该编码器通过增加磁极数还可进一步提高测量精度。     

一种提高光电编码器测量精度的方法研究

光电编码器广泛应用于国防、工业等领域,不断提高其分辨率和测量精度对科技发展有着重要意义。提出并研究了一种将行星齿轮增速机构和光电编码器相结合的方法,来提高角度测量精度。结合STM32单片机和VB软件开发了一套齿轮增速机构传动误差测量系统,测量了某一小型行星齿轮增速器的传动误差。根据传动误差的特征提出了轮增速机构和光电编码器的搭配建议,给出了角度测量误差的计算公式和编码器分辨率选用公式。设计了一组编码器与增速器的组合实验,通过校核每一种组合下的测量精度,验证了公式的正确性。     

光栅角编码器误差分析及用激光陀螺标校的研究

本文介绍了光栅角编码器的测量原理,对光栅角编码器在使用过程中因安装偏心、安装倾斜、轴承晃动等因素引起的角度测量误差进行了分析,理论分析表明,微小的安装偏心便可引起较大的测角误差,因此,光栅角编码器在实际使用中需要对其进行标校。根据激光陀螺的精度和有分辨率都很高的特点,本文提出了一种用激光陀螺进行光栅角编码器误差测量和标校的新方法,并进行了实验,结果表明,标校后光栅角编码器的测量精度达到了其标称精度。     

一种新型大中心孔绝对式磁编码器

为测量机器人关节端角度和电机端位置,研制一种基于霍尔原理的新型绝对式磁编码器,采用大中心孔结构,具有大的中心孔、体积小、结构紧凑、分辨率高、绝对式位置测量等特点。传感器由转子和定子组成,转子的磁码盘包括主码道和游标码道,定子由霍尔敏感芯片和信号调理电路板组成;根据游标计算原理,得到了传感器绝对角度的计算方法。通过仿真软件分析了转子的磁场分布和模态;为进一步提高磁编码器的输出精度,提出一种基于遗传优化算法的误差补偿模型,搭建了传感器的标定平台,实验结果表明传感器绝对定位精度可以达到0.2°,经过模型补偿后可以达到0.036°,满足机器人关节及伺服系统设计要求。     

基于信号运算和插值原理的磁轴角编码器

磁轴角编码器结构简单,易实现微型化,适应恶劣环境能力强。但其分辨率和精度较低,影响其发展和应用。文中针对单对磁极编码器进行改进设计,采用新型的磁体结构设计无接触式传感器,使用TMS320vc5509a进行信号处理,运用数字滤波技术,提高信号质量。使用插值原理提高分辨率和精度,以8bit分辨率实现了1024p／r绝对式角度输出。     

小型便携式高分辨率转角误差标定装置

为提高测试效率,设计了一种便携式高分辨率转台。首先,采用对比法搭建了误差标定平台,并采用图像角位移识别技术,设计了高精度角度基准。然后,采用直流电机带动被测编码器与角度基准同轴连接,搭建了光电编码器误差测试系统。最后,将各功能的实现代码分布在多个任务函数中,并基于μc/os操作系统对任务函数进行调度,实现合理的误差测试、显示及人机交互。实验表明:所设计的误差测试系统能够精确实现对编码器产品的误差标定,具有操作方便、便携、可靠等优点。     

姿态敏感器地面标定精密调整机构设计

为了满足光学姿态敏感器地面标定更高精度的应用需求,针对当前敏感器地面测试设备的标定精度与设计值不一致的实际问题,提出了一种分辨率高、稳定性好的五自由度精密调整机构设计方案。分析了光轴一致性误差对星点位置误差的影响,结合姿态敏感器技术指标,采用搭积的调整层结构形式及合理的消隙方法,设计符合敏感器标定要求的调整架机械结构并进行力学分析。仿真结果与测试数据表明:调整机构的实测位移分辨率优于0.1μm,角分辨达到0.1″,在对星图的反复测试中,降低了光轴一致性误差对测试结果的影响,星点位置误差比使用常规调整机构时提高了5″以上,达到了敏感器地面标定的精度要求。     

离轴三反消像散多光谱相机调焦系统设计

空间环境的恶劣经常导致航天相机的成像平面偏离焦平面产生离焦,从而影响遥感成像质量.本文针对某航天离轴三反消像散多光谱相机设计了一种调焦系统对成像平面的离焦进行有效补偿.首先,分析了相机的离轴三反消像散光学系统和CCD焦平面的特点,确定调焦方式并阐述调焦系统工作原理.然后,介绍了调焦系统构成以及调焦控制器环境适应性、步进电机力矩选择、调焦传动机构的设计参数和位置编码器,推导出了调焦精度与调焦机构参数及编码器分辨率的关系,分析了调焦系统所能达到的调焦精度.最后,通过调焦系统测试了调焦行程内CCD焦平面直线位置与编码器码值的对应曲线.对闭环控制方式测试数据的计算分析显示,闭环调焦精度在3σ情况下为±3.11 μm,满足相机调焦控制精度±10μm的要求.     

基于CPLD的编码器信号处理电路设计

基于CPLD芯片,对增量式编码器输出信号进行处理,实现了编码器信号的整形滤波、倍频和鉴相。为了提高编码器的测量精度,设计了一种4倍频脉冲输出电路,提高了编码器的分辨率,并设计了鉴相电路,实现正反向的角度或速度测量。文中给出了Quartus原理图输入电路、时序仿真结果,以及试验测试结果。文中的研究在角度位移等测量领域有着广泛应用价值。     

基于LABVIEW的高精度光栅细分方法

光栅测量技术的基本内容主要是光栅信号的计数和细分问题。高精度的光栅测量其分辨率要求达到纳米级甚至微纳米级。通过提高光栅刻线密度来提高其测量精度和分辨率是无法达到的。为了使光栅测量具有更高的精度,我们只能对光栅信号进行细分处理。在本文中我们利用LABVIEW软件提出一种软件细分方法,利用光栅信号的两路信号的正负以及绝对值差的正负将信号周期分为八个区间,计算出每个区间的细分值,并且用LABVIEW软件进行编程,从而达到细分的效果。     

步进电机驱动与变电流闭环控制

现阶段步进电机大多采用开环控制,电流幅值恒定,导致电机发热严重,产生明显的振动问题。因此,设计了一种步进电机驱动的变电流闭环控制方式,给出了具体的控制方法和步骤。通过计算设定角度θref与其当前角度θr的差值来调节给定电流Ip,使得设定角度θref与其当前角度θr的差值始终维持在一定的范围内,从而达到电流闭环控制的效果。此外,根据实际操作情况引入一种滑模控制器,通过间接计算该步进电机的反电动势,优化消除步进电机电感计算与电流微分计算时可能产生的干扰因素,提高了闭环控制的可行性和精度。     

一种面向光栅信号计量的改进迟滞区间补偿算法

为了补偿由于迟滞比较器引入所带来的位移计量误差,针对通常的迟滞区间补偿算法无法补偿光栅计量信号落在实际迟滞区间门限电压与计算迟滞区间门限V_+、V_-之间所导致的计数误差,提出采用设置变量来标识信号起始点和终止点象限,判断两者象限差与总计数值N模除4所得值是否相等,来决定是否进行增减补偿的迟滞区间补偿算法,并对两种实际出现的特殊情况进行了计数值修正处理。实验证明,该迟滞区间补偿算法可以有效克服计算迟滞门限电压因电子元器件的偏差、电源的纹波干扰以及环境中的电磁干扰而与实际迟滞门限电压不相等所带来的计数误差,使得整个计量系统达到较高的精度。