光电编码器动态检测转台的空间矢量力矩合成驱动系统

为了提高光电编码器动态检测技术的稳速精度,设计了基于永磁无刷直流电机的转台驱动系统。分析了动态检测转台工作时速度波动对编码器角度误差的影响;结合空间矢量法建立无刷电机三相绕组的力矩合成模型,使合成力矩在空间内任意位置幅值相同;最后加入PI控制器,并利用DSP+CPLD设计了驱动电路,以保证电机匀速转动,并可模拟编码器在实际应用中的各种转动方式。实验结果表明：设计的编码器动态检测转台驱动系统在高、低速转动时都能保持恒定的转矩输出,系统稳速精度高,稳态误差小于±1（°）/s。另外,转台驱动系统转动稳定,有效降低了速度波动对编码器误差检测的影响,满足光电编码器动态检测的要求。     

小型编码器动态精度检测的安装误差控制

研究了小型编码器动态检测过程中由编码器与基准编码器轴系中心线不完全重合产生的偏角导入的安装误差,以便提高编码器检测装置的准确性和可靠性。分析了安装误差对被检编码器检测精度的影响,推导出了存在安装偏角时引入的安装误差公式及其控制范围公式。为了使编码器的动态检测能准确地反映编码器的实际精度,给出了最大偏角值α_(max)及高度差D_(max)的允许范围。使用现有21位检测装置对15位被检编码器进行了检测实验,分别对安装良好、小偏角和大偏角情况下的测量结果和安装误差曲线进行了比较和分析。结果表明:检测15位编码器时,将安装偏角值控制在0.36°以下可满足动态精度检测要求。本文提出的误差公式及控制方法可以运用在不同类型、不同精度的编码器检测过程中,对提高小型光电编码器动态检测的精度和可靠性很有意义。     

光电轴角编码器细分信号误差及精度分析

高分辨力光电编码器通常利用码盘精码两路正交的正、余弦信号,通过细分达到高分辨力.为使细分技术更加完善,本文对细分误差进行了专题研究.分别对信号直流分量误差、幅值误差、相位误差、谐波分量误差、噪声误差和量化误差等进行了数理分析,通过对细分误差的特性分析,得出了误差规律及其计算公式,形成了比较完整的光电编码器细分误差及精度分析的数理结果.结果表明,一般情况下细分精度在1.5％左右.文章指出,利用码盘精码通过细分提高分辨力,应在码盘选择、轴系设计、信号提取、电路设计、工艺调试等各个环节充分考虑细分误差的影响.研究结果可用于在产品设计时,合理进行误差分析与分配,预估产品的精度,为减小设计误差提供参考.     

XGBoost机器学习在光电编码器误差补偿中的应用

光电编码器检测系统的误差主要受基准光电编码器测角误差、数据采集误差、检测系统同轴误差影响。其中，基准光电编码器的测角误差可进行补偿。因此设计了一种基于极度梯度提升树（extreme gradient boosting,XGBoost）机器学习的算法用来补偿基准光电编码器的误差。经该算法补偿后，静态精度提高了35倍，标准差由3.62″减小至0.13″，最大误差值由5.53″降低至0.39″。与传统的误差反传（back progagation,BP）神经网络算法以及径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络算法补偿效果相比，XGBoost的补偿效果更优。XGBoost机器学习算法有效降低了基准光电编码器的测量误差，提高了光电编码器检测系统的检测精度。     

车载光电跟踪系统跟踪转台的初始标定

提出了基于坐标变换的目标跟踪转台初始标定方法,用于提高车载光电跟踪系统的跟踪精度.首先,运用坐标变换理论,建立了转台精标定的数学模型,求解了转台标定的变换矩阵;然后,根据转台标定的实际需要,通过合理地分析和近似,推导了一种转台的粗标定方案;最后,将粗标定与精标定方法相结合对跟踪转台进行初始标定实验.实验结果表明,该标定方法提高了初始标定的效率,对大于等于10 km的远距离目标,精标定之后的转台跟踪误差小于0.1°,完全满足车载光电跟踪系统的精度要求.该标定方法已在一批车载光电跟踪系统中得到了成功应用.     

双角度编码器超精密转台测角误差校准

为了提高超精密角度计量转台的测量精度,对转台所用编码器分度误差与细分误差的校准展开研究。首先,介绍了转台的结构,设计了方便进行相互比对的双角度编码器测角系统并描述了其多读数头布置方式。然后,基于直接比较法与自校准法进行了双编码器分度误差的快速、高精度校准。最后,借助精密电容式位移传感器测量系统,利用比较法检测了两套编码器各读数头的单信号周期测量误差。校准结果显示:采用双读数头均布的第一套编码器的分度误差为±0.27″,细分误差在±0.1″以内;基于四读数头均布方式进行测量的第二套编码器分度误差为±0.17″,细分误差在±0.2″以内;两套编码器的测量精度皆为亚角秒级。双编码器相互比对的校准方式有助于对转台的测角误差进行全面、准确地评估。     

光电编码器检测装置的安装偏角对检测精度的影响

针对编码器在检测过程中因安装误差产生安装偏角的情况,分析了安装偏角、旋转角度和测量误差之间的关系。建立由安装偏差引起的非同心检测系统安装偏角的模型,通过实验分析3种不同程度的安装偏角$ 0^ \circ～{0.002^ \circ } $、$ 0.1^\circ～{0.102^\circ } $、$ 0.2^\circ～{0.202^\circ } $对被检编码器检测静态精度、动态精度的影响,得出了3种不同实验结果。实验结果表明,在检测编码器时,初次安装可控的安装误差在$ 0^\circ～0.102^\circ $范围内可以满足编码器检测技术指标,超过此安装误差的安全范围会导致编码器检测技术指标偏离检测标准。实验结论对提高编码器的检测精度与可靠性有参考价值。     

基于径向基网络的光电编码器误差补偿法

将神经网络与数字信号处理技术(DSP)应用至光电轴角编码器的设计中,提出了一种新的编码器误差修正技术。建立了径向基函数网络模型,以高精度检测仪器的检测值为学习目标,以生成最小映射误差为原则调节网络权因子、径向基函数中心和宽度,使建立的网络具有良好的学习能力和泛化能力。利用DSP的在线烧写技术保存网络建模参数,运用此方法无需拆改编码器系统即可实现误差的补偿与修正,并且可根据使用需要进行程序更新.仿真和实验表明,采用此种方法可有效地提高编码器的系统精度并且很好地解决了非线性误差对系统的影响.     

双轴转台精度检测与研究

双轴转台为加工中心和数控铣床提供了回转坐标,通过双轴数控转台的等分回转、不等分回转、连续的回转,实现了数控机床复杂曲面精密加工,扩大了数控机床的加工范围。针对双轴转台应用于五轴数控加工中心目前ISO认证中没有规定其几何精度和运行精度检验方法。通过变换矩阵建立双轴转台误差模型,分离出双轴转台运动误差,采用实验方法,改变双轴转台试验装置运动参数,对分离出的双轴转台进行精度检测。针对五轴数控加工中心用双轴转台几何精度和运行精度检验,提出了一种有效的双轴转台误差测量与分析方法。     

机载光电稳定平台检测技术的研究

给出了机载光电稳定平台的检测技术及方法,并提出了一种动态靶标的结构方案及原理,使其能够进行静态、动态的参数测试,尤其是可见光和红外成像系统同时工作时各种参数的测试。在此基础上为建立测量基准的传递方法、形成系统的光电侦察平台总体检测技术提供必要的准备和基础。着重阐述了机载光电稳定平台的静态、动态时的角度测量方法,首次提出了一种利用光线对接方法,实现可见与红外同时测量。还提出了一种数学计算方法,通过两个角度的测量和空间矢量法计算,得出动态靶标的空间坐标,以此作为机载光电稳定平台的指向坐标的真值,并给出了动态靶标的静态与动态精度的标定方法。     

多圈光电轴角编码器在直线位移测量中的应用

多圈光电轴角编码器是一种适用于大量程轴角位移精密测量的光电数字测角仪,其测量范围可超过整周(360°)的几百倍,甚至上千倍.利用多圈光电轴角编码器具有分辨力高、精度高、体积小、量程大以及数字量输出等优点,设计了由高精度齿轮同步带传动机构与16位多圈编码器组合而成的直线位移测量系统,并对系统的测长精度进行了检定.实验结果表明,修正后的系统测长误差低于0.065 mm,可满足中低精度的工业测量要求.     

基于相位拟合的绝对式光电精密测角方法

单码道绝对式轴角编码器具有分辨力高、结构简单、可靠性强等优点。为实现角度高精度快速识别和细分测量,提出一种基于相位拟合的绝对式编码器角度细分方法。该方法利用最长线性反馈移位寄存器序列(m序列)进行单码道绝对式编码,首先对CCD采样电平信号进行计数,判断码值组合后得到粗码译码数据;接着利用牛顿迭代法实现三角函数拟合从而获取相位信息,并提出基于相位信息的角度细分算法获得细分角度;最后结合粗码数据与细分角度得到角度信息。实验结果表明,提出的新型测角方法测角标准偏差达到4.57″,最小分度误差仅为0.23″,该方法大大提高了分辨力和精度,并且从原理上避免了码盘粗大误差对测角的影响。     

航天级光电编码器的信号处理系统设计

为了实现航天级光电编码器的小型化,减小航天设备的体积、重量并满足其冷备份要求,设计了具有双读数系统的航天级光电编码器信号处理系统。首先,介绍了双读数系统航天级光电编码器的精码和粗码信号处理方法以及信号处理系统的小型化和可靠性设计;然后,从光电编码器误差产生的原因及空间分布特征出发,对双读数系统航天级光电编码器进行了精度分析;最后,采用比较法,以23位高精度光电编码器作为角度基准,对该光电编码器进行了精度检测。实验结果表明:应用该信号处理系统的双读数系统光电编码器的分辨力为20″,精度σ≤30″。该系统已在工程项目中得到应用,实践表明系统的设计满足航天设备的技术要求。     

基于连续小波变换的瞬时频率提取在光电编码器速度测量中的应用

提出一种新的光电编码器速度测量方法,根据编码器角度测量误差信号中高频分量的渐进特性,通过对角度误差信号进行时频分析,提取编码器的旋转速度。利用功能强大的连续小波变换非平稳信号分析工具,提取角度误差分量的特征。基于连续小波变换,实现了一种称为迭代算法的小波脊提取方法,用于瞬时频率估计。实验结果表明,经过适当的时频分析处理后,角度误差的高频分量可以有效地用于光电编码器的速度测量。该方法能够有效减弱噪声和干扰对测量精度的影响。     

双读数系统的航天级绝对式光电编码器设计

为了有效地减小航天相机的体积,减轻其重量并满足冷备份要求,设计了双读数系统的航天级绝对式光电编码器.根据航天相机的要求,对绝对式光学码盘进行了小型化设计;根据码盘的特点,研制了双读数狭缝盘及读数系统;最后,对设计的双读数系统的航天级绝对式光电编码器进行了精度检测.实验结果表明:双读数系统的航天级绝对式光电编码器外形尺寸为50 mm×32 mm、重量为150 g、分辨力为20″、精度σ≤30″.本编码器具有读数系统冷备份功能,且体积小、重量轻、抗干扰能力强,可满足航天相机的要求.