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.     

双读数系统的天基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天基绝对式光电编码器。首先,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;然后,根据码盘的特点设计了双读数狭缝盘及读数系统;最后,对设计的双读数系统的天基绝对式光电编码器进行了精度检测。实验结果表明：双读数系统的天基绝对式光电编码器外形尺寸为f50 mm×32 mm、重量为150g、分辨力为20″、精度为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、满足航天相机的要求。     

多矩阵光电编码器编码方法研究及细分处理

针对当今对编码器小型化、高分辨力、高精度化的要求提出了一种新型多矩阵编码器,研究并设计了多矩阵光电编码器的新型码道图案、光电读数头布置方式和A/D细分电路,在不增加编码器体积与半径的情况下,增加分辨力,提高读数精度,减少读数误差。并且根据实际工作要求分别研究并设计了大小两型多矩阵编码器,分辨力分别为20位与12位,体积分别为φ420×16mm与φ25×16mm,经A/D细分,精度可达10000细分,对于编码器的在国防、航空、航天等高精尖领域具有重要实际意义。     

用于星载激光通信终端的绝对式光电角度编码器

针对星上激光通信终端二维转台的精确控制,设计了实时测量转台旋转角度的专用型光电角度编码器。根据星载激光通信终端所需测角系统的设计指标,分别对光电角度编码器的码盘、指示光栅及光电信号的提取方法进行了设计和选择。其中,格林二进制绝对式编码结合高质量的电子学细分,实现了编码器24位的绝对角度测量;四象限矩阵编码方式有效地减小了码盘的径向尺寸;分体读数头式指示光栅较整周玻璃盘大幅度压缩了体积和重量。在室温条件下对安装在星载激光通信终端上的光电角度编码器进行了测角精度检测。结果表明:该测角系统的角度测量精度约为0.7″(优于1.0″)。激光通信终端设备的在轨稳定运行及捕获、跟踪和通信功能的正常发挥,进一步验证了所设计的光电角度编码器测角精度高、抗辐射能力强、工作可靠性高,满足星载激光通信终端设备的应用要求。     

八矩阵超小型绝对式光电编码器

为了实现高精度、高可靠性、绝对式光电编码器的小型化,研究了编码器的编码方式和读数头的结构。介绍了编码器码盘所采用的八象限矩阵编码(即八矩阵码)原理,对比传统四象限矩阵码,八矩阵编码的优点在于它仅需两圈就可以实现10位自然二进制编码:码盘第一圈四路信号实现格雷编码的高三位,第二圈八路信号实现格雷编码的低七位;再经格雷编码与自然二进制的译码关系,得到10位自然二进制码。运用错位移相的方法设计了狭缝的精码窗口,获得了圆光栅莫尔条纹;同时,采用单头读数,减少了发光元器件(光源)的数量。最后,介绍了信号提取方法。实验结果表明,设计的八矩阵编码器实现了超小体积为Φ25mm×16mm,重量28g,分辨率经过电子细分达到了16位,精度(1σ)优于30″。极高的可靠性可保证该编码器在极其苛刻条件下长期正常工作,适于在航空航天和军事领域应用。     

高分辨力面阵图像式光电编码器的测角技术

为实现面阵图像式光电编码器的小型化及高分辨力,研究了面阵图像式光电编码器的码盘编码和基于图像处理技术的精码细分算法.首先根据光电编码器的性能指标要求设计相应的码盘尺寸;然后通过图像传感器采集随轴系转动的码盘图样;微处理器接收图像数据,通过图形识别算法得到粗码角度,并采用改进的基准线质心算法,计算亚像素级的精码角度信息.最后由粗码和精码组成光电编码器测角数据.实验结果表明,设计码盘直径为φ45 mm的面阵图像式光电编码器,在不配备光学镜头的前提下,采用研究的精码细分技术,可实现4 096份细分,测角分辨力达到5″,角度误差峰峰值为61″.该面阵图像式光电编码器和精码细分技术可以提高编码器的分辨力,缩小编码器体积,减轻重量.适用于航空航天领域对小型化光电编码器的需求.     

小型光电编码器细分误差校正方法

为提高小型光电编码器精度,设计了精码莫尔条纹信号细分误差校正方法.首先建立存在直流分量、幅值误差、波形畸变的精码光电信号的波形方程,然后利用牛顿迭代法将两路精码细分信号校正至标准的正弦和余弦信号,最后建立两路信号间的正交性误差模型,通过最小二乘法求解出正交性误差校正参数.运用本文的细分误差校正法对某16位小型绝对式光电编码器进行误差校正处理,经测试,细分误差峰峰值由校正前的160″减小到校正后的48″.实验结果表明:研究的误差校正方法可以有效地减小细分误差、提高编码器精度,对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义.     

基于CPLD的光电编码器测量系统

为了提高光电编码器的反馈精度和消除正交波形中的抖动,提出了一种基于复杂可编程逻辑器件且具有倍频鉴相和滤波功能的光电编码器测量系统。介绍了光电编码器测量原理,将系统划分为滤波鉴相、倍频、计数3个模块,并对这3个模块进行了电路设计和仿真。仿真结果表明,该设计方法能够满足高精度伺服电机正交编码的信号处理要求。     

一种正余弦编码器高精度信号处理系统的设计与仿真

随着数控系统等闭环控制精度要求的不断提高,对电动机位置转速等实时反馈信息的精度要求也越来越高。文中研究了增量式旋转编码器的高精度信号处理及接口电路设计,通过设计硬件电路对编码器信号进行差分放大和整形滤波等处理,然后对信号进行粗码计数,并通过基于CORDIC算法的电子学细分方法获得精插补位置信息。最后,将粗码和精码信息整合,得到高精度的电动机位置和速度信息。实验显示,该方法处理结果可以达到29位分辨率,精度可以达到几秒。     

21位矩阵编码器高速数据处理系统

介绍了一种21位矩阵编码器高速数据处理系统。该系统以数字信号处理器DSP为主控芯片,对系统进行整体控制,并完成对信号的采集及细分校正等高速运算处理;选用高性能A/D转换器对光电信号进行A/D采样和传输;采用复杂可编程逻辑控制器CPLD代替传统微处理器外围大量的集成电路,并在CPLD内完成矩阵码的译码;最后选择基于DSP和专用接口芯片的USB通讯,实现DSP与上位机间数据的高速实时传输。本系统可实现光电编码器的高速信号处理,大大提高系统的响应速度。     

基于STM32F103的旋转角度测量装置设计

设计一种基于增量式编码器和STM32F103系列芯片的角度测量仪。该装置与被测物件按一定传动比固定安装,系统自动测出传动比并存储,以免断电数据丢失。被测物件每转动一周,光电传感器触发一个零位信号,编码器输出A、B两相方波信号,STM32F103芯片接收到编码器的脉冲信号后根据算法求出对应的角度值,经串口在上位机界面实时显示并分析实验数据,得到不同传动比下的角度测量精度。     

基于51单片机的光电编码器接口装置设计

光电编码器以其分辨率高、测量精度高、形式多样等优点,被广泛运用于现代工业、航天航空领域。在工程中对光电编码器信号的采集一般使用专用PCI卡,这无形中增加了工程的成本,本文介绍了一种基于AT89S52单片机的绝对式光电编码器的接口装置及软件设计,该装置使用LCM12684作为显示模块,实现了对绝对式光电编码器的数据采集、处理及输出。     

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。     

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。     

基于数据挖掘的煤矿传送设备故障点定位系统

为明确当前煤矿传送设备健康状态,确保矿井采集现场安全作业,设计一个基于数据挖掘的煤矿传送设备故障点定位系统。系统硬件中设计了 CAN 总线编码器与通信总站 2 个部分,使用 HD7279 作为键盘与电磁锁的操控芯片,以控制继电器作为煤矿传送设备的通信总站锁控机构,利用光电耦合隔离、交叉布线等增强系统硬件抗干扰性;系统软件使用 Visual Basic 和 C 语言编写,包含故障诊断、中断、显示和通信 4 个板块,采用数据挖掘技术中多种群遗传算法编码故障电流,创建系统开关函数与适应度函数,将训练后的故障数据输入到系统中,输出煤矿传送设备故障点定位结果。实验结果表明,所建系统具备极强的处理能力,且故障点的定位速度较快、正确率较高。     

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。     

基于TPU实现的光电编码器信号处理

介绍了以TPU为基础组成的光电编码器信号处理电路,详细分析了这个电路的最高计数频率、精确度和抗干扰性,明确提出了该电路的优点及应用范围。