一种跟踪控制平台光电编码器细分信号误差补偿方法

摘要

本发明提供了一种跟踪控制平台光电编码器细分信号误差补偿方法，本发明适用于一种跟踪控制平台，平台由主处理器模块、存储模块、显示模块、电源模块、执行模块、被控模块、光电编码器测量模块、通信接口模块和人机交互模块组成。本发明通过跟踪控制平台被控对象位置量来对编码器测量模块的细分信号误差进行补偿。本发明实用性和外场适应能力强，无需价格昂贵的误差检测设备和带给平台较大延时的复杂算法。同时，本发明仅需获取轴系位置信息，无需了解跟踪控制平台和编码器测角模块及平台下层软硬件结构，可移植可操作能力强，省时省力，为解决光电跟踪控制平台常见的编码器细分信号误差问题提供了一个很好的解决思路。

主权项

一种跟踪控制平台光电编码器细分信号误差补偿方法，其特征在于：该跟踪控制平台包括主处理器模块(1)、存储模块(2)、显示模块(3)、电源模块(4)、执行模块(5)、被控模块(6)、光电编码器测量模块(7)、通信接口模块(8)和人机交互模块(9)；该跟踪控制平台以主处理器模块(1)为处理核心，被控模块(6)为跟踪控制平台控制对象，光电编码器测量模块(7)主要给执行模块(5)提供控制和驱动测量被控模块(6)的位移量并测量被控模块(6)的位置量，存储模块(2)与主处理器模块(1)连接用于存储实时处理数据和固化程序等，连接在主处理器模块(1)上的显示模块(3)主要用来显示被控模块动态和行为，通信模块(8)用于模块间的信息交互，人机交互模块(9)主要便于操作员操作跟踪控制系统，电源模块(4)则是为整个硬件平台提供电源供应；该跟踪控制平台光电编码器细分信号误差补偿方法按以下步骤实现：步骤(1)、控制平台光电编码器输出由莫尔条纹技术获得的两路正交信号，波形为准正弦波，正弦波和余弦波表示如下：其中，细分信号A和B由四部分组成，A₀和B₀表示信号直流分量，为直流误差源；A_m和B_m表示基波信号幅值，为信号幅值误差源；表示高次谐波之和，为谐波分量误差来源；δ_e表示电噪声，为噪声来源；另外，光电编码器细分角度的模拟量与数字量间的转换为量化误差源，A和B两路信号的相位差为相位误差来源；有高精度需求的编码器应用平台，要达到高细分倍数，需采用反正切细分方法；细分方法及细分误差如下式所示：${\theta }_r={\theta }_d+\mathrm{\Delta \theta }=\arctan \frac{A}{B}$其中，θ_r表示真实理论细分角度，θ_d为测量所得细分角度，△θ即为细分信号误差；判断细分误差对控制平台精度影响程度，若微弱到忽略不计，则算法结束；否则通过对细分信号误差的上述数理分析判断误差源类型；步骤(2)、计算控制平台细分误差补偿方法初始参数：a)编码器系统分辨率：b)编码器光栅角分辨率：c)细分信号细分分辨率：AllBit,CoarseBit,FineBit分别表示光电编码器位数，粗码位数和精码位数，其中，粗码表示光电编码器码盘物理刻画的单圈光栅数，精码表示单细分信号周期电子细分数；步骤(3)、求将实测轴系位置的粗码表示则用粗码表示的位置量θ_{P_Coarse}为：θ_{P_Coarse}＝CoarseCode*Q_C。由精码表示用于细分的位置量为θ_{P_Fine}＝θ_P‑θ_{P_Coarse}；步骤(4)、求真实细分角度值步骤(5)、判断细分角相位零点是否发生偏移，若发生偏移，求由现细分角零点为起点测到的细分角度量θ_dR为：θ_dR＝θ_d‑InitialAngle，θ_d表示实际测到的细分角，其表达式根据不同的细分误差类型由θ_r及A和B的表达式求得，InitialAngle表示细分角零点位置的偏移量，若细分角相位零点无偏移则θ_dR＝θ_d；步骤(6)、求对应θ_dR的精码则实测位置总码为CodeAll＝CoarseCode·2^FineBit+FineCode；步骤(7)、由式CodeAll＝CoarseCode·2^FineBit+FineCode和ACoarseCode＝CoarseCode，推出步骤(6)获得总码中的粗码ACoarseCode与CoarseCode区别是来源方面不同，前者由输入该模块的总码值中分离而来，后者由轴系实测位置量获得，两者理论上等值；此步骤作用是可进一步纯化粗码值，使之更精确；步骤(8)、求未修正精码NCFineCode＝CodeAll‑ACoarseCode；步骤(9)、求未修正的细分精码表示的细分角度FinePhaseOrigin与θ_dR来源不同，前者来自未修正精码，后者来源于轴系位置测量值，由于取整的原因，前者值一般会小于后者；步骤(10)、若存在零点漂移，细分角测量值θ_d＝FinePhaseOrigin+InitialAngle，否则θ_d＝FinePhaseOrigin；步骤(11)、根据不同的细分误差类型，计算细分信号误差量△θ，即修正量；步骤(12)、求修正后的细分角度θ_dc＝θ_d+△θ；步骤(13)、求修正后的精码则修正后的总码由下式求出：CodeAllCorrected＝ACoarseCode+FineCodeCorrected步骤(14)、计算出修正后的轴系位置值θ_PC：θ_PC＝CodeAllCorrected·Q；步骤(15)、将修正后的位置量θ_PC通过反馈带入到跟踪控制平台中。