绝对式编码器误差分析与补偿系统的研究

摘要

光电编码器是一种应用很广泛的角位置测量仪器。近年来，伴随着测控技术的迅速发展，对光电轴角编码器的测角精度、分辨力和可靠性提出了更高的要求。光电编码器误差主要包括码盘制造误差、轴系晃动、码盘偏心、细分误差、量化误差、检测误差等，这些误差来自于编码器的码盘刻划、机械装调、电子学处理等过程中，并且都会对编码器的测量精度产生影响。因此，对编码器的精度分析和误差补偿技术的研究是编码器生产制造的关键问题，也是提高编码器精度的重要手段。
　　 目前，对光电编码器的精度检测主要采用静态检测，不能反映编码器在实际工作状态下的测角精度，而且误差补偿多只针对细分误差，不能比较全面的补偿编码器的误差。本文结合在实际应用中对绝对式编码器精度的要求，提出了针对光电编码器精度检测与误差补偿比较系统的方案，检测编码器测量精度和故障信息，并根据测量结果进行相应的补偿。精度检测装置以步进电机作为整个系统的驱动，以高分辨率编码器作为测量基准值，在精密主轴转动过程中实时测量被校准编码器在不同位置的角度值，并与同步采集的高精度基准编码器测量角度进行比较计算出测角精度，同时测量光栅信号的细分误差和进行故障分析。结合精度检测和误差分析的结果针对不同误差进行补偿。
　　 本课题主要围绕编码器精度检测和误差补偿方法等问题展开系统的分析研究。分析了编码器误差产生的原因及各种因素对精度的影响;提出采用频谱分析法计算细分信号的谐波参数和相位误差;采用小波分析和频谱分析检测编码器的故障信息，判断出码盘故障、电路故障或码盘窜动等故障发生的位置。设计了以DSP芯片为核心的数据采集系统和以PC机为核心的精度检测系统;提出了校正细分误差、装调误差和排除故障的解决方案;针对正切细分法提出了误差的检测与补偿方案，并进行了系统的仿真，验证了对正交精码信号相位的补偿算法是有效的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 国内外现状和面临的问题

1．3 本文研究的主要内容

第2章 绝对式光电编码器工作原理

2．1 光电编码器原理概述

2．2 编码器的组成结构

2．2．1 光机部分

2．2．2 码盘与狭缝

2．2．3 编码器的硬件设计

2．2．4 矩阵码盘的译码设计

2．3 莫尔条纹的形成和细分的方法

2．3．1 光栅莫尔条纹的形成

2．3．2 莫尔条纹信号细分的方法

第3章 编码器误差来源及精度分析

3．1 装调误差

3．1．1 偏心误差

3．1．2 轴系误差

3．2 码盘的制造误差

3．3 光栅信号细分误差分析

3．3．1 李沙育图形法

3．3．2 莫尔条纹信号的衡量指标

3．3．3 影响编码器精度的因素

第4章 编码器误差检测系统

4．1 检测方法

4．1．1 静态精度测量方法

4．1．2 动态精度快速检测方法

4．2 误差检测系统构成

4．3 精度分析方法

4．3．1 自适应算法

4．3．2 傅里叶频谱分析法

4．3．3 小波分析法

4．4 系统的硬件设计与实现

4．4．1 系统的功能分析

4．4．2 误差检测系统的硬件结构概述

4．4．3 数据采集模块硬件设计

4．5 软件设计

4．5．1 编码器精度检测

4．5．2 快速傅里叶变换求细分误差

4．5．3 编码器故障分析与溯源

第5章 编码器误差补偿与试验结果

5．1 装调误差修正

5．1．1 电感测微仪检测主轴精度

5．1．2 显微镜校准偏心误差

5．2 细分误差补偿

结论

参考文献

致谢

研究生履历