多读数头位移传感器模型优化及误差自修正的研究

摘要

为提高光栅、容栅、球栅、时栅、感应同步器等栅式位移传感器的精度，通常有两种方法：采用增加栅线密度和读数头数量，或者采用高精度母仪检测和修正误差。前者对传感器的加工和安装要求高，后者传感器精度长时间保持性较差。　　本文针对上述问题，提出了基于等差相位构建正交信号实现多读数头测量和误差特征参数辨识与误差自修正的新方法。该方法不改变加工和安装复杂度，定子和转子的槽数接近，感应信号强度高；以信号处理方式构建的多读数头均布在同一个定子上，读数头一致性好；本论文基于以上分析，主要开展了以下工作：　　(1)提出了以等差相位构建正交信号的方法，建立了正交信号数学模型，深入研究了传感器的物理模型，以变面积的方式研究了传感器的误差特性。　　(2)研究了传感器的仿真模型和以锁相跟踪算法计算不同类型传感器的位移误差特性，优化了传感器的多读数头模型；研究了传感器气隙大小对传感器误差的影响并优化传感器的结构参数。　　(3)研究了多读数头误差规律并区分多读数头两类不同性质的误差，提出了修正两类误差的方法：不同的用位移解算器修正,相同的用误差特征参数辨识算法模型修正。　　(4)研究了幅值误差、相移误差检测与修正的方法，建立了位移解算器算法模型，实现了对多读数头位移传感器影响不相同误差的修正。　　(5)研究了用多个读数头、多个位置自动辨识传感器误差特征参数的方法，建立了误差特征参数辨识算法模型，实现了对多读数头位移传感器影响相同误差的修正。　　(6)搭建多读数头位移传感器实验平台，以高精度光栅测量值为真值，对比传感器自修正前后的精度：多读数头位移传感器的精度明显优于传感器未修正之前的精度。　　综上所述：本论文通过建立了正交信号数学模型，构建了多读数头位移传感器的物理模型，研究了多读数头位移传感器的结构原理及位移解算算法；针对模型建立不同类型的传感器，优化传感器的模型结构；针对传感器误差进行了详细的分析，区分为两类不同性质的误差，采用不同的算法模型进行消除；最后通过实验验证误差修正方案的正确性，具有很好的实用性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本论文的研究内容

2 多读数头位移传感器模型研究

2.1 引言

2.2 常规传感器行波分析

2.3 构建空间正交数学模型

2.4 建立传感器物理模型

2.5 耦合面积变化的研究

2.6 位移解算方法的比较

2.7 本章小结

3 多读数头位移传感器的设计与模型优化

3.1 引言

3.2 多读数头位移传感器的设计要求

3.3 输出电势波形分析

3.4 模型优化的研究

3.5 本章小结

4 多读数头位移传感器的误差分析

4.1 引言

4.2 传感器误差分类

4.3 函数误差分析

4.4 高次误差分析

4.5 低次误差分析

4.6 误差规律研究

4.7本章小结

5 多读数头位移传感器的误差处理方法

5.1引言

5.2 位移解算器模型研究

5.3 误差辨识及在线自修正

5.4 误差协同修正

5.5 本章小结

6 实验研究

6.1引言

6.2 仿真实验

6.3多读数头位移传感系统实验平台

6.4误差处理模型验证

6.5总结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果