非均勻采樣PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的分析的詳細(xì)資料:
非均勻采樣PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的分析
隨著工業(yè)產(chǎn)品、軍用設(shè)備及航空航天等科技領(lǐng)域的飛速發(fā)展,適用于不同工作環(huán)境的PILZ光電編碼器已成為研究熱點(diǎn),對(duì)編碼器精度和分辨力提出了更高的要求。由于莫爾條紋信號(hào)細(xì)分誤差是影響PILZ光電編碼器精度的主要因素,因此開展對(duì)高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號(hào)的深入分析,進(jìn)而探究其細(xì)分誤差的來(lái)源,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并根據(jù)精度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行在線信號(hào)修正,從而對(duì)提高編碼器性能指標(biāo)及檢測(cè)精度,促進(jìn)PILZ光電編碼器在各個(gè)領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用具有積極意義。
非均勻采樣PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的分析
在參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,首先從PILZ光電編碼器莫爾條紋信號(hào)的采集原理出發(fā),根據(jù)編碼器的實(shí)際工作方式,建立了莫爾條紋信號(hào)方程。通過(guò)得到的方程分析莫爾條紋信號(hào)質(zhì)量對(duì)細(xì)分誤差的影響,利用傅里葉算法推導(dǎo)出信號(hào)各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算公式,從而求解出編碼器工作時(shí)的動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差值,并以此提出對(duì)實(shí)際莫爾條紋信號(hào)修正方法。為提高編碼器莫爾條紋光電信號(hào)測(cè)量精度,針對(duì)編碼器實(shí)際工作時(shí)非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),無(wú)需限定固定的采樣頻率,提出了基于非均勻采樣的莫爾條紋光電信號(hào)分析方法。根據(jù)PILZ光電編碼器輸出的變頻信號(hào),利用非均勻采樣點(diǎn)通過(guò)曲線擬合zui小二乘法對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的莫爾條紋信號(hào)進(jìn)行重構(gòu),并分析重構(gòu)誤差。該方法克服了均勻采樣分析方法中對(duì)采樣頻率嚴(yán)格要求的問(wèn)題,減小了計(jì)算量,獲得編碼器原始的真實(shí)光電信號(hào)。經(jīng)重構(gòu)后得到真實(shí)莫爾條紋信號(hào),利用均勻采樣的理想采樣時(shí)刻數(shù)據(jù)點(diǎn),提出基于離散傅里葉變換算法的莫爾條紋信號(hào)參數(shù)計(jì)算方法。根據(jù)實(shí)際信號(hào),建立數(shù)學(xué)模型,采用傅里葉變換方法推導(dǎo)出信號(hào)頻率、幅值及相位等參數(shù)的求解方程,通過(guò)莫爾條紋信號(hào)參數(shù)與編碼器細(xì)分誤差的關(guān)系,計(jì)算出編碼器工作時(shí)的動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差值,實(shí)現(xiàn)工作中精度的實(shí)時(shí)測(cè)量,從而提高了高精度PILZ光電編碼器的動(dòng)態(tài)檢測(cè)精度。針對(duì)編碼器輸出的實(shí)際莫爾條紋信號(hào),提出了采用遺傳算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行誤差修正的方法。為提高遺傳算法優(yōu)化度,縮短運(yùn)算時(shí)間,增強(qiáng)全局搜索能力,對(duì)算法中存在的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)。采用改進(jìn)后的遺傳算法將實(shí)際信號(hào)存在的誤差進(jìn)行校正處理,得到更接近理想的莫爾條紋信號(hào),提高了編碼器的測(cè)量精度和分辨力,為高精度PILZ光電編碼器信號(hào)的在線修正奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)以上理論算法支撐,建立了高精度PILZ光電編碼器細(xì)分誤差分析系統(tǒng)。采用17面光學(xué)多面體和精度為0.1"的CCD雙軸自準(zhǔn)直儀作為檢測(cè)裝置,搭建了預(yù)處理電路和核心處理電路,在下位機(jī)和微處理器上設(shè)計(jì)了圖形用戶界面及數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)程序,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高精度編碼器靜態(tài)細(xì)分誤差與動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差的測(cè)量計(jì)算與分析。運(yùn)用研究的方法對(duì)21位式PILZ光電編碼器信號(hào)進(jìn)行分析處理,文中所提出的算法對(duì)采樣頻率沒(méi)有固定的嚴(yán)格要求,參照編碼器不同轉(zhuǎn)速保證采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠真實(shí)反映原始信號(hào),設(shè)采樣頻率在100KHz左右,從而得出莫爾條紋信號(hào)重構(gòu)zui大相對(duì)誤差在(-0.2%,0.2%)范圍內(nèi),根據(jù)實(shí)際測(cè)量的編碼器動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差值,計(jì)算得到其標(biāo)準(zhǔn)偏差σ=±0.7",經(jīng)改進(jìn)后的遺傳算法對(duì)莫爾條紋信號(hào)修正后動(dòng)態(tài)細(xì)分誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ=±0.45"。
非均勻采樣PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的分析
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:研究的非均勻采樣分析方法可有效地提高PILZ光電編碼器細(xì)分誤差測(cè)量精度,通過(guò)改進(jìn)后的遺傳算法對(duì)信號(hào)的修正具有可行性和準(zhǔn)確性,所設(shè)計(jì)的PILZ光電編碼器分析系統(tǒng)可作為實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)精度檢測(cè)裝置,對(duì)研制設(shè)計(jì)高精度、高分辨力PILZ光電編碼器具有重要意義。
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