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专利号: 2019107203279
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法,其特征在于:该方法具体如下:

(1)对正、余弦信号模型中光电信号质量误差的直流电平误差U1、U2进行分离;

通过光电探测器接收的幅值电压来求解直流电平误差,推导过程如下:

式中u1'、u2'分别为包含光电信号质量误差的正、余弦信号,U1、U2表示直流电平误差,表示正交性误差,ξ表示等幅性误差,A3sin3θ+A5sin5θ为正弦信号的正弦性误差,B3sin3θ+B5sin5θ为余弦信号的正弦性误差;θ为光电编码器单个原始信号周期中所处的相位,0≤θ≤2π;A1为正弦信号的基波分量幅值,A3、A5、B3和B5均为谐波分量幅值;因为ys和yc均为正弦周期函数,正弦周期函数的峰值和谷值绝对值相等,所以正弦信号u1'的峰值u'1max和谷值u'1min以及余弦信号u2'的峰值u'2max和谷值u'2min分别求解如下:u'1max=U1+ysmax,u'1min=U1-ysmax

u'2max=U2+ycmax,u'2min=U2-ycmax

式中,ysmax为ys的峰值,ycmax为yc的峰值;

u'1max与u'1min相加,u'2max和u'2min相加,得:

从而得到:

根据光电探测器接收的正弦信号的峰值电压和谷值电压,以及余弦信号的峰值电压和谷值电压,由式(1)得到光电信号的直流电平误差U1、U2;

(2)通过光电探测器接收的幅值电压对正、余弦信号模型中光电信号质量误差的正交性误差进行分离;

以正弦信号为基准,首先在正弦信号上取出采样零点a,并在采样零点a之后取得正弦信号的下一个采样零点c,然后在采样零点a和c之间取余弦信号上的采样零点b;然后,通过周期测量法得到采样零点a与b的相位差θ1,以及采样零点b与c的相位差θ2,具体如下:已知光电探测器的采样频率为fs,则采样时间间隔为:

通过零位信号判断光电编码器存在的零位,从而得到光电编码器周期采样点数为m,则光电编码器周期采样时间T为:T=mTs

又因为光电编码器的原始信号周期数p为已知,则单个原始信号周期时间为:

当光电信号上的两个采样点之间包含n个采样点时,则该两个采样点之间的相位差为:公式(2)中的n用采样零点a与b之间包含的采样点个数代入,求得的θk为相位差θ1,公式(2)中的n用采样零点b与c之间包含的采样点个数代入,求得的θk为相位差θ2;当光电信号不存在正交性误差时,相位差θ1和θ2均为90°,当光电信号存在正交性误差 时,则相位差θ1和θ2关系变为:从而得到

公式(3)和公式(4)中,求得的 值为正时,代表含正交性误差的余弦信号较理想的余弦信号向左偏,否则含正交性误差的余弦信号较理想的余弦信号向右偏;公式(3)和公式(4)取平均值得光电信号的正交性误差计算公式:步骤(1)和(2)中,采样零点的选择如下:若相邻两个采样点的光电信号幅值电压为一正一负,则选择两个采样点中光电信号幅值电压绝对值较小的那个采样点为光电信号零点;

(3)对正、余弦信号模型中光电信号质量误差的等幅性误差和正弦性误差进行分离:通过傅里叶求得正弦信号和余弦信号的频谱图,从两张频谱图直接得出正弦信号的基波分量幅值A1和余弦信号的基波分量幅值A1+ξ,从而计算出等幅性误差ξ,实现光电信号质量误差的等幅性误差分离;然后,从两张频谱图中得到正弦信号的正弦性误差的谐波分量幅值A3和A5,以及余弦信号的正弦性误差的谐波分量幅值B3和B5,从而得到正弦信号的正弦性误差A3sin3θ+A5sin5θ和余弦信号的正弦性误差B3sin3θ+B5sin5θ,实现光电信号质量误差的正弦性误差分离。

2.根据权利要求1所述的一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法,其特征在于:进行多次如下操作:分别找到光电探测器接收的正弦信号和余弦信号中的某一个采样零点u0,然后在正弦信号中该采样零点之后首个周期内取得峰值电压um1和谷值电压un1,在余弦信号中采样零点之后首个周期内取得峰值电压um2和谷值电压un2;每次操作时选取的正弦信号和余弦信号中的采样零点u0位置均不同;接着,对多个峰值电压um1取均值得到u'1max,对多个谷值电压un1取均值得到从而得到u'1min,对多个峰值电压um2取均值得到u'2max,对多个谷值电压un2取均值得到u'2min;最后,由式(1)得到光电信号的直流电平误差U1、U2。

3.根据权利要求1所述的一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法,其特征在于:在多个光电信号周期内重复操作取得多组不同周期、幅值电压为0V的采样零点a、b、c,进而取到多组相位差θ1和θ2,然后计算得到多组正交性误差,并通过求多组正交性误差的平均值作为最终的正交性误差。

4.根据权利要求1所述的一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法,其特征在于:步骤(2)中的正弦信号和余弦信号为经过如下处理后得到的基波分量信号:通过傅里叶变换求得光电探测器接收的正弦信号和余弦信号的频谱图,然后对频谱图通过带通滤波处理,滤掉直流电平误差分量和高次谐波误差分量以得到基波分量。