基于CPLD的编码器信号处理电路设计

基于CPLD芯片,对增量式编码器输出信号进行处理,实现了编码器信号的整形滤波、倍频和鉴相。为了提高编码器的测量精度,设计了一种4倍频脉冲输出电路,提高了编码器的分辨率,并设计了鉴相电路,实现正反向的角度或速度测量。文中给出了Quartus原理图输入电路、时序仿真结果,以及试验测试结果。文中的研究在角度位移等测量领域有着广泛应用价值。     

基于FPGA的增量式编码器接口电路的设计

运动控制系统多数采用增量式光电编码器作为位置与速度的反馈测量元件。针对该编码信号特点,利用FPGA内部丰富的逻辑模块和IO模块灵活的可编程性,设计增量式编码器的接口电路,使之具有倍频、鉴相、计数等功能,并分析仿真结果验证设计的可行性,提高编码器的分辨率,进而实现高精度的位置伺服控制。     

基于FPGA的光电编码器四倍频电路设计

分析光电编码器四倍频原理，提出了一种基于可编程逻辑器件FPGA对光电编码器输出信号倍频、鉴相、计数的具体方法，有利于提高被控对象的测量精度和控制精度。     

基于CPLD的编码器倍频鉴相计数电路设计

本文基于CPLD,设计了一种针对增量式光电编码器的倍频鉴相计数电路。在介绍了倍频、鉴相、计数原理的基础上。使用VHDL语言实现了对编码器脉冲的采集。     

自驱动关节臂坐标测量机关节角度实时测量系统

针对传统的光电编码器角度测量方法无法满足自驱动关节臂坐标测量机角度高精度实时测量的问题,设计了基于FPGA组合设计方法的光电编码器角度实时测量系统,由原理图输入设计的抗扰动模块、Verilog HDL语言设计的四倍频辨相计数模块、Qsys搭建的数据传输模块和Visual Studio设计的软件模块组成。通过与数字采样频率为1 MHz的16位USB-6229数据采集卡同步对比实验结果表明,在相同条件下,FPGA与数据采集卡同时测量光电编码器的数据完全吻合,因此设计的光电编码器角度实时测量系统可以直接运用于自驱动关节臂坐标测量机的关节角度测量。     

用于位置与速度反馈测量的编码器倍频鉴相电路的设计与分析

针对用于位置与速度反馈测量的光电编码器信号的特点，介绍几种实用的倍频鉴相电路与防微振计数电路，同时介绍干扰信号检测与剃除的方法，它对提高编码器分辨率与实现高精度、高稳定性的信号检测及位置伺服控制具有一定的现实意义。     

光电编码器测量模块的可编程逻辑器件实现

基于可编程逻辑器件设计了一种简单且高精度的增量式光电编码器测量接口模块,实现了辨向倍频、可逆计数、同步锁存等功能,可以与微处理器或微计算机进行高速并行通信。具体介绍和分析了有关的设计方案、硬件构成和软件设计。仿真和实际运行结果表明其工作稳定可靠,可以为光电编码器提供实用的测量模块接口,并且简化了电路设计,提高了工作效率和可靠性。     

基于ARM与CPLD的电动装置测试仪的研究及实现

介绍了基于ARM单片机和CPLD的电动装置转速和转矩测试仪的设计方法，给出了光电编码器输出脉冲信号的四倍频鉴向相电路的CPLD实现方法。     

基于FPGA的4自由度机械臂控制系统设计及实现

以FPGA为核心控制器,选用高效的空心杯电机、高精度的电机驱动器及高性能的增量式光电编码器设计了一个连杆结构的4自由度机械臂。在Quartus II软件平台中,设计了FPGA与上位机PC的串行通信接口及光电编码器信号采集电路,对编码器输出的信号进行了滤波、四倍频和鉴相设计。基于VC++设计了上位机PC人机交互控制界面,实现了对机械臂单关节和多关节联动的控制。实际应用表明,设计的4自由度机械臂能较稳定、灵活地完成用户指定的动作及目标物体的抓取和搬运,证明了设计的合理性。     

8031与编码器的接口及信号处理方法

主要介绍两个方面的内容：一是单片机与光电脉冲编码器的硬件接口，即滤波整形电路与鉴相电路。二是单片机对光电脉冲编码器信号的软件编程处理方法，即计数、运算、溢出处理。     

实时特征级数据融合系统在光电经纬仪的应用

为满足光电经纬仪跟踪实时性的要求,保证跟踪的精度与可靠性,设计并研制了符合多指令多数据流（MIMD）架构的计算系统,采用卡尔曼滤波方式,对多个脱靶量信息进行数据融合。简要介绍了经纬仪的工作原理,对含有多个成像系统的经纬仪数据融合问题进行了数学推导,该推导证明对数据融合求解需要大量的数值计算。为满足上述计算要求,保障实时性,开发出一套的具有双DSP+单FPGA的三个运算单元的专用并行计算系统。描述了三个运算单元的连接方式,分析了每个运算单元的实时运算的时间开销。对专用计算系统进行了硬件仿真,结果表明,在具有三个成像系统的光电经纬仪中,CCD采样频率为50Hz时,光电编码器采样频率为800hz时,该系统可以满足1.25ms的实时性要求。     

航天级光电编码器的信号处理系统设计

为了实现航天级光电编码器的小型化,减小航天设备的体积、重量并满足其冷备份要求,设计了具有双读数系统的航天级光电编码器信号处理系统。首先,介绍了双读数系统航天级光电编码器的精码和粗码信号处理方法以及信号处理系统的小型化和可靠性设计;然后,从光电编码器误差产生的原因及空间分布特征出发,对双读数系统航天级光电编码器进行了精度分析;最后,采用比较法,以23位高精度光电编码器作为角度基准,对该光电编码器进行了精度检测。实验结果表明:应用该信号处理系统的双读数系统光电编码器的分辨力为20″,精度σ≤30″。该系统已在工程项目中得到应用,实践表明系统的设计满足航天设备的技术要求。     

XGBoost机器学习在光电编码器误差补偿中的应用

光电编码器检测系统的误差主要受基准光电编码器测角误差、数据采集误差、检测系统同轴误差影响。其中，基准光电编码器的测角误差可进行补偿。因此设计了一种基于极度梯度提升树（extreme gradient boosting,XGBoost）机器学习的算法用来补偿基准光电编码器的误差。经该算法补偿后，静态精度提高了35倍，标准差由3.62″减小至0.13″，最大误差值由5.53″降低至0.39″。与传统的误差反传（back progagation,BP）神经网络算法以及径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络算法补偿效果相比，XGBoost的补偿效果更优。XGBoost机器学习算法有效降低了基准光电编码器的测量误差，提高了光电编码器检测系统的检测精度。     

采用衍射、干涉技术提高光电轴角编码器的测角精度和分辨率

光电轴角编码器广泛应用于精密角位置的测量、数控及数显系统中,是国内外研究的热点.采用衍射、干涉技术的光电轴角编码器(简称激光编码器)具有结构紧凑、小型化;分辨率和测角精度高;响应频率高等优点.通过对几种激光编码器的成功方案的深入分析,阐述了这项技术的最新进展和所面临的问题.     

双读数系统的天基绝对式光电编码器设计

为了有效地减小航天相机的体积、减轻其重量并满足冷备份要求,设计了双读数系统的天基绝对式光电编码器。首先,根据航天相机的要求,对绝对式光学码盘进行了小型化设计;然后,根据码盘的特点设计了双读数狭缝盘及读数系统;最后,对设计的双读数系统的天基绝对式光电编码器进行了精度检测。实验结果表明：双读数系统的天基绝对式光电编码器外形尺寸为f50 mm×32 mm、重量为150g、分辨力为20″、精度为σ≤30″。本编码器具有读数系统冷备份功能,且体积小、重量轻、抗干扰能力强、满足航天相机的要求。     

基于后验误差拟合的角位移测量误差补偿

在航天、军事、工业这些对器件的体积有着严格要求的领域,光电编码器不仅要求减小外径尺寸和重量,更要提高其测量精度。本文以光电编码器误差补偿方法为研究对象,基于后验误差拟合方法确定误差模型参数,从而实现对小型光电编码器的深度误差补偿。分析了影响光电编码器测角误差的主要因素,建立了长周期误差和短周期误差模型。然后,采用后验误差拟合算法实现了对误差模型参数的确定,提出误差补偿算法;最后,对某一小型光电编码器进行实验,验证了所提出误差补偿算法的性能。某型号光电编码器补偿前的精度为22.48″,补偿后的精度为5.82″。实验表明,采用后验误差补偿方法可以不考虑误差影响因素的大小,直接对编码器进行误差补偿,具有效率高、补偿准确等优点,极大地提高了批量生产时光电编码器产品的精度。     

小型光电编码器长周期误差的修正

针对小型光电编码器长周期误差成因及分布规律复杂的特点,提出了一种光电编码器长周期误差修正方法。建立了基于正交三角函数基的傅里叶神经网路误差修正模型,将光电编码器输入输出间的非线性优化问题转化为线性优化问题。误差修正模型以高精度基准编码器输出值作为学习目标;引进模拟退火策略的差分进化算法对网络进行训练,保证了在训练的初始阶段具有较强的全局寻优能力和在训练后期具有较快的收敛速度和较高的精度。运用设计的方法对16位小型光电编码器进行了长周期误差修正处理,实际测试显示：编码器的峰值误差由45"~-17.5"减小到10"~-8.75",长周期标准偏差由修正前20.3"减小到修正后4"以下。结果表明提出的长周期误差修正方法提高了光电编码器的精度。     

光电稳定平台控制系统中数字滤波技术研究

光电稳定平台控制系统中，测量信号中包含的随机噪声对系统的控制性能影响很大，数字滤波是滤除噪声的有效手段。由于采样频率、实时性的要求和控制系统硬件的限制，并非所有的数字滤波技术均能在稳定平台控制系统中应用。介绍了几种稳定平台中应用的数字滤波方法，并对实验结果和在实验使用中应注意的问题进行了分析。