电梯旋转编码器性能自动检测系统的设计

介绍旋转编码器性能自动检测系统的工作原理、硬件设计和软件设计。利用运动控制技术,以20位高精度增量式光电轴角编码器为基准元件,该系统可自动完成对14位以下的旋转编码器性能的检测。     

基于FPGA的增量式编码器误差自动检测系统

为提高增量式编码器检测精度和效率,实现增量式编码器的自动检测,设计一种基于FPGA的增量式光电编码器自动检测系统,该检测系统能够快速地检测出被检增量式光电编码器的均匀性和正交性误差。首先,利用无刷直流电机带动被检增量式编码器匀速转动;其次,利用FPGA构成高速数据采集系统,自动采集被检编码器的相关数据,并计算出均匀性与正交性误差;最后,通过LCD液晶显示屏显示检测结果。实验结果表明:该检测系统可以准确地检测出分辨力为40″的增量式编码器误差。     

多圈光电轴角编码器在直线位移测量中的应用

多圈光电轴角编码器是一种适用于大量程轴角位移精密测量的光电数字测角仪,其测量范围可超过整周(360°)的几百倍,甚至上千倍.利用多圈光电轴角编码器具有分辨力高、精度高、体积小、量程大以及数字量输出等优点,设计了由高精度齿轮同步带传动机构与16位多圈编码器组合而成的直线位移测量系统,并对系统的测长精度进行了检定.实验结果表明,修正后的系统测长误差低于0.065 mm,可满足中低精度的工业测量要求.     

两步法测量编码器测角误差

由多面体和自准直仪组成的编码器角度检测系统测量编码器误差,得到的编码器误差中不但包含编码器误差,而且包含多面体检定误差.根据两步法的使用条件,将两步法应用于光电轴角编码器测角误差数据的处理,分别得到多面体检定误差和编码器测角误差,误差分离的结果与采用其他方法得到的结果相近,但用两步法计算需要的测量数据大大减少.比较结果证明,与其他测量方法相比,此方法可以提高测量效率90%以上,缩短检测时间近80%.     

伪随机码在绝对式光电轴角编码器中的应用

介绍了中国光电轴角编码器制造业中新出现的一种绝对式编码器,伪随机码绝对式光电轴角编码器.阐述了伪随机码绝对式光电轴角编码器的编码方法、技术要点及特点.伪随机码绝对式编码器采用M序列伪随机码作为编码方法,采用双狭缝技术进行分时位置读取,并采用ROM元件进行译码输出.伪随机码可以在一条码道上存储多位信息,多位码盘只需要一条码道,极大限度缩小了码盘直径,为国内生产小型化的多位绝对式编码器开辟了新途径.     

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。     

绝对式多极磁电轴角编码器的设计

为了实现多对极磁电式轴角编码器的高分辨率绝对式检测并降低其成本,基于改进格雷码构建了一种新型多极磁电轴角编码器模型,提出一种基于校准查表的信号处理方式,以消除磁场非线性和装配误差对测量精度的影响。设计了两个由永磁体磁环构成的码道:粗码道,根据改进格雷码生成N和S极充磁顺序,采用圆周均匀分布的线性霍尔元件得到转子所处磁极区域的绝对偏移量;细分码道,N和S极等距间隔排列,定子上3个线性霍尔元件将磁信号转换为电信号,查表得到转子于所处信号周期内的相对偏移量。在离线状态下,用高分辨率的增量式光电轴角编码器进行校准,对其A/B相脉冲输出和磁电式轴角编码器的霍尔信号同时采样并上传到计算机进行高精度信号重构,得到标准角位移和霍尔信号映射关系,通过单片机的自编程技术将数据存储于主控芯片中固定地址以供查表;角位移检测状态下,根据霍尔信号查表得到绝对角位移。根据上述原理研制出12极磁电式轴角编码器样机,实现了分辨率为±0.72′,精度达±1.2′以下的单圈绝对位置检测。该编码器通过增加磁极数还可进一步提高测量精度。     

光电编码器信号相位自动补偿方法研究

提出了一种基于移相器的光电轴角编码器信号相位自动补偿方法。此方法利用数字电位器代替传统移相器中手动调节电阻器,并利用FPGA控制数字电位器改变阻值,实现相位自动补偿的目的。详细介绍了设计思想,硬件电路和算法实现。实验结果表明,该方法有效提高了光电编码器测量精度,实时补偿性好。     

高分辨力光电轴角编码器分辨力和精度的检测

采用微动螺杆、斜面、正弦杠杆等四级缩小原理、产生标准的微量角，测量高分辨力光电轴角编码器的分辨力和细分误差，并用直接比较法测定编码器的测角精度和进行数据处理。     

高精度光电轴角编码器轴系精度设计与测量

为实现高精度光电轴角编码器的精度 ,提出了光电轴角编码器的轴系精度指标 ,并对影响光电轴角编码器精度的主要因素—轴系晃动量的分离测量方法进行了讨论     

基于CPLD的本质安全栅参数多路测试系统

目前本质安全栅参数的测试多为人工或半自动测试,人为因素影响大,测试结果不能自动保存,设计了1套自动测试本质安全栅参数的系统.采用单片机和CPLD相结合的方案,控制继电器的通断来实现多路测试,并与计算机相连,将测试数据结果上传,实现数据的显示和存储.这样,降低了生产成本,节约了大量资源,提高检测质量和效率,避免了手工测试产生的误差,对企业实现生产自动化起到了重要作用.     

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。     

光电编码器动态检测转台的空间矢量力矩合成驱动系统

为了提高光电编码器动态检测技术的稳速精度,设计了基于永磁无刷直流电机的转台驱动系统。分析了动态检测转台工作时速度波动对编码器角度误差的影响;结合空间矢量法建立无刷电机三相绕组的力矩合成模型,使合成力矩在空间内任意位置幅值相同;最后加入PI控制器,并利用DSP+CPLD设计了驱动电路,以保证电机匀速转动,并可模拟编码器在实际应用中的各种转动方式。实验结果表明：设计的编码器动态检测转台驱动系统在高、低速转动时都能保持恒定的转矩输出,系统稳速精度高,稳态误差小于±1（°）/s。另外,转台驱动系统转动稳定,有效降低了速度波动对编码器误差检测的影响,满足光电编码器动态检测的要求。     

基于LabVIEW的自动锯床位置控制系统的设计

设计了一套位置控制系统,该位置控制系统由步进电机、光电编码器、数据采集卡及LabVIEW软件平台构成。通过在LabVIEW软件中编写控制程序,将计算机给定的位置信号与采集卡采集到的实际位置信号进行比较,然后通过PID运算,将位置偏差信号转换成控制步进电机转向和转速的信号,带动同步带和指针移动,实现位置控制。多次试验证明,系统运行稳定可靠,其位置控制稳态精度≤＆#177;2 mm。该系统特别对于非NI公司的数据采集系统具有借鉴作用。     

Absolute angle measurement using a phase-encoded binary graduated disk

A new absolute angle measurement method using a phase-encoded binary graduated disk (PE-BGD) is presented. An absolute position binary code (APBC) is encoded by shifting the positions of binary patterns, and can be sub-divided by detecting their positions with sub-pixel resolution of a multi-element detector. Using an n-bit linear shift feedback register, we expressed a recursive APBC dividing the full circle by 2ⁿ − 1 angular positions. An experimental setup was constructed with a microscopic imaging system, a rotation stage having a precision angle encoder, and two kinds of PE-BGDs which employed 10-bit and 13-bit APBC. The resolution of the APBC, which equals to signal period of the PE-BGD, used in each disk is 0.352° and 0.044°, respectively. We evaluated its performance by comparing the readouts of the proposed system and the angle encoder, throughout the full circle range and for one signal period. In the full circle range, the differences between two measurement systems were less than 1/50 of the resolution of the APBC. We also proved that the absolute angle could be measured with small nonlinearity error, which was less than 1/600 of the signal period.     

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。     

基于虚拟仪器的压力传感器自动补偿校正系统

针对压力传感器的误差和温度漂移问题，推导了传感器组件的输出电压与压力、温度的关系，并提出了一种基于虚拟仪器技术的压力传感器自动补偿校正系统。该系统能对压力传感器的零点误差、灵敏度误差和温度漂移进行自动的补偿校正。实际测试显示，补偿校正前传感器相对期望值的精度≤13．2％，经补偿校正后，传感器组件相对期望值的精度≤1％。这说明该系统可高效地对压力传感器进行补偿校正，且补偿校正效果好，适合对压力传感器进行批量补偿校正。     

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。