一種角度編碼器的標(biāo)定方法及裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種角度編碼器的標(biāo)定方法及裝置，方法包括控制步進(jìn)電機(jī)分步旋轉(zhuǎn)不少于360度，通過(guò)高精度編碼器和待標(biāo)定的角度編碼器分步采集所述步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)指定角度后的角度數(shù)據(jù)得到多個(gè)角度數(shù)據(jù)組，初始化設(shè)置誤差因子并生成多個(gè)誤差因子組，將誤差因子組作為粒子通過(guò)粒子群算法根據(jù)前述角度數(shù)據(jù)組選擇最優(yōu)的誤差因子組作為標(biāo)定結(jié)果輸出；裝置包括主機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器和底座支架，底座支架上設(shè)有步進(jìn)電機(jī)和高精度編碼器，步進(jìn)電機(jī)上的輸出軸且分別與角度編碼器、高精度編碼器相連，高精度編碼器、角度編碼器分別與主機(jī)相連，步進(jìn)電機(jī)控制器與步進(jìn)電機(jī)相連。本發(fā)明專利技術(shù)具有標(biāo)定精度高、標(biāo)定成本低、標(biāo)定所需數(shù)據(jù)量少、標(biāo)定速度快的優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
—種角度編碼器的標(biāo)定方法及裝置
本專利技術(shù)涉及高精度角度測(cè)量技術(shù)，具體涉及一種角度編碼器的標(biāo)定方法及裝置。
技術(shù)介紹
汽車和工業(yè)領(lǐng)域上采用的角度傳感器主要有基于磁力線測(cè)量技術(shù)的霍爾和磁阻角度編碼器，以及光電開(kāi)關(guān)原理的絕對(duì)和相對(duì)角度編碼器。光電編碼器的測(cè)量精度可以做到很高，但是基于光電原理的絕對(duì)角度編碼器在輸出絕對(duì)角度時(shí)以編碼形式傳輸，處理較復(fù)雜，成本也較高。傳統(tǒng)的基于霍爾或磁阻的角度編碼器多通過(guò)使齒輪盤上的齒輪帶有磁性，通過(guò)采集齒輪旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的磁力線變化測(cè)量角度，難以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)角度測(cè)量，安裝需要較大空間且測(cè)量精度也不高。霍爾器件由于其非接觸式測(cè)量，低功耗高精度等方面的優(yōu)勢(shì)，在控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而傳統(tǒng)的線性霍爾傳感器采用平面霍爾技術(shù)，僅僅能夠感應(yīng)垂直于芯片表面的磁場(chǎng)強(qiáng)度。新型的基于hall盤的角度編碼器通過(guò)垂直對(duì)置的兩對(duì)或多對(duì)霍爾盤測(cè)量水平旋轉(zhuǎn)的單極性磁體，通過(guò)不同對(duì)霍爾盤上的正弦電壓來(lái)計(jì)算絕對(duì)角度。這種方法安裝簡(jiǎn)單，空間要求小，成本也低。但是，受到了測(cè)量精度的影響。通過(guò)應(yīng)用CMOS芯片表面沉積的集磁材料IMC(Integrated Magneto-Concentrator),調(diào)理通過(guò)霍爾盤上的磁路是提高傳感器的精度的有效途徑之一。但是，由于采用正交的電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，IMC材料也存在飽和問(wèn)題，三軸霍爾傳感器非常容易引入系統(tǒng)誤差。現(xiàn)有技術(shù)的角度編碼器的標(biāo)定方法是角度編碼器組裝完成后，通過(guò)與高精度編碼器的對(duì)比測(cè)量獲取其工作誤差，并根據(jù)誤差對(duì)角度編碼器的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行修正，從而達(dá)到提高角度編碼器檢測(cè)精度的目的。但是，現(xiàn)有技術(shù)的角度編碼器的標(biāo)定方法的誤差是簡(jiǎn)單測(cè)量得出來(lái)的，因此導(dǎo)致其工作誤差的獲取并不精確，直接影響到了角度編碼器的測(cè)量精度。因此，為了提高角度編碼器的檢測(cè)精度，如何針對(duì)角度編碼器的標(biāo)定完成高精確度的標(biāo)定，已經(jīng)稱為角度編碼器在應(yīng)用過(guò)程中一項(xiàng)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種標(biāo)定精度高、標(biāo)定成本低、標(biāo)定所需數(shù)據(jù)量少、標(biāo)定速度快的角度編碼器的標(biāo)定方法及裝置。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為:一種角度編碼器的標(biāo)定方法，其實(shí)施步驟如下:I)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)待標(biāo)定的角度編碼器以指定角度逐步旋轉(zhuǎn)完成不少于360度的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)與步進(jìn)電機(jī)輸出軸相連的高精度編碼器獲取待標(biāo)定的角度編碼器在每一個(gè)指定角度的位置輸出的多個(gè)角度數(shù)據(jù)，將多個(gè)角度數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的指定角度的位置關(guān)聯(lián)作為一個(gè)角度數(shù)據(jù)組，最終得到分別對(duì)應(yīng)每一個(gè)指定角度的位置的多個(gè)角度數(shù)據(jù)組；2)初始化設(shè)置六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值，所述六個(gè)誤差因子包括角度編碼器的X軸偏移、X軸失配、y軸偏移、y軸失配、相位偏移和磁場(chǎng)強(qiáng)度，其中，X軸偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)電壓幅值上的X軸偏差，y軸偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)電壓幅值上的y軸偏差，X軸失配用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程中的X軸偏差，y軸失配用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程中的I軸偏差，相位偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程以及信號(hào)處理中引入的相位偏移，磁場(chǎng)強(qiáng)度用于表征作用在角度編碼器的傳感器芯片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度；3)根據(jù)所述六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值生成多個(gè)誤差因子組，將每一個(gè)所述誤差因子組作為粒子群算法的粒子群中的一個(gè)粒子，通過(guò)粒子群算法根據(jù)每一個(gè)角度數(shù)據(jù)組對(duì)所有誤差因子組進(jìn)行迭代運(yùn)算選擇最優(yōu)的誤差因子組作為標(biāo)定結(jié)果輸出。進(jìn)一步地，所述步驟I)的具體步驟如下:1.1)定時(shí)采集待標(biāo)定的角度編碼器輸出的角度數(shù)據(jù)；同時(shí)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)以指定角度旋轉(zhuǎn)待標(biāo)定的角度編碼器，同時(shí)通過(guò)與步進(jìn)電機(jī)輸出軸相連的高精度編碼器采集步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)據(jù)，在每一個(gè)指定角度的位置采集得到待標(biāo)定的角度編碼器輸出的多個(gè)角度數(shù)據(jù)，將多個(gè)角度數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的指定角度的位置關(guān)聯(lián)作為一個(gè)角度數(shù)據(jù)組；1.2)根據(jù)高精度編碼器輸出的角度數(shù)據(jù)判斷步進(jìn)電機(jī)是否已完成旋轉(zhuǎn)，如果已完成，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.3)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.1)；1.3)判斷得到的每一個(gè)角度數(shù)據(jù)組是否穩(wěn)定，如果角度數(shù)據(jù)組中的多個(gè)角度數(shù)據(jù)存在抖動(dòng)，則將角度數(shù)據(jù)組中抖動(dòng)的角度數(shù)據(jù)視為廢數(shù)據(jù)進(jìn)行丟棄；最終跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.4)；1.4)判斷得到的角度數(shù)據(jù)組的數(shù)量是否已經(jīng)滿足要求，如果滿足要求則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.1)。進(jìn)一步地，所述步驟3)的詳細(xì)步驟如下:3.1)隨機(jī)取得粒子群的初始位置和速度；3.2)根據(jù)所述六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值生成多個(gè)誤差因子組，將每一個(gè)所述誤差因子組作為粒子群算法的粒子群中的一個(gè)粒子，誤差因子組中每一個(gè)誤差因子的值表示為粒子的位置，誤差因子組中每一個(gè)誤差因子的變化值表示為粒子的速度，根據(jù)式(I)采用新的速度更新位置；Vij (K+1) = WVij.⑷ +Cf1 (Pij ⑷-Xij ⑷)+c2r2 (Pgj ⑷-Xij ⑷)(I)式⑴中，Vij(IM)表示下一時(shí)刻粒子速度，Vij (K)表示當(dāng)前時(shí)刻粒子速度，Xij (K)表示當(dāng)前時(shí)刻粒子位置，K為迭代次數(shù)，W為惰性因子和C2為加速常數(shù)，A和r2為O或I的隨機(jī)數(shù)，Pij(K)表示全局最優(yōu)位置，即計(jì)算過(guò)的所有參數(shù)組中使得誤差之差為最小值的誤差因子組，Pd(K)為局部最優(yōu)位置即當(dāng)前粒子群中使得誤差之差為最小值的誤差因子組，i為粒子標(biāo)示，N為粒子群內(nèi)粒子個(gè)數(shù)，j為誤差因子組中分別對(duì)應(yīng)六個(gè)誤差因子的序號(hào)，j有I~6共六個(gè)取值，分別對(duì)應(yīng)著六個(gè)誤差因子；惰性因子W的表達(dá)式如式(2)表示；本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種角度編碼器的標(biāo)定方法，其特征在于實(shí)施步驟如下：1)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)待標(biāo)定的角度編碼器以指定角度逐步旋轉(zhuǎn)完成不少于360度的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)與步進(jìn)電機(jī)輸出軸相連的高精度編碼器獲取待標(biāo)定的角度編碼器在每一個(gè)指定角度的位置輸出的多個(gè)角度數(shù)據(jù)，將多個(gè)角度數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的指定角度的位置關(guān)聯(lián)作為一個(gè)角度數(shù)據(jù)組，最終得到分別對(duì)應(yīng)每一個(gè)指定角度的位置的多個(gè)角度數(shù)據(jù)組；2)初始化設(shè)置六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值，所述六個(gè)誤差因子包括角度編碼器的x軸偏移、x軸失配、y軸偏移、y軸失配、相位偏移和磁場(chǎng)強(qiáng)度，其中，x軸偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)電壓幅值上的x軸偏差，y軸偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)電壓幅值上的y軸偏差，x軸失配用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程中的x軸偏差，y軸失配用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程中的y軸偏差，相位偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程以及信號(hào)處理中引入的相位偏移，磁場(chǎng)強(qiáng)度用于表征作用在角度編碼器的傳感器芯片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度；3)根據(jù)所述六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值生成多個(gè)誤差因子組，將每一個(gè)所述誤差因子組作為粒子群算法的粒子群中的一個(gè)粒子，通過(guò)粒子群算法根據(jù)每一個(gè)角度數(shù)據(jù)組對(duì)所有誤差因子組進(jìn)行迭代運(yùn)算選擇最優(yōu)的誤差因子組作為標(biāo)定結(jié)果輸出。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種角度編碼器的標(biāo)定方法，其特征在于實(shí)施步驟如下: 1)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)待標(biāo)定的角度編碼器以指定角度逐步旋轉(zhuǎn)完成不少于360度的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)與步進(jìn)電機(jī)輸出軸相連的高精度編碼器獲取待標(biāo)定的角度編碼器在每一個(gè)指定角度的位置輸出的多個(gè)角度數(shù)據(jù)，將多個(gè)角度數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的指定角度的位置關(guān)聯(lián)作為一個(gè)角度數(shù)據(jù)組，最終得到分別對(duì)應(yīng)每一個(gè)指定角度的位置的多個(gè)角度數(shù)據(jù)組； 2)初始化設(shè)置六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值，所述六個(gè)誤差因子包括角度編碼器的X軸偏移、X軸失配、y軸偏移、y軸失配、相位偏移和磁場(chǎng)強(qiáng)度，其中，X軸偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)電壓幅值上的X軸偏差，y軸偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)電壓幅值上的I軸偏差，X軸失配用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程中的X軸偏差，y軸失配用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程中的y軸偏差，相位偏移用于表征角度編碼器輸出信號(hào)在放大過(guò)程以及信號(hào)處理中引入的相位偏移，磁場(chǎng)強(qiáng)度用于表征作用在角度編碼器的傳感器芯片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度； 3)根據(jù)所述六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值生成多個(gè)誤差因子組，將每一個(gè)所述誤差因子組作為粒子群算法的粒子群中的一個(gè)粒子，通過(guò)粒子群算法根據(jù)每一個(gè)角度數(shù)據(jù)組對(duì)所有誤差因子組進(jìn) 行迭代運(yùn)算選擇最優(yōu)的誤差因子組作為標(biāo)定結(jié)果輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度編碼器的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟I)的具體步驟如下: 1.1)定時(shí)采集待標(biāo)定的角度編碼器輸出的角度數(shù)據(jù)；同時(shí)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)以指定角度旋轉(zhuǎn)待標(biāo)定的角度編碼器，同時(shí)通過(guò)與步進(jìn)電機(jī)輸出軸相連的高精度編碼器采集步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度數(shù)據(jù)，在每一個(gè)指定角度的位置采集得到待標(biāo)定的角度編碼器輸出的多個(gè)角度數(shù)據(jù)，將多個(gè)角度數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的指定角度的位置關(guān)聯(lián)作為一個(gè)角度數(shù)據(jù)組； 1.2)根據(jù)高精度編碼器輸出的角度數(shù)據(jù)判斷步進(jìn)電機(jī)是否已完成旋轉(zhuǎn)，如果已完成，則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.3)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.1)； 1.3)判斷得到的每一個(gè)角度數(shù)據(jù)組是否穩(wěn)定，如果角度數(shù)據(jù)組中的多個(gè)角度數(shù)據(jù)存在抖動(dòng)，則將角度數(shù)據(jù)組中抖動(dòng)的角度數(shù)據(jù)視為廢數(shù)據(jù)進(jìn)行丟棄；最終跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.4)； 1.4)判斷得到的角度數(shù)據(jù)組的數(shù)量是否已經(jīng)滿足要求，如果滿足要求則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)，否則跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟1.1)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的角度編碼器的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟3)的詳細(xì)步驟如下: 3.1)隨機(jī)取得粒子群的初始位置和速度； 3.2)根據(jù)所述六個(gè)誤差因子的步長(zhǎng)、最大值、最小值生成多個(gè)誤差因子組，將每一個(gè)所述誤差因子組作為粒子群算法的粒子群中的一個(gè)粒子，誤差因子組中每一個(gè)誤差因子的值表示為粒子的位置，誤差因子組中每一個(gè)誤差因子的變化值表示為粒子的速度，根據(jù)式(I)采用新的速度更新位置； Vij (K+1) = WVij (K) +Cf1 (Pij (K) -Xij.(K)) +c2r2 (Pgj (K) -Xij.(K)) (I) 式⑴中，Vij (K+1)表示下一時(shí)刻粒子速度，Vij (K)表示當(dāng)前時(shí)刻粒子速度，Xij (K)表示當(dāng)前時(shí)刻粒子位置，K為迭代次數(shù)，W為惰性因子K1和C2為加速常數(shù)，A和r2為O或I的隨機(jī)數(shù)，Pu (K)表示全局最優(yōu)位置，即計(jì)算過(guò)的所有參數(shù)組中使得誤差之差為最小值的誤差因子組，Pgj(K)為局部最優(yōu)位置即當(dāng)前粒子群中使得誤差之差為最小值的誤差因子組，i為粒子標(biāo)示，N為粒子群內(nèi)粒子個(gè)數(shù)，j為誤差因子組中分別對(duì)應(yīng)六個(gè)誤差因子的序號(hào)，j有1~6共六個(gè)取值，分別對(duì)應(yīng)著六個(gè)誤差因子；惰性因子w的表達(dá)式如式(2)表示；4.一種角度編碼器的標(biāo)定裝置，其特征在于包括: 角度數(shù)據(jù)組采集單元，用于通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)待標(biāo)定的角度編碼器...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王耀南，孟步敏，申永鵬，劉東奇，皮釩，盧月紅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南;43