光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究-仪器仪表学报.PDF

第３８卷　第１期 仪 器 仪 表 学 报 Ｖｏｌ３８Ｎｏ１ ２０１７年１月 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｊａｎ．２０１７ 光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究 叶树亮，张　潜，朱维斌 （中国计量大学 工业与商贸计量技术研究所　杭州　３１００１８） 摘　要：针对光栅读数头输出信号存在正交误差的问题，提出基于坐标旋转数字式计算机算法（ＣＯＲＤＩＣ）的正交误差实时补偿 方法。针对ＣＯＲＤＩＣ算法在正余弦信号角度解算时存在误差较大区间以及在正余弦信号峰值区间角度解算灵敏度低的问题， 引入向量模式双迭代方法抑制ＣＯＲＤＩＣ算法因迭代收敛过快而带来的角度解算误差，并结合局部查表法消除信号峰值区间的 角度解算误差。正交误差补偿过程包括相位解算、相位补偿和信号重构３个环节。以解算出的角度值为对象进行整周期误差 角度的实时补偿，采用ＣＯＲＤＩＣ算法旋转模式根据补偿后的角度值重构余弦信号，实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。以 ＦＰＧＡ为平台实现该补偿方法并验证其相位差检测和补偿效果，实验表明信号在正交误差［１°，１０°］时，相位检测误差在 ±０．０４°以内；信号在不同频率不同相位差时，补偿后其相位最大误差在±１°以内，平均误差在±０．１°以内，均方差在０．５°以内， 证明该方法可有效实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。 关键词：光栅莫尔信号；正交误差；实时补偿；ＣＯＲＤＩＣ算法 中图分类号：ＴＨ７　　　文献标识码：Ａ　　国家标准学科分类代码：４６０．４０ ＳｔｕｄｙｏｎｑｕａｄｒａｔｕｒｅｅｒｒｏｒｒｅａｌｔｉｍｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｏｒｇｒａｔｉｎｇＭｏｉｒéｓｉｇｎａｌ ＹｅＳｈｕｌｉａｎｇ，ＺｈａｎｇＱｉａｎ，ＺｈｕＷｅｉｂｉｎ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＴｒａｄｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＣｈｉｎａＪｉｌｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｑｕａｄｒａｔｕｒｅｅｒｒｏｒｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｓｏｆｇｒａｔｉｎｇｒｅａｄｉｎｇｈｅａｄｓ，ａｑｕａｄｒａｔｕｒｅｅｒｒｏｒｒｅａｌｔｉｍｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＲｏｔａｔｉｏｎＤｉｇｉｔａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ ，（ＣＯＲＤＩＣ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔ ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｌａｒｇｅｅｒｒｏｒｉｎｔｅｒｖａｌｉｎｔｈｅｓｉｎｅｃｏｓｉｎｅｓｉｇｎａｌａｎｇｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｌｏｗａｎｇｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｎｔｈｅｓｉｎｅｃｏｓｉｎｅｓｉｇｎａｌｐｅａｋ ｉｎｔｅｒｖａｌｉｎｔｈｅＣＯＲＤＩＣａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ａｖｅｃｔｏｒｐａｔｔｅｒｎｂｉｉｔｅｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅａｎｇｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｅｒｒｏｒｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅ ＣＯＲＤＩＣａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｕｅｔｏｔｏｏｑｕｉｃｋｉｔｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｓｐｅｅｄ，ａｎｄｔｈｅｌｏｃａｌｔａｂｌｅｌｏｏｋｕｐｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｉｎｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅ ｔｈｅａｎｇｌｅｓｏｌｕｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｐｅａｋｉｎｔｅｒｖａｌ．Ｔｈｅｑｕａｄｒａｔｕｒｅｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｈｒｅｅｓｔｅｐｓ：ｐｈａｓｅｓｏｌｕｔｉｏｎ， ｐｈａｓｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｎｄｓｉｇｎａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｏｌｖｅｄａｎｇｌｅｖａｌｕｅａｓｔｈｅｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅａｎｇｌｅｅｒｒｏｒｓａｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｐｅｒ