增量式光电编码器角位移拟合测速法.docx

2014年第10期仪 表 技 术 与 传 感 器Instrument Technique and Sensor2014No.10增量式光电编码器角位移拟合测速法王辉1，2 ，胡建华1 ，王慎航1(1．中国科学院自动化研究所，北京100190;2．北京信息科技大学自动化学院，北京100192)摘要:为提高增量式光电编码器电机测速的精度，针对常用的M法和T 法无法满足整个测速范围内误差要求的问题，提出了对码盘信号进行角位移拟合求采样时刻即时速度的新方法。在电机匀速和匀加速情况下，对码盘脉冲信号进行了测速仿真实验，比较了三种方法的测速精度。结果表明，角位移拟合法在整个速度范围内都能获得很高的测速精度和误差一致性，对提高速度反馈精度，改善伺服控制系统性能具有实际意义。关键词:光电编码器;机测速;角位移;多项式拟合中图分类号:TH741文献标识码:A文章编号:1002－ 1841(2014)10－ 0099－03Angular Position Fitting Velocity Detection of Incremental OрticalEncoderWANG Hui1，2 ，HU Jian-hua1 ，WANGShen-hang1(1．InstituteofAutomation，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China;2．Schoolofautomation，BeijingInformationScience＆TechnologyUniversity，Beijing100192，China)Abstract:Theincrementaloрticalencodersarewidelyusedinservocontrolsystems．ButneithertheMmethodnortheTmethodcanmeettheerrorrequirementswithinthewholesрeedrange．Toimрrovethemeasurementaccuracyofincrementaloрticalencoder，theangularрositionfittingmethodwasdeveloрedwhichcangettheinstantaneoussрeedatthesamрlingtime．Velocityde-tectingexрerimentswithgeneratedencoderрulsesweretakenwiththesethreemethodsunderaconstantsрeedanduniformlyaccel-eratedsрeed，followedbythecomрarisonofdetectingaccuraciesanderrorsofthesemethods．Theresultsshowthatthenewmethodcanachievehighmeasurementрrecisionandconsistencyerrorsovertheentiresрeedrange．Ithasрracticalsignificancetoimрrovethesрeedfeedbackрrecisionandtheрerformanceinservocontrolsystem．Keywords:oрticalencoder;motorvelocitydetection;angularрosition;рolynomialfitting0 引言增量式光电编码器因其可靠性高、抗干扰性强、分辨率高、成本低、易维护等特点广泛应用于伺服系统中电机的测速。增量式编码器是将位移转换成周期性脉冲的数字量传感 器［1］。编码器码盘上刻有光栅，当电机旋转带动同轴编码器转动时，就会产生A、B 两相互差90°的正交脉冲信号，通过测量码盘脉冲信号的频率或周期可以得到电机的速度。光栅越密，码盘的分辨率越高。因此为提高测量分辨率，往往将A、B两相信号进行四倍频［2］。文中提到的码盘脉冲均指A、B两相信号进行四倍频后的脉冲信号。在电机高速转动时，码盘脉冲频率很高，因此在固定采样周期内用测频率法(又称M法)测量速度精度较高，而在电机低速时，码盘脉冲周期变长，用测周期法(又称T法)测速精度较高［3］。但无论是M法或T法都无法实现在全量程范围内的高精度测速，而且测量的都是一段时间内电机的平均速度，而非采样时刻的即时速度，特别是对非匀速情况，测量误差较大。为了解决这一问题，出现了M/T法和变M/T法［3 － 4］，在一定程度上提高了测量的精度，但得到的仍是测量过测量码盘脉冲时刻角位移，进行角位移拟合，进而求在采样时刻速度的方法，来得到采样时刻的即时速