CN110836677A - 一种模拟量编码器校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟量编码器校准方法，包括步骤：在电机运行过程中即正、余弦信号持续发出的过程中开启校正功能；对正、余弦信号循环执行采样，保证可采样到不少于一个完整的正余弦周期，并在每个采样周期判断正弦最大、最小采样值和余弦最大、最小采样值；采样结束，用获取的最大、最小值采样值来计算实际的正、余弦直流偏置值和幅值偏差系数；模拟量编码器进行位置计算解析。本发明方法通过对一个甚至多个周期正余弦信号的采样，获得采样的最大和最小值，进而计算出真实的直流偏置值和正余弦幅值偏差，校正方法简单、实用、可靠，在实际应用中保证了解析用正余弦信号的一致性和准确性，为进一步解析出更准确的角度和位置奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及模拟量编码器，特别涉及一种模拟量编码器校准方法。
背景技术
正余弦(模拟量)编码器主要指能够输出代表角度位置的正余弦信号的编码器,有光栅编码器、磁栅磁阻编码器,旋转变压器也可称为一种正余弦编码器。通过它们输出的正余弦信号,经过硬件处理和软件采样捕获解析后可以计算出相应的角度和位置信息。为了提高解析出的角度位置的精度和分辨率,目前国内外一般采用电子细分技术,把光栅或磁珊移动一个栅距的位移量转换成的电信号,用硬件或者软件方法进行细分，目前较常用的是软件细分方法。但是实际情况中,输出的正余弦信号含有各种偏差,如直流偏置、幅值偏差和相位偏差等,使得细分精度降低。偏差造成的影响主要体现在两个方面：对区间划分产生的影响和对直接求得的角度位置产生的影响，这两方面的影响都能导致系统运行不良甚至一定条件下无法正常运行。
发明内容
本发明目的是：提供一种模拟量编码器校准方法，针对存在的直流偏置和幅值偏差作相应的计算校正，提高解析精确度和系统稳定性
本发明的技术方案是：
一种模拟量编码器校准方法，包括步骤：
S1、在电机运行过程中即正、余弦信号持续发出的过程中开启校正功能；
S2、对正、余弦信号循环执行采样，保证可采样到不少于一个完整的正余弦周期，并在每个采样周期判断正弦最大、最小采样值和余弦最大、最小采样值；
S3、采样结束，用获取的最大、最小值采样值来计算实际的正、余弦直流偏置值和幅值偏差系数；
S4、模拟量编码器进行位置计算解析。
优选的，所述校准方法的过程放在电流环中断函数里调用，执行校正时每个电流环周期调用一次。
优选的，步骤S1中所述电机运行过程，由给定电流激励或手动转动电机。
优选的，步骤S1中开启校正功能时首先初始化正、余弦信号的最大值、最小值。
优选的，步骤S2中，将采样值与初始化的最大值、最小值作比较，判断是否更新最大和最小值。
优选的，步骤S3中，将计算出的正、余弦偏置和幅值偏差系数保存到EEPROM里，用于后续的计算和解析。
优选的，步骤S4中，模拟量编码器进行位置计算解析时校正功能函数不再执行；调试运行电机，对比校正前后的电机运行效果来进一步验证校正功能的正确性和有效性。
优选的，关闭校正功能后，读取正余弦直流偏置值和幅值偏差系数至上位机窗口，用于大致判断校正值是否正确。
本发明的优点是：
本发明的模拟量编码器校准方法，通过对一个甚至多个周期正余弦信号的采样，获得采样的最大和最小值，进而计算出真实的直流偏置值和正余弦幅值偏差，校正方法简单、实用、可靠，在实际应用中保证了解析用正余弦信号的一致性和准确性，为进一步解析出更准确的角度和位置奠定了基础。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为实施例中的模拟量编码器校准方法的流程图；
图2为实施例中直线电机速度1500mm/s下校正前速度跟随波形；
图3为实施例中直线电机速度1500mm/s下校正后速度跟随波形。
具体实施方式
传统正余弦编码器解析时，直流偏置量是根据硬件电路计算出来的一个理想值，而正余弦幅值偏差则是被忽略的，这种采用未校正信号进行解析的方法可能会导致解析时区间划分的偏差和最终解析出的角度位置的错误。本实施例提出了一种简单实用的针对正余弦信号直流偏置和幅值偏差的计算校正方法，通过对一个甚至多个周期正余弦信号的采样，获得采样的最大和最小值，进而计算出真实的直流偏置值和正余弦幅值偏差。
如图1所示，本方案的具体实施方法如下：
1)校正过程放在电流环中断函数里调用，执行校正时每个电流环周期(31.25us)调用一次；
2)给定电流激励或手动推动(转动)电机，在电机运行过程中即正余弦信号持续发出的过程中开启校正功能；
3)将采样值与初始化的最大值、最小值作比较，判断是否更新最大和最小值；
4)循环执行采样6000次(次数可修改设置)，保证可采样到不止一个完整的正余弦周期，并在每个采样周期进行判断更新最大最小采样值；
5)采样结束，用获取的采样最大最小值来计算实际的正余弦直流偏置值和幅值偏差系数；
6)将计算出的正余弦偏置和幅值偏差保存到EEPROM里，用于后续的计算和位置解析；
7)关闭校正功能，并读取正余弦直流偏置值和幅值偏差系数至上位机窗口，用于大致判断校正值是否正确；
8)模拟量编码器解析计算，此时校正功能函数不再执行。调试运行电机，可对比校正前后的电机运行效果来进一步验证校正功能的正确性和有效性。
表1列出了直线电机(带模拟量读数头)在不同给定速度下校正前后的速度波动对比，表2列出了DDR电机在不同给定速度下校正前后的速度波动对比。
表1直线电机不同给定速度下校正前后的速度波动对比
| 速度给定(mm/s) | 校正前速度波动最大值(mm/s) | 校准后速度波动最大值(mm/s) |
| 给定1500 | 18 | 3 |
| 给定2000 | 30 | 18 |
| 给定2500 | 12 | 11 |
表2 DDR电机不同给定速度下校正前后的速度波动对比
| 速度给定(rpm) | 校正前速度波动最大值(rpm) | 校正后速度波动最大值(rpm) |
| 给定120 | 1.2 | 1.2 |
| 给定180 | 1.3 | 1.3 |
| 给定240 | 4 | 1.3 |
| 给定300 | 4 | 1.2 |
图2和图3也列出了直线电机在1500mm/s速度下校正前后的实际速度跟随波形。通过上述实验结果说明，模拟量编码器正余弦信号校正后有利于减小电机运行时的速度波动，提高系统的稳定性，也进一步验证了此校正方案的准确性和有效性。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种模拟量编码器校准方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在电机运行过程中即正、余弦信号持续发出的过程中开启校正功能；
S2、对正、余弦信号循环执行采样，保证可采样到不少于一个完整的正余弦周期，并在每个采样周期判断正弦最大、最小采样值和余弦最大、最小采样值；
S3、采样结束，用获取的最大、最小值采样值来计算实际的正、余弦直流偏置值和幅值偏差系数；
S4、模拟量编码器进行位置计算解析。
2.根据权利要求1所述的模拟量编码器校准方法，其特征在于，所述校准方法的过程放在电流环中断函数里调用，执行校正时每个电流环周期调用一次。
3.根据权利要求2所述的模拟量编码器校准方法，其特征在于，步骤S1中所述电机运行过程，由给定电流激励或手动转动电机。
4.根据权利要求3所述的模拟量编码器校准方法，其特征在于，步骤S1中开启校正功能时首先初始化正、余弦信号的最大值、最小值。
5.根据权利要求4所述的模拟量编码器校准方法，其特征在于，步骤S2中，将采样值与初始化的最大值、最小值作比较，判断是否更新最大和最小值。
6.根据权利要求4所述的模拟量编码器校准方法，其特征在于，步骤S3中，将计算出的正、余弦偏置和幅值偏差系数保存到EEPROM里，用于后续的计算和解析。
7.根据权利要求6所述的模拟量编码器校准方法，其特征在于，步骤S4中，模拟量编码器进行位置计算解析时校正功能函数不再执行；调试运行电机，对比校正前后的电机运行效果来进一步验证校正功能的正确性和有效性。
8.根据权利要求7所述的模拟量编码器校准方法，其特征在于，关闭校正功能后，读取正余弦直流偏置值和幅值偏差系数至上位机窗口，用于大致判断校正值是否正确。
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