CN112648939B - 一种光栅动态测量中时效误差补偿效果的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光栅动态测量中时效误差补偿效果的测试方法。本发明采用光学陀螺测角仪获取角位置发生转台的角度值，同时在同一触发时刻，还获取光栅编码器经过时效误差补偿后的角度值，将两者角度值做差值处理，并测量多组，求取多组差值的标准差，用于表征角位置发生转台旋转时的时效误差补偿效果。本发明搭建了光栅动态测量过程中时效误差补偿效果的测试系统，在运动工况下完成时效误差补偿效果的测试，以量化光栅动态测角的精度，所述方法标定时间短、数据处理简单且测试效率高。

Description

一种光栅动态测量中时效误差补偿效果的测试方法
技术领域
本发明涉及光栅动态测量领域，特别是涉及光栅动态运动过程的时效误差补偿效果的测试方法。
背景技术
在计量领域，光栅是实现角度测量的重要平台。在整个测角系统中，传感器响应时间、电缆长度、印刷电路板线路长度和数字电路信号处理、线性滤波器群延时等环节会引入固定时间延迟；同时模拟电路中放大器、非线性滤波器等器件会引入随输入信号频率变化的非固定相移，两种误差之和被称为时效误差。传统的静态角度测量输出不会随着时间的变化而改变，而动态角度测量输出值与时间需呈对应关系，时效误差会导致角度发生时刻与角度被获取时刻间存在时间差，导致动态测角过程中，无法实时获取光栅的角度值，从而影响动态测量的精度。
目前研究多集中于时效误差对动态测量的影响和误差补偿方法，发明专利《光栅动态测量在变速运动中的时效误差补偿方法》(专利号ZL201711002880.6)中提出了一种光栅动态测量在变速运动中的时效误差补偿方法，可以在光栅动态测角过程中完成时效误差补偿，然而目前并没有对时效误差补偿效果的评价测试方法，无法判断时效误差补偿后的动态测量精度水平。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对动态运动过程的时效误差补偿方案，提出一种该补偿方案在实际工况中的效果测试方法，包括以下步骤：
a.将光学陀螺测角仪稳固装卡在编码器测量系统的角位置发生转台上，正确安装动态测量装置以及相关电路。
b.调整触发器的触发时间间隔Δt，使其远大于数据传输时间。
c.角位置发生转台以角速度ω匀速转动，每经过时间间隔Δt，角度接收模块获取一组光栅编码器经过时效误差补偿后角度值θ3(ti)以及光学陀螺测角仪的角度值θ2(ti)。
d.以θ2(ti)为参考值，将角度接收模块接收的时效误差补偿结果θ3(ti)和光学陀螺测角仪角度测量值θ2(ti)进行差值处理，得到Δθ(ti)＝θ3(ti)-θ2(ti)。
e.触发器进行n次连续触发，得到Δθ(t1)、Δθ(t2)……Δθ(tn)。
f.计算n次差值的标准差
Figure GDA0003888086010000021
标准差σ的大小表征角速度ω转速时的时效误差补偿效果。
所述动态测量装置包括编码器测量系统中的光栅编码器及对其对应的第一信号处理电路，光学陀螺测角仪以及对应的第二信号处理电路；
以及相关电路包括触发器、时效误差补偿模块及角度接收模块；
所述光栅编码器经第一信号处理电路和时效误差补偿模块连接至角度接收模块；
所述光学陀螺测角仪经第二信号处理电路连接至角度接收模块；
所述触发器与光栅编码器、光学陀螺测角仪连接，用于保障角度接收模块在Δt时间内获取的光栅编码器与光学陀螺测角仪的角度值为同一时刻触发；所述的时间间隔Δt远大于数据传输时间。
本发明的有益效果是：本发明搭建了光栅动态测量过程中时效误差补偿效果的测试系统，在运动工况下完成时效误差补偿效果的测试，以量化光栅动态测角的精度，所述方法标定时间短、数据处理简单且测试效率高。
附图说明
图1是验证时效误差补偿效果测试方法的整体系统框图。
具体实施方式
如图1所示：本发明方法涉及光栅编码器、时效误差补偿模块、触发器、光学陀螺测角仪以及角度接收模块，具体步骤如下：
第一步：将光学陀螺测角仪安置在角位置发生转台上，将光栅系统中的光栅编码器与光学陀螺测角仪的输出光电信号连接在各自的信号处理电路，光栅编码器信号处理电路的输出端通过时效误差补偿模块与角度接收模块连接，光学陀螺测角仪信号处理电路输出端通过传输线缆连接角度接收模块。
第二步：调整触发时间间隔Δt，使其远大于数据传输时间，保障角度接收模块在时间间隔Δt内获取的光栅编码器与光学陀螺测角仪的角度值为同一时刻触发。
第三步：启动角位置发生转台以角速度ω匀速转动，每经过时间间隔Δt，触发器触发信号采集；当触发信号到来的ti时刻，光栅编码器输出测量角度值θ1(ti)，同时光学陀螺测角仪输出的测量角度值θ2(ti)；由于时效误差原因，光栅编码器的角度测量值θ1(ti)与角位置发生转台转动角度θ(ti)之间存在延时τ，即θ1(ti)＝θ(ti-τ)，并且由于光学陀螺测角仪动态测角延时趋近于0，认为θ2(ti)＝θ(ti)。
第四步：进行连续n次触发采集，角度接收模块获取光栅编码器经过时效误差补偿后角度值θ3(ti)(i＝1,2,...n)和光学陀螺测角仪的角度值θ2(ti)(i＝1,2,...n)。
第五步：以θ2(ti)为参考值，将θ3(ti)和θ2(ti)进行差值处理，得到Δθ(ti)＝θ3(ti)-θ2(ti)。
第六步：计算n个差值的标准差
Figure GDA0003888086010000031
标准差σ的大小表征在角速度ω时的时效误差补偿效果。
值得指出的是，在任何动态角度测量平台下的时效误差补偿方案效果验证都可以用使用本发明进行验证。只要是根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无须经过创造性劳动即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种光栅动态测量中时效误差补偿效果的测试方法，其特征在于；
a.将光学陀螺测角仪稳固装卡在编码器测量系统的角位置发生转台上，安装动态测量装置以及相关电路；
b.调整触发器的触发时间间隔Δt；
c.角位置发生转台以角速度ω匀速转动，每经过Δt时间间隔，角度接收模块获取一组光栅编码器经过时效误差补偿后角度值θ3(ti)以及光学陀螺测角仪的角度值θ2(ti)；
d.以θ2(ti)为参考值，将角度接收模块接收的时效误差补偿结果θ3(ti)和光学陀螺测角仪角度测量值θ2(ti)进行差值处理，得到Δθ(ti)＝θ3(ti)-θ2(ti)；
e.触发器进行n次连续触发，得到Δθ(t1)、Δθ(t2)……Δθ(tn)；
f.计算n次差值的标准差σ，所述标准差σ的大小用于表征以角速度ω转速时的时效误差补偿效果。
2.根据权利要求1所述的一种光栅动态测量中时效误差补偿效果的测试方法，其特征在于：所述动态测量装置包括编码器测量系统中的光栅编码器及对其对应的第一信号处理电路，光学陀螺测角仪以及对应的第二信号处理电路；
以及相关电路包括触发器、时效误差补偿模块及角度接收模块；
所述光栅编码器经第一信号处理电路和时效误差补偿模块连接至角度接收模块；
所述光学陀螺测角仪经第二信号处理电路连接至角度接收模块；
所述触发器与光栅编码器、光学陀螺测角仪连接，用于保障角度接收模块在Δt时间内获取的光栅编码器与光学陀螺测角仪的角度值为同一时刻触发；所述的时间间隔Δt远大于数据传输时间。
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