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非均勻采樣PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的分析 
隨著工業(yè)產(chǎn)品、軍用設(shè)備及航空航天等科技領(lǐng)域的飛速發(fā)展,適用于不同工作環(huán)境的PILZ光電編碼器已成為研究熱點(diǎn),對編碼器精度和分辨力提出了更高的要求。由于莫爾條紋信號細(xì)分誤差是影響PILZ光電編碼器精度的主要因素,因此開展對高精度PILZ光電編碼器莫爾條紋信號的深入分析,進(jìn)而探究其細(xì)分誤差的來源,實現(xiàn)動態(tài)精度的實時監(jiān)測,并根據(jù)精度檢測結(jié)果進(jìn)行在線信號修正,從而對提高編碼器性能指標(biāo)及檢測精度,促進(jìn)PILZ光電編碼器在各個領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用具有積極意義。

非均勻采樣PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的分析
在參考國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,首先從PILZ光電編碼器莫爾條紋信號的采集原理出發(fā),根據(jù)編碼器的實際工作方式,建立了莫爾條紋信號方程。通過得到的方程分析莫爾條紋信號質(zhì)量對細(xì)分誤差的影響,利用傅里葉算法推導(dǎo)出信號各項參數(shù)計算公式,從而求解出編碼器工作時的動態(tài)細(xì)分誤差值,并以此提出對實際莫爾條紋信號修正方法。為提高編碼器莫爾條紋光電信號測量精度,針對編碼器實際工作時非勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài),無需限定固定的采樣頻率,提出了基于非均勻采樣的莫爾條紋光電信號分析方法。根據(jù)PILZ光電編碼器輸出的變頻信號,利用非均勻采樣點(diǎn)通過曲線擬合zui小二乘法對不同轉(zhuǎn)速下的莫爾條紋信號進(jìn)行重構(gòu),并分析重構(gòu)誤差。該方法克服了均勻采樣分析方法中對采樣頻率嚴(yán)格要求的問題,減小了計算量,獲得編碼器原始的真實光電信號。經(jīng)重構(gòu)后得到真實莫爾條紋信號,利用均勻采樣的理想采樣時刻數(shù)據(jù)點(diǎn),提出基于離散傅里葉變換算法的莫爾條紋信號參數(shù)計算方法。根據(jù)實際信號,建立數(shù)學(xué)模型,采用傅里葉變換方法推導(dǎo)出信號頻率、幅值及相位等參數(shù)的求解方程,通過莫爾條紋信號參數(shù)與編碼器細(xì)分誤差的關(guān)系,計算出編碼器工作時的動態(tài)細(xì)分誤差值,實現(xiàn)工作中精度的實時測量,從而提高了高精度PILZ光電編碼器的動態(tài)檢測精度。針對編碼器輸出的實際莫爾條紋信號,提出了采用遺傳算法對信號進(jìn)行誤差修正的方法。為提高遺傳算法優(yōu)化度,縮短運(yùn)算時間,增強(qiáng)全局搜索能力,對算法中存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)。采用改進(jìn)后的遺傳算法將實際信號存在的誤差進(jìn)行校正處理,得到更接近理想的莫爾條紋信號,提高了編碼器的測量精度和分辨力,為高精度PILZ光電編碼器信號的在線修正奠定了基礎(chǔ)。通過以上理論算法支撐,建立了高精度PILZ光電編碼器細(xì)分誤差分析系統(tǒng)。采用17面光學(xué)多面體和精度為0.1"的CCD雙軸自準(zhǔn)直儀作為檢測裝置,搭建了預(yù)處理電路和核心處理電路,在下位機(jī)和微處理器上設(shè)計了圖形用戶界面及數(shù)據(jù)處理算法實現(xiàn)程序,實現(xiàn)了對高精度編碼器靜態(tài)細(xì)分誤差與動態(tài)細(xì)分誤差的測量計算與分析。運(yùn)用研究的方法對21位式PILZ光電編碼器信號進(jìn)行分析處理,文中所提出的算法對采樣頻率沒有固定的嚴(yán)格要求,參照編碼器不同轉(zhuǎn)速保證采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)能夠真實反映原始信號,設(shè)采樣頻率在100KHz左右,從而得出莫爾條紋信號重構(gòu)zui大相對誤差在(-0.2%,0.2%)范圍內(nèi),根據(jù)實際測量的編碼器動態(tài)細(xì)分誤差值,計算得到其標(biāo)準(zhǔn)偏差σ=±0.7",經(jīng)改進(jìn)后的遺傳算法對莫爾條紋信號修正后動態(tài)細(xì)分誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ=±0.45"。

非均勻采樣PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的分析
實驗結(jié)果表明:研究的非均勻采樣分析方法可有效地提高PILZ光電編碼器細(xì)分誤差測量精度,通過改進(jìn)后的遺傳算法對信號的修正具有可行性和準(zhǔn)確性,所設(shè)計的PILZ光電編碼器分析系統(tǒng)可作為實際工作現(xiàn)場精度檢測裝置,對研制設(shè)計高精度、高分辨力PILZ光電編碼器具有重要意義。