技術(shù)資料
推薦
熱門(mén)
基于誤差補(bǔ)償原理的高精度磁編碼器算法的研究
來(lái)源： 作者： 發(fā)布日期：2022-05-14 訪問(wèn)次數(shù)：1944
摘要：近些年來(lái),工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度迅猛發(fā)展。編碼器作為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)必不可少的信息測(cè)量元件,其需求量逐年攀升。編碼器被廣泛應(yīng)用在機(jī)床、伺服電機(jī)、云臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人以及電梯等諸多涉及到工控應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。常見(jiàn)的光電編碼器雖然具有相對(duì)較高的精度,但是由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易集成,而且容易受到灰塵、油污、水汽、機(jī)械振動(dòng)等外界不良環(huán)境的干擾,實(shí)際的精度性能并不理想。而且其造價(jià)成本偏高,帶來(lái)了一定的成本負(fù)擔(dān)。磁編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易集成,即使在惡劣的環(huán)境條件下依然可以保證穩(wěn)定的工作輸出,在工業(yè)控制領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。本課題提出一種基于誤差補(bǔ)償算法的高精度磁編碼器模塊設(shè)計(jì)方案,不僅可以有效克服惡劣的外界環(huán)境,而且可以提供比普通磁編碼器更高的位置反饋精度和更高的穩(wěn)定性。本文通過(guò)對(duì)影響磁編碼器位置反饋精度的因素進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析和理論推導(dǎo),分別設(shè)計(jì)出針對(duì)性的信號(hào)處理以及誤差補(bǔ)償算法來(lái)提高其精度。對(duì)于相位誤差以及幅度不一致問(wèn)題,采用相位誤差補(bǔ)償以及幅度歸一化算法來(lái)解決;對(duì)于過(guò)程噪聲所引起的精度損失,采用中值濾波和均值濾波協(xié)同處理的方式來(lái)解決;對(duì)于伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)角度誤差,設(shè)計(jì)針對(duì)性的動(dòng)態(tài)角度誤差補(bǔ)償算法來(lái)減小其動(dòng)態(tài)誤差。本文所設(shè)計(jì)的高精度磁編碼器主要包括信號(hào)采集單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和微控制器單元（Microcontroller Unit,MCU）處理。信號(hào)采集單元由四個(gè)互相垂直排列線性霍爾傳感器組成。為了抑制溫度漂移以及磁場(chǎng)的波動(dòng)引起的感應(yīng)誤差,將四只線性霍爾輸出信號(hào)兩兩差分,輸出兩相模擬信號(hào)。兩相磁編碼器模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換,進(jìn)一步輸出對(duì)應(yīng)數(shù)字采樣信號(hào)。兩相數(shù)字采樣信號(hào)被送入MCU中,依次經(jīng)過(guò)濾波處理、幅值歸一化處理、相位不正交補(bǔ)償處理以及動(dòng)態(tài)角度誤差補(bǔ)償處理。最終借助坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算方法（Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC）對(duì)前端信號(hào)進(jìn)行角度解碼計(jì)算。磁編碼器最終的對(duì)外輸出角度為角度解算法所計(jì)算的結(jié)果與角度誤差補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果之和。本文在一塊搭載了STM32微處理器芯片的工控開(kāi)發(fā)板上完成算法的有效性驗(yàn)證。結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的磁編碼器算法最終可以使得磁編碼器達(dá)到10～11 bit分辨率,實(shí)時(shí)精度誤差可降低到±0.2°的范圍內(nèi)。
關(guān)鍵詞：
-
專(zhuān)輯：
信息科技
-
專(zhuān)題：
無(wú)線電電子學(xué)
-
DOI：
10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.006299
-
分類(lèi)號(hào)：
TN762
導(dǎo)師：
王明江;
學(xué)科專(zhuān)業(yè)：
集成電路工程（專(zhuān)業(yè)學(xué)位）
碩士電子期刊出版信息：
年期：2021年第02期網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2021-01-16——2021-02-15