光電軸角編碼器的細(xì)分誤差快速測(cè)量系統(tǒng)

　　1.4 軟件控制流程

　　要分析編碼器在工作時(shí)的細(xì)分誤差,數(shù)據(jù)采集速率要在100 ksps以上。本系統(tǒng)采用2片A／D轉(zhuǎn)換芯片,分時(shí)采集編碼器的4路信號(hào),當(dāng)讀其中一片芯片的數(shù)據(jù)時(shí),啟動(dòng)另一芯片開始轉(zhuǎn)換。采用本方法4通道的最高采樣速率可達(dá)120 ksps以上,2通道的最高采樣速率可達(dá)240 ksps以上。

　　采集到的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過傅立葉變換,計(jì)算出編碼器的細(xì)分誤差。當(dāng)數(shù)據(jù)量太大時(shí),會(huì)給后續(xù)的數(shù)據(jù)處理帶來很多麻煩;數(shù)據(jù)量太少時(shí),又不能反映信號(hào)的真實(shí)情況。實(shí)驗(yàn)證明：編碼器每個(gè)精碼周期的最佳采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)在60～100點(diǎn)之間。在本系統(tǒng)中采樣點(diǎn)設(shè)定為85點(diǎn),根據(jù)編碼器加速度的變化,采樣點(diǎn)會(huì)在附近波動(dòng)。DSP在接收到采樣命令后,對(duì)編碼器信號(hào)進(jìn)行采樣,首先,判斷編碼器的轉(zhuǎn)速,設(shè)定采樣頻率,保證一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)在85點(diǎn)左右,連續(xù)采樣3個(gè)以上完整的周期,采樣完成后將數(shù)據(jù)一并傳給計(jì)算機(jī)處理。

　　2數(shù)據(jù)處理

　　編碼器輸出的是角度信息,其輸出信號(hào)是以角度為自變量的空間函數(shù)。如果數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率是固定的,并且,編碼器是勻速轉(zhuǎn)動(dòng),理論上可以得到等轉(zhuǎn)角的角度信息。在編碼器實(shí)驗(yàn)或工作時(shí),數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率可以控制成固定采樣頻率,但編碼器不可能是嚴(yán)格意義上的勻速運(yùn)動(dòng),可以認(rèn)為是加速度很小的等加速運(yùn)動(dòng),所以,采集到的精碼光電信號(hào)是非等轉(zhuǎn)角的。在編碼器工作時(shí),采集2路相位差為π／2的正弦精碼光電信號(hào)usin和ucos,首先,計(jì)算編碼器的加速度,再利用線性插值法進(jìn)行等轉(zhuǎn)角處理,得到一組新的數(shù)據(jù)u′sin和u′cos,由u′sin和u′cos組成的精碼光電信號(hào)就是一組等轉(zhuǎn)角的光電信號(hào)。

　　編碼器2路相位差為π／2的正弦精碼光電信號(hào)ua和ub,精碼光電信號(hào)通常含有直流電平、基波及高次諧波。高次諧波以二次和三次諧波為主要分量,故可其波形方程為

　　編碼器精碼光電信號(hào)具有周期函數(shù)的性質(zhì),任何一個(gè)周期函數(shù),都可以展開為如下的傅立葉級(jí)數(shù)

　　式(4)表明：一個(gè)周期函數(shù)可以由常數(shù)項(xiàng)a0與各次諧波之和組成。其中,An為f(x)的各次諧波的振幅;φn為相應(yīng)的各次諧波的初相角。這樣,對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行諧波分析,可以求出a0,An和φn。