CN107449460A - 一种旋转编码器的补偿方法和补偿*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转编码器的补偿方法，包括以下步骤：首先，用编码器采集电机运转的实际数据；然后，将实际数据与所述电机的理想数据做减法，得到差值曲线；之后，根据所述差值曲线拟合出补偿公式；并将所述补偿公式写入编码器；在之后的检测过程中，通过所述补偿公式对所述编码器的采集结果进行修正。该编码器的补偿方法，利用非线性拟合算法，直接输出拟合公式，最大限度覆盖编码器产生的非线性误差，降低了位置误差，减小了速度波动，提升了伺服***的精度。本发明还公开了一种编码器的补偿***，使用了上述编码器的补偿方法。
Description
技术领域
本发明涉及编码器技术，具体地，涉及一种旋转编码器的补偿方法和补偿***。
背景技术
旋转编码器（rotary encoder）也称为轴编码器，是将旋转位置或旋转量转换成模拟或数字信号的机电设备。一般装设在旋转物体中垂直旋转轴的一面。旋转编码器用在许多需要精确旋转位置及速度的场合，如工业控制、机器人技术、专用镜头、电脑输入设备等。
伺服控制***是一种能对试验装置的机械运动按预定要求进行自动控制的操作***。目前伺服一般采用成品编码器，编码器的精度和抗干扰能力直接决定了伺服控制***的控制精度和电磁兼容性能。
现有编码器体积大，编码器由于安装位置不能保证绝对准确，不可避免的会存在非线性误差。编码器在伺服***中占据着非常重要的位置，它是控制最内环的一项重要输入数据。输入数据不好就不能得到好的输出控制。具体表现为电流环电流波形杂乱，速度环匀速运行波动较大。因此会大大降低伺服的性能。
光电编码器以其精度高、实用性强、稳定等特点被广泛应用；由于光电编码器是利用光栅感应产生信号，因此稳定的信号往往取决于清晰，持续的光束。伺服***在粉尘和恶劣环境下颗粒会渗透到光学路径下容易引起失效。同样伺服***在波动潮湿的温度下会引发旋转码盘上的冷凝也增加了失效的可能性。光电编码器对于撞击和振动同样是很脆弱，这会直接导致旋转光码盘或传感器的损坏。
编码器准确可靠是伺服控制***至关重要的一个环节，如何提高编码器的精度，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种旋转编码器的补偿方法，该补偿方法很好的补偿了旋转编码器的非线性误差，提高了运行效率，提高了检测的实时性和准确性。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种旋转编码器的补偿方法，包括以下步骤：
步骤S1，用旋转编码器采集电机运转的实际数据；
步骤S2，将实际数据与所述电机的理想数据做减法，得到差值曲线；
步骤S3，根据所述差值曲线拟合出补偿公式；
步骤S4，将所述补偿公式写入所述旋转编码器；
步骤S5，在检测过程中，通过所述补偿公式对所述旋转编码器的采集结果进行修正。
可选的，步骤S3中，通过傅里叶级数曲线拟合算法根据所述差值曲线拟合出补偿公式。
可选的，步骤S4中，所述旋转编码器包括编码器本体和控制中心，所述补偿公式写入所述控制中心。
可选的，步骤S5中，所述旋转编码器将所述采集结果传递给所述控制中心，所述控制中心通过所述补偿公式对所述采集结果进行修正。
本发明还提供了一种旋转编码器的补偿***，包括编码器本体、控制中心、标准电机；所述编码器本体采集所述标准电机的实际数据并传递给所述控制中心，所述控制中心将实际数据与所述标准电机的理想数据做减法，得到差值曲线，然后将所述差值曲线拟合出补偿公式。
可选的，所述控制中心通过傅里叶级数曲线拟合算法根据所述差值曲线拟合出补偿公式。
可选的，所述控制中心通过所述补偿公式对所述编码器本体的采集结果进行修正。
本发明提供的旋转编码器的补偿方法，包括以下步骤：首先，用旋转编码器采集电机运转的实际数据；然后，将实际数据与所述电机的理想数据做减法，得到差值曲线；之后，根据所述差值曲线拟合出补偿公式；并将所述补偿公式写入旋转编码器；在之后的检测过程中，通过所述补偿公式对所述旋转编码器的采集结果进行修正。
本发明提供的旋转编码器的补偿方法，利用非线性拟合算法，直接输出拟合公式，最大限度覆盖编码器产生的非线性误差，降低了位置误差，减小了速度波动，提升了伺服***的精度。同时，利用非线性拟合算法，无需分段直接自动拟合出整条非线性曲线，这样无需存储大量校准数据，运算快捷，CPU占用率极低。该补偿方法利用了非线性拟合算法，存储数据量小，CPU占用率低，响应频率高，在检测高转速电机时，依然能够保证其实时性和准确性。
本发明还提供了一种旋转编码器的补偿***，使用了上述旋转编码器的补偿方法。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明所提供的旋转编码器的补偿方法的流程图；
图2为本发明所提供的旋转编码器的补偿***的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
请参考图1，图1为本发明所提供的旋转编码器的补偿方法的流程图。
在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种旋转编码器的补偿方法，包括以下步骤：
步骤S1，用旋转编码器采集电机运转的实际数据；
步骤S2，将实际数据与所述电机的理想数据做减法，得到差值曲线；
步骤S3，根据所述差值曲线拟合出补偿公式；
步骤S4，将所述补偿公式写入旋转编码器；
步骤S5，在检测过程中，通过所述补偿公式对所述旋转编码器的采集结果进行修正。
现有技术中，旋转编码器对于安装精度所产生的误差有两种补偿算法，第一种是取点补偿算法，取点过多，校准数据量大，会影响编码器效率；取点过少，两点间的误差会变大，影响编码器精度。第二种是分段性补偿算法，这种算法跟取点补偿算法类似，分段的多，会导致校准数据量庞大，运算复杂；分段少，会导致旋转编码器的精度不高。
目前一般的旋转编码器较准时，由于存储的校准数据量大，运算时间长，影响了CPU运算效率，其最高响应频率较低，导致不能检测高转速的电机。
本发明提供的旋转编码器的补偿方法，利用非线性拟合算法，直接输出拟合公式，最大限度覆盖编码器产生的非线性误差，降低了位置误差，减小了速度波动，提升了伺服***的精度。同时，利用非线性拟合算法，无需分段直接自动拟合出整条非线性曲线，这样无需存储大量校准数据，运算快捷，CPU占用率极低。该补偿方法利用了非线性拟合算法，存储数据量小，CPU占用率低，响应频率高，在检测高转速电机时，依然能够保证其实时性和准确性。
具体的实施方式中，步骤S3中，通过傅里叶级数曲线拟合算法根据所述差值曲线拟合出补偿公式。
该补偿方法中，通过傅里叶级数曲线拟合的方式拟合差值曲线，能够得到每个位置差值的偏差系数，进而得到整个补偿公式，将该补偿公式用于编码器采集结果的补偿，能够获得准确率较高的输出结果。
一种优选的实施方式中，步骤S4中，所述旋转编码器包括编码器本体和控制中心，所述补偿公式写入所述控制中心。
控制中心可以与旋转编码器结合，可以设置在旋转编码器内部，也可以设置在具有旋转编码器的伺服***中。无论旋转编码器是否是独立的产品，获得该补偿公式后，均将该补偿公式设置在控制中心内。
当旋转编码器为独立的产品时，可以在旋转编码器的内部集成一个CPU做补偿的控制中心，将公式补偿参数写入这个CPU。当旋转编码器作为伺服组件时，可以会将补偿公式和参数写入伺服组件的主驱动控制CPU。
进一步具体的实施方式中，步骤S5中，所述旋转编码器将所述采集结果传递给所述控制中心，所述控制中心通过所述补偿公式对所述采集结果进行修正。
控制中心获得该补偿公式后，对旋转编码器采集的数据进行修正。
本发明的优势与现有技术的对比：
1、小型化，利于集成；
目前一般的光栅编码器由于其光栅元件和码盘导致其所占体积较大，不利于集成化，小型化。
本发明提供的旋转磁编码器的补偿方法仅一个芯片集成到电路板上即可实现，体积更小。
2、校准数据采集连续、方便、快捷；
目前一般的编码器对于校准数据采集是单点、间隔采集，耗时长。
本发明提供的旋转编码器的补偿方法，利用旋转编码器采集的校准数据配合控制中心的补偿公式，直接采集匀速旋转的电机数据，快速获取电机旋转一周期旋转角度数值，简单、方便、快捷。
3、高级算法，精度高；
目前一般的编码器对于安装精度所产生的误差有两种补偿算法，第一种是取点补偿算法，取点过多，校准数据量大，会影响编码器效率；取点过少，两点间的误差会变大，影响编码器精度。第二种是分段性补偿算法，这种算法跟取点补偿算法类似，分段的多，会导致校准数据量庞大，运算复杂；分段少，会导致编码器的精度不高。
本发明提供的旋转编码器补偿方法利用非线性拟合算法，直接输出拟合公式，最大限度覆盖编码器产生的非线性误差，降低了位置误差，减小了速度波动，提升了伺服***的精度。
4、所占资源少，效率高；
目前一般的编码器为了提高精度，在使用分段性补偿算法时，尽可能多的细分，在使用取点补偿算法时，尽可能多的取点，这两种算法都会导致存储校准数据量庞大，CPU占用率高。
本发明提供的旋转编码器补偿方法所采用的非线性拟合算法，仅存储一个公式，存储数据量极少，后期运算不用查表，直接计算，运算效率高，CPU占用率低。
5、高转速实时性和准确性更好；
目前一般的编码器较准时，由于存储的校准数据量大，运算时间长，影响了CPU运算效率，其最高响应频率较低，导致不能检测高转速的电机。
本发明提供的旋转编码器的补偿算法，存储数据量小，CPU占用率低，响应频率高，在检测高转速电机时，依然能够保证其实时性和准确性。
请参考图2，图2为本发明所提供的旋转编码器的补偿***的工作流程图。
本发明还提供了一种旋转编码器的补偿***，包括编码器本体、控制中心、标准电机；所述编码器本体采集所述标准电机的实际数据并传递给所述控制中心，所述控制中心将实际数据与所述标准电机的理想数据做减法，得到差值曲线，然后将所述差值曲线拟合出补偿公式。
本发明提供的旋转编码器的补偿***，应用了上述补偿算法，利用非线性拟合算法，直接输出拟合公式，最大限度覆盖编码器产生的非线性误差，降低了位置误差，减小了速度波动，提升了伺服***的精度。同时，利用非线性拟合算法，无需分段直接自动拟合出整条非线性曲线，这样无需存储大量校准数据，运算快捷，CPU占用率极低。该补偿方法利用了非线性拟合算法，存储数据量小，CPU占用率低，响应频率高，在检测高转速电机时，依然能够保证其实时性和准确性。
在一种具体的实施方式中，所述控制中心通过傅里叶级数曲线拟合算法根据所述差值曲线拟合出补偿公式。
控制中心可以与旋转编码器结合，可以设置在旋转编码器内部，也可以设置在具有旋转编码器的伺服***中。无论旋转编码器是否是独立的产品，通过控制中心获得该补偿公式，并将该补偿公式保存在控制中心内。
当旋转编码器为独立的产品时，可以在旋转编码器的内部集成一个CPU做补偿的控制中心，将公式补偿参数写入这个CPU。当旋转编码器作为伺服组件时，可以会将补偿公式和参数写入伺服组件的主驱动控制CPU。
进一步具体的实施方式中，控制中心通过所述补偿公式对所述旋转编码器本体的采集结果进行修正，获得比较准确的输出数据。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种旋转编码器的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，用旋转编码器采集电机运转的实际数据；
S2，将实际数据与所述电机的理想数据做减法，得到差值曲线；
S3，根据所述差值曲线拟合出补偿公式；
S4，将所述补偿公式写入所述旋转编码器；
S5，在检测过程中，通过所述补偿公式对所述旋转编码器的采集结果进行修正。
2.如权利要求1所述的旋转编码器的补偿方法，其特征在于，步骤S3中，通过傅里叶级数曲线拟合算法根据所述差值曲线拟合出补偿公式。
3.如权利要求1所述的旋转编码器的补偿方法，其特征在于，步骤S4中，所述旋转编码器包括编码器本体和控制中心，所述补偿公式写入所述控制中心。
4.如权利要求3所述的旋转编码器的补偿方法，其特征在于，步骤S5中，所述旋转编码器将所述采集结果传递给所述控制中心，所述控制中心通过所述补偿公式对所述采集结果进行修正。
5.一种旋转编码器的补偿***，其特征在于，包括编码器本体、控制中心、标准电机；所述编码器本体采集所述标准电机的实际数据并传递给所述控制中心，所述控制中心将实际数据与所述标准电机的理想数据做减法，得到差值曲线，然后将所述差值曲线拟合出补偿公式。
6.如权利要求5所述的编码器的补偿***，其特征在于，所述控制中心通过傅里叶级数曲线拟合算法根据所述差值曲线拟合出补偿公式。
7.如权利要求6所述的编码器的补偿***，其特征在于，所述控制中心通过所述补偿公式对所述编码器本体的采集结果进行修正。
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