CN111457953A - 一种旋转编码器自动校准检测***以及方法 - Google Patents

一种旋转编码器自动校准检测***以及方法 Download PDF

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CN111457953A CN202010249776.2A CN202010249776A CN111457953A CN 111457953 A CN111457953 A CN 111457953A CN 202010249776 A CN202010249776 A CN 202010249776A CN 111457953 A CN111457953 A CN 111457953A
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Abstract

本发明公开了一种旋转编码器自动校准检测***以及方法，***包括标准电机(4)、伺服控制单元(7)、感应电动势采样单元(8)、检测控制单元(9)，检测控制单元(9)用于下发控制信号给所述伺服控制单元(7)以控制所述标准电机(4)的运动，以及根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理，以及根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理，本发明在待测电机安装好旋转编码器后，可以自动完成旋转编码器精度的检测和校准，以及磁极位置调零工作，极大的提高了产品的可靠性和一致性，降低生产成本，提高生产效率。

Description

一种旋转编码器自动校准检测***以及方法
技术领域
本发明涉及电机旋转编码器领域，尤其涉及一种旋转编码器自动校准检测***以及方法。
背景技术
旋转编码器是伺服电机内部实时反馈电机转子角度位置的传感器装置，伺服驱动器通过旋转编码器反馈的位置参数对伺服电机进行实时控制。高精度旋转编码器对伺服控制有着重要的意义。实际伺服电机生产过程中，会将选配的旋转编码器装配在电机主轴后端，由于安装过程中，存在机械偏差等情况，会影响旋转编码器的精度，特别是分体式的旋转编码器，例如：分体式磁旋转编码器的安装结构一般是，产生磁场的磁铁安装在伺服电机后端主轴上，磁编码器电路板通过支架或者底座架在环形磁铁上，这样的安装方式简单，成本低，但是会由于结构件的偏差、安装的同心度、高度控制和电子器件本身的偏差,给旋转编码器造成很大的精度偏差。因此需要一种能够在伺服电机生产过程中，对于每一台安装旋转编码器后的伺服电机，能够对旋转编码器进行安装后的精度检测和补偿数据写入，以此增加旋转编码器的绝对定位精度及减少产品的不良率。
另外，对于旋转编码器与伺服电机磁极位置调零的方法，常见的手动调零方式是，给伺服电机三相绕组通小于电机额定电流的电流，使电机的转子锁定，此时旋转编码器显示的位置就是磁极的位置，然后对旋转编码器进行绝对位置复位操作。这种方法可以找到磁极位置，但是磁极位置偏差较大。
以上的旋转编码器精度补偿和磁极位置检测是伺服电机生产安装过程中必须要完成的工作，通常先进行旋转编码器精度检测然后再进行磁极位置检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述伺服电机旋转编码器安装完成后旋转编码器精度无法得到保证，生产检测上也没有有效的办法对旋转编码器的关键参数进行检测，并且伺服电机在安装完旋转编码器后，需要进行磁极位置调零，而传统的磁极调零方法需要手动操作，在操作失误的情况下可能会造成电机的损坏等情况，并且手动调零的磁极位置误差较大的问题，提供一种高效、准确的旋转编码器自动校准检测***以及方法，来提高校准准确率和检测效率及方便性，该***能够在安装好待测电机后，自动完成旋转编码器精度的检测和校准及磁极位置调零工作，极大的提高了生产效率，节省生产成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种旋转编码器自动校准检测***，包括标准电机、伺服控制单元、感应电动势采样单元、检测控制单元，其中：
所述标准电机，用于连接待测电机以便带动所述待测电机同步动作，所述标准电机上安装有标准编码器，所述待测电机上安装有待测编码器；
所述伺服控制单元，连接所述标准电机和标准编码器，用于驱动所述标准电机以及获取标准编码器的角度位置；
所述感应电动势采样单元，用于采样所述待测电机在旋转过程中产生的感应电动势；
所述检测控制单元，与所述感应电动势采样单元、伺服控制单元以及待测编码器分别连接，用于下发控制信号给所述伺服控制单元以控制所述标准电机的运动，以及根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理，以及根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理。
优选地，所述***还包括：上支撑板、下支撑板、支撑柱、联轴器，所述上支撑板、下支撑板上下正对设置并通过所述支撑柱连接，所述标准电机设置在所述下支撑板上，所述待测电机设置在所述上支撑板上，所述标准电机通过所述联轴器连接所述待测电机。
优选地，所述检测控制单元包括处理子单元和通信控制子单元，所述处理子单元负责控制信号以及数据的处理，所述通信控制子单元负责控制信号以及数据的转达。
优选地，所述通信控制子单元包括：
两路通信接口，其中一路通信接口与所述待测编码器连接以读取所述待测编码器的数据，另外一路通信接口与所述处理子单元连接以与所述处理子单元进行数据交互；
伺服控制接口，与所述伺服控制单元连接以发送控制信号给所述伺服控制单元从而控制所述标准电机的运动，以及通过所述伺服控制单元获取标准编码器的角度位置；
感应电动势信号检测接口，与所述感应电动势采样单元连接以获取所述感应电动势。
优选地，所述的精度补偿处理，包括：
对所述标准电机旋转多圈过程中所述待测编码器所反馈的角度位置进行分析，得到角度位置的最值，根据所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置；
当所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置满足要求时，比对所述标准编码器和待测编码器在一个旋转周期中的多个检测位置上所反馈的角度位置，并根据比对结果确定所述待测编码器在每个检测位置上的精度偏差；
当各检测位置上的精度偏差符合要求时，将各检测位置上的精度偏差作为精度补偿值写入所述待测编码器。
优选地，所述检测控制单元在精度补偿处理后，在待测电机静止状态下和转动过程中分别测得待测编码器的积分非线性和微分非线性均满足要求时，才进行磁极位置调零处理。
优选地，所述的磁极位置调零处理，包括：
根据所述感应电动势的变化确定电机换相时刻，并记录换相时刻时所述待测编码器所反馈的角度位置；
连续记录多个换相时刻的角度位置后，对所有记录的角度位置进行数据处理计算得到磁极位置，如果所述磁极位置满足要求则写到所述待测编码器中。
优选地，所述感应电动势采样单元用于采集所述待测电机的U、V、W三相动力线的输入信号，将U、V相的输入信号分别减去W相的输入信号后输出。
本发明另一方面还构造了一种旋转编码器自动校准检测方法，基于前述任一项所述的***实现，所述方法包括：
根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理；
根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理。
优选地，所述的根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理，包括：
对所述标准电机旋转多圈过程中所述待测编码器所反馈的角度位置进行分析，得到角度位置的最值，根据所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置；
当所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置满足要求时，比对所述标准编码器和待测编码器在一个旋转周期中的多个检测位置上所反馈的角度位置，并根据比对结果确定所述待测编码器在每个检测位置上的精度偏差；
当各检测位置上的精度偏差符合要求时，将各检测位置上的精度偏差作为精度补偿值写入所述待测编码器。
优选地，所述的根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理，包括：
在验证精度补偿处理的结果满足要求后，根据所述感应电动势的变化确定电机换相时刻，并记录换相时刻时所述待测编码器所反馈的角度位置；
连续记录多个换相时刻的角度位置后，对所有记录的角度位置进行数据处理计算得到磁极位置，如果所述磁极位置满足要求则写到所述待测编码器中。
本发明的旋转编码器自动校准检测***以及方法，具有以下有益效果：本发明在待测电机安装好旋转编码器后，可以自动完成旋转编码器精度的检测和校准，以及磁极位置调零工作，极大的提高了产品的可靠性和一致性，降低生产成本，提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明旋转编码器自动校准检测***的结构示意图；
图2是伺服控制接口的结构示意图；
图3是本发明旋转编码器自动校准检测方法的流程图；
图4是一个具体实施例中测得的对待测编码器进行精度补偿处理前的精度偏差曲线示意图；
图5是一个具体实施例中测得的对待测编码器进行精度补偿处理后正转测试得到的精度偏差曲线示意图；
图6是一个具体实施例中测得的对待测编码器进行精度补偿处理后反转测试得到的精度偏差曲线示意图；
图7是一个具体实施例中的磁极位置检测曲线示意图。
具体实施方式
本发明为了解决现有技术中伺服电机的旋转编码器安装完成后旋转编码器精度无法得到保证，生产检测上也没有有效的办法对旋转编码器的关键参数进行检测，并且伺服电机在安装完旋转编码器后，需要进行磁极位置调零，而传统的磁极调零方法需要手动操作，在操作失误的情况下可能会造成电机的损坏等情况，并且手动调零的磁极位置误差较大的问题，提供一种高效、准确的旋转编码器自动校准检测***以及方法，来提高校准准确率和检测效率及方便性。为此，本发明的主要构思是，设计旋转编码器自动校准检测***包括标准电机、伺服控制单元、感应电动势采样单元、通信控制子单元以及处理子单元，利用标准电机连接待测电机以便带动待测电机同步动作，通过伺服控制单元驱动所述标准电机，利用感应电动势采样单元采样所述待测电机在旋转过程中产生的感应电动势，将所述检测控制单元与所述感应电动势采样单元、伺服控制单元以及待测编码器分别连接，检测控制单元一方面可以下发控制信号给所述伺服控制单元以控制所述标准电机的运动，另一方面可以根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理，以及根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理。如此，该***能够在安装好待测电机后，自动完成旋转编码器精度的检测和校准及磁极位置调零工作，极大的提高了生产效率，节省生产成本。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参考图1，本发明一方面构造了一种旋转编码器自动校准检测***，包括标准电机4、伺服控制单元7、感应电动势采样单元8、检测控制单元9。所述伺服控制单元7连接所述标准电机4和标准编码器，所述检测控制单元9，与所述感应电动势采样单元8、伺服控制单元7以及待测编码器分别连接。所述标准电机4上安装有标准编码器，所述待测电机5上安装有待测编码器。
其中，所述标准电机4用于连接待测电机5以便带动所述待测电机5同步动作，所述伺服控制单元7用于驱动所述标准电机4，对标准电机4进行位置控制和转速控制，以及获取标准编码器的角度位置数据；所述感应电动势采样单元8用于采样所述待测电机5在旋转过程中产生的感应电动势；所述检测控制单元9用于下发控制信号给所述伺服控制单元7以控制所述标准电机4的运动，以及根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理，以及根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理。
整个***的测试精度由标准电机4、伺服控制单元7决定，本发明选择的伺服控制单元7的控制精度达±0.004167度，所述标准电机4内部搭载的标准编码器是高精度光电编码器，定位精度达±15角秒。
优选地，为了便于实现待测电机5的安装，所述***还包括：上支撑板1、下支撑板2、支撑柱3、联轴器6，所述上支撑板1、下支撑板2水平设置，且所述上支撑板1、下支撑板2上下正对设置并通过所述支撑柱3连接，所述标准电机4设置在所述下支撑板2上，所述待测电机5设置在所述上支撑板1上，所述标准电机4通过所述联轴器6连接所述待测电机5。锁紧标准电机4与待测电机5之间的联轴器6后，标准电机4每转动若干角度，待测电机5也会转动相同的若干角度。
其中，所述检测控制单元9包括处理子单元92和通信控制子单元91，所述处理子单元92负责控制信号以及数据的处理，所述通信控制子单元91负责控制信号以及数据的转达。具体的，所述通信控制子单元91包括：两路通信接口、伺服控制接口、感应电动势信号检测接口。
两路通信接口分别为485通信接口和USB通信接口。485通信接口与所述待测编码器连接以读取所述待测编码器的数据。USB通信接口与所述处理子单元92连接以与所述处理子单元92进行数据交互。处理子单元92通过USB通信接口发送相应的控制信号(指令)给通信控制子单元91，通信控制子单元91接收到控制信号后执行对应的动作，控制信号内容有：打开/关闭待测编码器供电电源，读取/写入待测编码器数据，开启/关闭标准电机4电源，标准电机4位移若干距离等等。
感应电动势信号检测接口，与所述感应电动势采样单元8连接以获取所述感应电动势。
伺服控制接口，与所述伺服控制单元7连接以发送控制信号给所述伺服控制单元7从而控制所述标准电机4的运动，以及通过所述伺服控制单元7获取标准编码器的角度位置。所述通信控制子单元91读取标准编码器的角度位置，具体是通过所述伺服控制接口接收到的增量形式的脉冲信号计数确定角度位置的。如图2所示，一般电机的伺服控制单元7(也称伺服控制器)都配置有与外部相连的DI/DO(输入/输出)接口，通信控制子单元91设置了相应的控制信号(指令)与伺服控制单元7进行通信。其中PLS、/PLS是脉冲指令输入端子。SIGN、/SIGN端子是符号指令输入端子。CLR、/CLR是位置偏差清除输入端子。Z、/Z是编码器分频脉冲输出端子，即编码器旋转一圈内的原点输出信号。i_COIN是定位完成输出端子。i_S-DRY是伺服准备状态输出端子。i_ALM是伺服报警输出端子。A、/A是编码器分频脉冲输出A相。B、/B是编码器分频脉冲输出B相。S_ON是伺服启动输入端子，控制标准电机4的启动或者关闭(即给标准电机4通电或者不通电)。ALM_RST是报警复位输入端子，通过该端子可以使伺服驱动器发生报警时，解除报警。+24V和GND是伺服控制器外部电源输入端子。通信控制子单元91对以上所述信号端子进行输入输出来控制来完成校准检测过程中的位移和速度控制，部分输入输出信号采用差分传输的方式如：A、/A或B、/B，可以提高信号传输过程中的抗干扰能力。
其中，所述感应电动势采样单元8用于采集所述待测电机5的U、V、W三相动力线的输入信号，将U、V相的输入信号分别减去W相的输入信号后输出。
下面对本***的精度补偿处理和磁极位置调零处理的具体过程进行详细说明。本发明是在精度补偿处理之后，再进行磁极位置调零处理，具体过程如下：
1)对所述标准电机4旋转多圈过程中所述待测编码器所反馈的角度位置进行分析，得到角度位置的最值(最大值和最小值)，根据所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置。
一方面，处理子单元92发送指令到通信控制子单元91，通信控制子单元91正确接收到指令后，通过伺服控制接口对伺服控制单元7进行控制信号(指令)发送，发送的指令的内容包括：打开编码器电源指令，打开SV_ON指令，设置电机转动方向指令，设置转速指令，设置电机转动N圈指令，读取待测编码器RAM地址数据指令，设置电机停止转动指令。编码器转动N圈产生的角度位置存放到编码器的RAM中。另一方面，待测编码器的角度位置的数据通过485通信接口发送到通信控制子单元91从而交给处理子单元92进行数据分析实现精度补偿处理。
具体的，角度位置是编码器产生的原始信号，其是一个正余弦信号，数学表达式分别是：X＝AX×cosα+OX，Y＝AY×sinα+OY，其中，X代表余弦信号，Y代表正弦信号；AX和AY表示幅值；OX和OY表示偏置，则：
Figure BDA0002434759690000111
Figure BDA0002434759690000112
Figure BDA0002434759690000113
Figure BDA0002434759690000114
其中，Xmax表示采集到的角度位置数据中的正弦信号的最大值，Xmin表示采集到的角度位置数据中的正弦信号的最小值，Ymax表示采集到的角度位置数据中的余弦信号的最大值，Ymin表示采集到的角度位置数据中的余弦信号的最小值。
2)当所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置满足要求时，比对所述标准编码器和待测编码器在一个旋转周期中的多个检测位置上所反馈的角度位置，并根据比对结果确定所述待测编码器在每个检测位置上的精度偏差。
AX、AY、OX、OY都预先设定有限值，如果没有超出对应的限值，则可以认为满足要求，比如下限值<AX<上限值，则认为AX满足要求。如果不满足要求，则认为校准不通过。
一个旋转周期中的多个检测位置建议是等距离间隔，即任意相邻的两个检测位置之间的角度距离是相同的。处理子单元(92)将一个旋转周期划分为多个检测位置之后，比对每一个检测位置时标准编码器和待测编码器所反馈的角度位置，将两者的差值作为对应的检测位置上的精度偏差，如果以检测位置为横坐标，精度偏差为纵坐标，即形成精度偏差曲线。
为了获取数据分析得到精度偏差曲线，一方面，处理子单元92发送指令给通信控制子单元91，通过伺服控制接口PLS、/PLS端子发送位移信号控制电机运动；另一方面，处理子单元92发送指令给通信控制子单元91，读取每个检测位置上待测编码器和标准编码器反馈的角度位置，通信控制子单元91具体是通过伺服控制接口A、/A和B、/B反馈实际转动的脉冲计数确定标准编码器在每个检测位置上的角度位置数据，通过485通信接口获取待测编码器在每个检测位置上的角度位置数据，当处理子单元92读取完一周内各个检测位置上待测编码器和标准编码器的角度位置数据后，就可以通过比对待测编码器和标准编码器反馈的角度位置，分析出待测编码器在每个检测位置上的精度偏差，形成精度偏差曲线。
3)当各检测位置上的精度偏差符合要求时，将各检测位置上的精度偏差作为精度补偿值写入所述待测编码器。
例如，精度偏差不超过允许最大误差，则认为精度偏差符合要求。当所有的各检测位置上的精度偏差都符合要求时，可以直接将各检测位置的精度偏差写入所述待测编码器，所述待测编码器就可以根据这些精度偏差进行精度补偿。
4)在精度补偿处理后，在待测电机5静止状态下和转动(正转或者反转)过程中分别检测待测编码器的积分非线性和微分非线性是否满足要求，如果不满足要求则认为校准不合格，满足要求才进行后续的磁极位置调零处理。
可以按照上面2)步骤中相同的方式检测待测编码器在待测电机5静止状态下和转动(正转或者反转)过程中的积分非线性，即在在待测电机5静止状态下和转动(正转或者反转)的情况下，采集待测编码器和标准编码器的角度位置，进行比对后得到精度偏差，如果精度偏差符合要求则认为积分非线性合格。微分非线性是对待测编码器本身在各个检测位置的数据的浮动范围进行检测，比如在同一个检测位置，获取多个角度位置数据，将其中的最大值和最小值进行比对即得到该检测位置的浮动值，如果所有检测位置的浮动值都满足要求，则认为微分非线性合格。
5)根据所述感应电动势的变化确定电机换相时刻，并记录换相时刻时所述待测编码器所反馈的角度位置。
例如，处理子单元92发送指令到通信控制子单元91，通信控制子单元91根据正确接收到的指令内容让伺服控制单元7以500RPM的转速进行转动，在该转速下，待测电机5内部绕组线圈和转子上的永磁铁发生作用，产生感应电动势。通过感应电动势采样单元8对信号进行调理，然后输入到通信控制子单元91。
其中，感应电动势在一个旋转周期可以输出四个脉冲边沿(四极电机)，脉冲边沿即为电机换相时刻，在电机换相时刻读取待测编码器的角度位置并记录下来。
6)连续记录多个换相时刻的角度位置后，对所有记录的角度位置进行数据处理计算得到磁极位置，如果所述磁极位置满足要求则写到所述待测编码器中。
具体的，假设待测电机的极对数为M，旋转周期为L，则会记录得到M*L个角度位置的数据，则磁极位置的计算方式是：
Figure BDA0002434759690000131
其中，Xi表示记录的角度位置，K表示已知的被乘系数，R表示待测编码器的分辨率，S表示磁极位置。如果磁极位置的大小在阈值范围内，则可以认为磁极位置满足要求，可以写到待测编码器中。
参考图3，基于同一发明构思，本发明另一方面，构造了一种旋转编码器自动校准检测方法，基于上述的***实现，所述方法包括：
S1：根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理；
S2：根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理。
其中，步骤S1具体包括：
S101：对所述标准电机4旋转多圈过程中所述待测编码器所反馈的角度位置进行分析，得到角度位置的最值，根据所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置；
一方面，处理子单元92发送指令到通信控制子单元91，通信控制子单元91正确接收到指令后，通过伺服控制接口对伺服控制单元7进行控制信号(指令)发送，发送的指令的内容包括：打开编码器电源指令，打开SV_ON指令，设置电机转动方向指令，设置转速指令，设置电机转动N圈指令，读取待测编码器RAM地址数据指令，设置电机停止转动指令。编码器转动N圈产生的角度位置存放到编码器的RAM中。另一方面，待测编码器的角度位置的数据通过485通信接口发送到通信控制子单元91从而交给处理子单元92进行数据分析实现精度补偿处理。
具体的，角度位置是编码器产生的原始信号，其是一个正余弦信号，数学表达式分别是：X＝AX×cosα+OX，Y＝AY×sinα+OY，其中，X代表余弦信号，Y代表正弦信号；AX和AY表示幅值；OX和OY表示偏置，则：
Figure BDA0002434759690000141
Figure BDA0002434759690000142
Figure BDA0002434759690000143
Figure BDA0002434759690000151
其中，Xmax表示采集到的角度位置数据中的正弦信号的最大值，Xmin表示采集到的角度位置数据中的正弦信号的最小值，Ymax表示采集到的角度位置数据中的余弦信号的最大值，Ymin表示采集到的角度位置数据中的余弦信号的最小值。
S102：当所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置满足要求时，比对所述标准编码器和待测编码器在一个旋转周期中的多个检测位置上所反馈的角度位置，并根据比对结果确定所述待测编码器在每个检测位置上的精度偏差；
AX、AY、OX、OY都预先设定有限值，如果没有超出对应的限值，则可以认为满足要求，比如下限值<AX<上限值，则认为AX满足要求。如果不满足要求，则认为校准不通过。
一个旋转周期中的多个检测位置建议是等距离间隔，即任意相邻的两个检测位置之间的角度距离是相同的。处理子单元92将一个旋转周期划分为多个检测位置之后，比对每一个检测位置时标准编码器和待测编码器所反馈的角度位置，将两者的差值作为对应的检测位置上的精度偏差，如果以检测位置为横坐标，精度偏差为纵坐标，即形成精度偏差曲线。
为了获取数据分析得到精度偏差曲线，一方面，处理子单元92发送指令给通信控制子单元91，通过伺服控制接口PLS、/PLS端子发送位移信号控制电机运动；另一方面，处理子单元92发送指令给通信控制子单元91，读取每个检测位置上待测编码器和标准编码器反馈的角度位置，通信控制子单元91具体是通过伺服控制接口A、/A和B、/B反馈实际转动的脉冲计数确定标准编码器在每个检测位置上的角度位置数据，通过485通信接口获取待测编码器在每个检测位置上的角度位置数据，当处理子单元92读取完一周内各个检测位置上待测编码器和标准编码器的角度位置数据后，就可以通过比对待测编码器和标准编码器反馈的角度位置，分析出待测编码器在每个检测位置上的精度偏差，形成精度偏差曲线。
S103：当各检测位置上的精度偏差符合要求时，将各检测位置上的精度偏差作为精度补偿值写入所述待测编码器。
例如，精度偏差不超过允许最大误差，则认为精度偏差符合要求。当所有的各检测位置上的精度偏差都符合要求时，可以直接将各检测位置的精度偏差写入所述待测编码器，所述待测编码器就可以根据这些精度偏差进行精度补偿。
其中，步骤S2具体包括：
S201：在验证精度补偿处理的结果满足要求后，根据所述感应电动势的变化确定电机换相时刻，并记录换相时刻时所述待测编码器所反馈的角度位置；
可以按照上面S102步骤中相同的方式检测待测编码器在待测电机5静止状态下和转动(正转或者反转)过程中的积分非线性，即在在待测电机5静止状态下和转动(正转或者反转)的情况下，采集待测编码器和标准编码器的角度位置，进行比对后得到精度偏差，如果精度偏差符合要求则认为积分非线性合格。微分非线性是对待测编码器本身在各个检测位置的数据的浮动范围进行检测，比如在同一个检测位置，获取多个角度位置数据，将其中的最大值和最小值进行比对即得到该检测位置的浮动值，如果所有检测位置的浮动值都满足要求，则认为微分非线性合格。
验证精度补偿处理的结果满足要求后，处理子单元92发送指令到通信控制子单元91，通信控制子单元91根据正确接收到的指令内容让伺服控制单元7以500RPM的转速进行转动，在该转速下，待测电机5内部绕组线圈和转子上的永磁铁发生作用，产生感应电动势。通过感应电动势采样单元8对信号进行调理，然后输入到通信控制子单元91。
其中，感应电动势在一个旋转周期可以输出四个脉冲边沿(四极电机)，脉冲边沿即为电机换相时刻，在电机换相时刻读取待测编码器的角度位置并记录下来。
S202：连续记录多个换相时刻的角度位置后，对所有记录的角度位置进行数据处理计算得到磁极位置，如果所述磁极位置满足要求则写到所述待测编码器中。
具体的，假设待测电机的极对数为M，旋转周期为L，则会记录得到M*L个角度位置的数据，则磁极位置的计算方式是：
Figure BDA0002434759690000171
其中，Xi表示记录的角度位置，K表示已知的被乘系数，R表示待测编码器的分辨率，S表示磁极位置。如果磁极位置的大小在阈值范围内，则可以认为磁极位置满足要求，可以写到待测编码器中。
基于上述的***和方法，本发明的一个具体实施例中将一周划分出等距离的256个检测位置，即将360°平均分成256份，每份的大小为1.40625°，用待测编码器绝对值数据表示即每一份为4096个脉冲。参考图4，图中纵坐标表示待测编码器在每个检测位置上的精度偏差的大小，根据图4显示，最大偏差为400digit@10bit，即待测编码器输出位数为10位，精度最大偏差达到了400个脉冲，相当于0.137329°。经过精度补偿处理后可以有效的提到待测编码器的精度误差，如图5、6所示，横坐标是待测编码器在一周内各个检测位置，纵坐标是待测编码器在每个检测位置上的精度偏差，最大精度偏差在30个脉冲，对比图4的精度补偿处理前的精度偏差，精度补偿处理后的待测编码器的精度提高了约10倍。在精度补偿处理合格后，再继续进行磁极位置调零处理，得到的磁极位置检测曲线如图7，横坐标是换相时刻，纵坐标是记录的角度位置，因为本实施例中待测电机5的电机极对数为四对极，即电机一周内可以确定四个磁极位置零点，每个零点对一个具体的编码器角度值，图7中P1、P2、P3、P4即是一周电机零点所在的位置。
需要说明的是，本文所使用的术语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种旋转编码器自动校准检测***，其特征在于，包括标准电机(4)、伺服控制单元(7)、感应电动势采样单元(8)、检测控制单元(9)，其中：
所述标准电机(4)，用于连接待测电机(5)以便带动所述待测电机(5)同步动作，所述标准电机(4)上安装有标准编码器，所述待测电机(5)上安装有待测编码器；
所述伺服控制单元(7)，连接所述标准电机(4)和标准编码器，用于驱动所述标准电机(4)以及获取标准编码器的角度位置；
所述感应电动势采样单元(8)，用于采样所述待测电机(5)在旋转过程中产生的感应电动势；
所述检测控制单元(9)，与所述感应电动势采样单元(8)、伺服控制单元(7)以及待测编码器分别连接，用于下发控制信号给所述伺服控制单元(7)以控制所述标准电机(4)的运动，以及根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理，以及根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括：上支撑板(1)、下支撑板(2)、支撑柱(3)、联轴器(6)，所述上支撑板(1)、下支撑板(2)上下正对设置并通过所述支撑柱(3)连接，所述标准电机(4)设置在所述下支撑板(2)上，所述待测电机(5)设置在所述上支撑板(1)上，所述标准电机(4)通过所述联轴器(6)连接所述待测电机(5)。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述检测控制单元(9)包括处理子单元(92)和通信控制子单元(91)，所述处理子单元(92)负责控制信号以及数据的处理，所述通信控制子单元(91)负责控制信号以及数据的转达。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述通信控制子单元(91)包括：
两路通信接口，其中一路通信接口与所述待测编码器连接以读取所述待测编码器的数据，另外一路通信接口与所述处理子单元(92)连接以与所述处理子单元(92)进行数据交互；
伺服控制接口，与所述伺服控制单元(7)连接以发送控制信号给所述伺服控制单元(7)从而控制所述标准电机(4)的运动，以及通过所述伺服控制单元(7)获取标准编码器的角度位置；
感应电动势信号检测接口，与所述感应电动势采样单元(8)连接以获取所述感应电动势。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述的精度补偿处理，包括：
对所述标准电机(4)旋转多圈过程中所述待测编码器所反馈的角度位置进行分析，得到角度位置的最值，根据所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置；
当所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置满足要求时，比对所述标准编码器和待测编码器在一个旋转周期中的多个检测位置上所反馈的角度位置，并根据比对结果确定所述待测编码器在每个检测位置上的精度偏差；
当各检测位置上的精度偏差符合要求时，将各检测位置上的精度偏差作为精度补偿值写入所述待测编码器。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述检测控制单元(9)在精度补偿处理后，在待测电机(5)静止状态下和转动过程中分别测得待测编码器的积分非线性和微分非线性均满足要求时，才进行磁极位置调零处理。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述的磁极位置调零处理，包括：
根据所述感应电动势的变化确定电机换相时刻，并记录换相时刻时所述待测编码器所反馈的角度位置；
连续记录多个换相时刻的角度位置后，对所有记录的角度位置进行数据处理计算得到磁极位置，如果所述磁极位置满足要求则写到所述待测编码器中。
8.一种旋转编码器自动校准检测方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的***实现，所述方法包括：
根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理；
根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的根据获取的标准编码器和待测编码器的角度位置对所述待测编码器进行精度补偿处理，包括：
对所述标准电机(4)旋转多圈过程中所述待测编码器所反馈的角度位置进行分析，得到角度位置的最值，根据所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置；
当所述最值计算所述待测编码器的正余弦信号的幅值和偏置满足要求时，比对所述标准编码器和待测编码器在一个旋转周期中的多个检测位置上所反馈的角度位置，并根据比对结果确定所述待测编码器在每个检测位置上的精度偏差；
当各检测位置上的精度偏差符合要求时，将各检测位置上的精度偏差作为精度补偿值写入所述待测编码器。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的根据所述感应电动势和待测编码器的角度位置进行磁极位置调零处理，包括：
在验证精度补偿处理的结果满足要求后，根据所述感应电动势的变化确定电机换相时刻，并记录换相时刻时所述待测编码器所反馈的角度位置；
连续记录多个换相时刻的角度位置后，对所有记录的角度位置进行数据处理计算得到磁极位置，如果所述磁极位置满足要求则写到所述待测编码器中。
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