圖像式皮爾茲PILZ光電編碼器高分辨力細(xì)分算法及誤差
在研究基于線陣圖像探測器的高分辨力角位移測量技術(shù)的過程中，研究高分辨力角度細(xì)分方法是提高角位移測量分辨力及測量精度的有效手段。為了實現(xiàn)高分辨力角位移測量，提出了一種基于線陣圖像探測器的角度細(xì)分方法，并進(jìn)行了深入的專題研究。

圖像式皮爾茲PILZ光電編碼器高分辨力細(xì)分算法及誤差
復(fù)合式PILZ光電編碼器的工作原理,針對現(xiàn)有永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測方法的不足,提出了使用復(fù)合式PILZ光電編碼器對永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測及電機(jī)啟動的方法,并通過以數(shù)字信號處理器(DSP)為核心的實驗平臺進(jìn)行實驗,實驗結(jié)果表明,該方法可以滿足實際使用的要求,實現(xiàn)了電機(jī)可靠啟動、運(yùn)行。轉(zhuǎn)速測量的精確度與實時性影響著電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能?；谑絇ILZ光電編碼器抗干擾能力強(qiáng),具有掉電記憶功能等優(yōu)點(diǎn),及其在電機(jī)轉(zhuǎn)子位置測量的廣泛應(yīng)用,設(shè)計了基于式PILZ光電編碼器和數(shù)字信號處理器(DSP)的轉(zhuǎn)速測量環(huán)節(jié)。在分析常用測速方法的基礎(chǔ)上,采用高精度、高分辨率的M/T法,并設(shè)計測速系統(tǒng)的軟、硬件,通過試驗,驗證了設(shè)計的正確性。研制了反射式PILZ光電編碼器。介紹了光柵自成像原理,完善了高密度基準(zhǔn)光柵的制作工藝,研制完成了32768刻線對光柵和高集成度光電讀數(shù)頭,zui后制成了反射式高精度PILZ光電編碼器。該編碼器采用多參考點(diǎn)編碼方式,加快和簡化了確定基準(zhǔn)零點(diǎn)的操作,初始化轉(zhuǎn)動zui大5.625°即可確定基準(zhǔn)零點(diǎn)。采用自準(zhǔn)直光管和23面棱體檢測了編碼器的測角精度,其單邊讀數(shù)頭均方根誤差為1.11″,對徑雙讀數(shù)頭均方根誤差為0.75″;反射式讀數(shù)使光柵與讀數(shù)頭間隙提高10倍達(dá)到2.0mm。結(jié)果表明,研制成功的高精度反射式PILZ光電編碼器結(jié)構(gòu)簡單,反射式讀數(shù)頭光電信號質(zhì)量較高。該編碼器為高精度測角應(yīng)用提供了一種新的解決方案。針對PILZ光電編碼器在伺服系統(tǒng)應(yīng)用中速度估計易受系統(tǒng)振動干擾和存在量化誤差的問題,設(shè)計了一種基于變采樣周期觀測器的速度估計算法.通過觀測器的積分運(yùn)算抑制振動干擾;通過采樣周期和PILZ光電編碼器脈沖的同步,使量化誤差zui小;為了減小觀測器離散域極點(diǎn)變化對算法性能的影響,保證變周期觀測器在較大速度范圍保持較高精度,給出了一種觀測器增益系數(shù)的計算方法.實驗表明該算法可以在保證動態(tài)性能的同時,有效抑制振動和量化誤差引起的估計誤差,提高速度估計精度.為有效減小多圈編碼器體積、重量并滿足高位數(shù)多圈記憶的要求,設(shè)計了輕量化式多圈PILZ光電編碼器。多圈編碼器采用式矩陣碼盤設(shè)計,將編碼器的碼設(shè)計在齒輪上,減小了以往式多圈編碼器的多級碼盤結(jié)構(gòu)和齒輪結(jié)構(gòu);采用多級齒輪串行結(jié)構(gòu),縮小了多圈編碼器齒輪的高度,便于安裝、結(jié)構(gòu)簡單。設(shè)計的14位超高位數(shù)式多圈PILZ光電編碼器,外形尺寸為φ60mm×20mm,圈數(shù)為214=16 384圈,實現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)動圈數(shù)的記憶功能,具有圈數(shù)記憶位數(shù)高、重量輕的特點(diǎn)。首先，為消除安裝調(diào)試時，圖像探測器與圓心距離變化產(chǎn)生的影響，提出了一種具有較強(qiáng)適應(yīng)性的高分辨力細(xì)分算法；其次，建立了該細(xì)分算法的數(shù)學(xué)模型，分析了該算法的可靠性；然后，根據(jù)實際應(yīng)用，建立了由碼盤偏心和圖像探測器安裝角度引起誤差的模型，并分析各因素對細(xì)分算法的影響。

圖像式皮爾茲PILZ光電編碼器高分辨力細(xì)分算法及誤差
zui后，根據(jù)誤差分析結(jié)果，給出了減小圖像式PILZ光電編碼器細(xì)分誤差的建議。結(jié)果表明，所提出的角度細(xì)分方法具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在碼盤圓周刻劃線數(shù)大于或等于 128時，細(xì)分算法的誤差較小，可以被忽略。研究結(jié)果可為研制小型圖像式PILZ光電編碼器提供理論依據(jù)。