本文選題：莫爾條紋光電信號 + 精密測速��； 參考：《中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)》2015年碩士論文

【摘要】：光電編碼器是一種利用光柵莫爾條紋為測量基礎(chǔ)的光電角位移傳感器。利用光柵和碼盤的相對位移從而產(chǎn)生莫爾條紋信號,通過光學(xué)細(xì)分和電子學(xué)細(xì)分,將位移轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。通過與計算機(jī)相連可以實現(xiàn)角度、轉(zhuǎn)速和角加速度的精密測量。光電編碼器具有精度高、體積小、抗干擾、使用壽命長等優(yōu)點,因此廣泛用于工業(yè)控制、自動化檢測及精密測量等領(lǐng)域。在高精度的測量控制系統(tǒng)中,光電編碼器的轉(zhuǎn)速是極其重要的反饋信息,因此,精確獲取光電編碼器的轉(zhuǎn)速具有重要意義。為了更加精確的獲得光電編碼器的實時轉(zhuǎn)速,本文對基于莫爾條紋光電信號的編碼器測速方法進(jìn)行了分析和研究。通過查閱大量國內(nèi)外測速文獻(xiàn),在了解國內(nèi)外編碼器測速方法優(yōu)缺點的前提下,提出了光電編碼器莫爾條紋測速方法。通過分析莫爾條紋光電信號的生成原理及誤差種類,推導(dǎo)出莫爾條紋光電信號誤差對測速精度的影響。提出了基于莫爾條紋光電信號的全微分測速方法,分析了影響編碼器測速精度的因素,從莫爾條紋光電信號入手,加入了修正算法,通過全微分運(yùn)算得到光電編碼器的速度。在速度計算過程中,不需要編碼器的輸出角度,有效的降低了編碼器測角誤差對編碼器測速精度的影響,實現(xiàn)了編碼器角度和速度的同時輸出,有效降低了系統(tǒng)的測速延時。提出了基于希爾伯特-黃變換的單莫爾條紋測速方法,研究了編碼器莫爾條紋光電信號的產(chǎn)生原理,以及希爾伯特-黃變換在瞬時頻率提取上的原理和優(yōu)勢。推導(dǎo)出編碼器輸出的莫爾條紋光電信號頻率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系式。然后將莫爾條紋光電信號通過希爾伯特-黃變換,提取出光電編碼器的速度值。該方法可以避開光電編碼器正交性誤差和等幅性誤差帶來的測速誤差,避免莫爾條紋信號直流分量帶來的測速誤差,有效的提高測速精度。將本文提出的兩種編碼器測速方法應(yīng)用到中科院生產(chǎn)的某型號21位光電編碼器上,利用全微分測速方法在不降低測速延時的情況下,將測速均方根誤差由M法所測得的0.0367rad/s降低到0.0216rad/s。利用基于希爾伯特變換的單莫爾條紋測速方法,在測速延時略有增加的情況下,將測速均方根誤差由M法所測得的0.0367rad/s降低到0.0134rad/s。本文提出的兩種莫爾條紋測速方法能夠提高編碼的測速精度及穩(wěn)定性
[Abstract]:Photoelectric encoder is a photoelectric angular displacement sensor based on grating moire fringe. The moire fringe signal is generated by using the relative displacement of the grating and the code disk. The displacement is converted into digital signal output by optical subdivision and electronic subdivision. The precise measurement of angle, rotational speed and angular acceleration can be realized by connecting with the computer. Photoelectric encoder has the advantages of high precision, small volume, anti-interference and long service life, so it is widely used in industrial control, automatic detection and precision measurement. In the high precision measurement and control system, the speed of the photoelectric encoder is very important feedback information, so it is very important to accurately obtain the speed of the photoelectric encoder. In order to obtain the real-time rotational speed of photoelectric encoder more accurately, this paper analyzes and studies the speed measurement method of encoder based on moire fringe photoelectric signal. Based on a large number of domestic and international literature on speed measurement, and on the premise of understanding the advantages and disadvantages of the speed measurement methods of encoder at home and abroad, the moire fringe velocity measurement method of photoelectric encoder is put forward. By analyzing the generating principle and error types of moire fringe photoelectric signal, the influence of Moir 茅 fringe photoelectric signal error on the accuracy of velocity measurement is deduced. This paper presents a full differential velocity measurement method based on moire fringe photoelectric signal, and analyzes the factors that affect the accuracy of encoder speed measurement. Starting from moire fringe photoelectric signal, a modified algorithm is added, and the speed of photoelectric encoder is obtained by full differential operation. In the process of speed calculation, the influence of the angle error of encoder on the accuracy of speed measurement is reduced effectively without the need of the output angle of encoder, and the output of both angle and speed of encoder is realized, and the delay of measuring speed of the system is reduced effectively. A single moire fringe velocimetry method based on Hilbert-Huang transform is proposed. The principle of generating moire fringe photoelectric signal of encoder and the principle and advantage of Hilbert-Huang transform in instantaneous frequency extraction are studied. The relation between frequency and speed of moire fringe photoelectric signal output by encoder is deduced. Then the moire fringe photoelectric signal is extracted by Hilbert-Huang transform and the velocity of the photoelectric encoder is extracted. This method can avoid the speed measurement error caused by the orthogonality error and the constant amplitude error of the photoelectric encoder, avoid the velocity measurement error caused by the DC component of moire fringe signal, and effectively improve the speed measurement accuracy. Two kinds of encoder speed measurement methods proposed in this paper are applied to a certain type of 21 bit photoelectric encoder produced by the Chinese Academy of Sciences. The full differential velocity measurement method is used without reducing the time delay of velocity measurement. The root mean square error of velocity measurement is reduced from the 0.0367rad/s measured by M method to 0.0216radr / s. Using the single moire fringe velocimetry method based on Hilbert transform, the root mean square error (RMS) of velocity measurement is reduced from the 0.0367rad/s measured by M method to 0.0134 radr / s with a slight increase in the velocimetry delay. The two moire fringe velocimetry methods presented in this paper can improve the accuracy and stability of coded velocimetry.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN762

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6 杜森W，

本文編號：2054306