[发明专利]连续运动高精度全参数检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动参数检测方法，尤其是一种利用光电编码器对连续运动参数如位置、速度、加速度进行高精度检测的方法，具体地说是一种连续运动高精度全参数检测方法。

背景技术

目前，光电编码器(如光栅尺、光电编码盘等)是运动检测中常用的一种实现直线位移或轴角位置检测的装置。在检测过程中，脉冲编码器对原始检测得到的连续正/余弦模拟信号进行数字化整形，再以输出脉冲的形式来反映被检测的运动部件的位置变化，所输出脉冲的数目与位置变化量成正比。在一定的位移范围内，输出脉冲的数量越多，意味着编码器的分辨率越高，或者说具有越高的位置检测精度。由于精确的位置和速度检测是构成闭环反馈控制的前提和基础，因此脉冲编码器的位置检测精度和速度检测精度直接决定着运动控制系统的控制精度。

根据位置与速度的物理关系，脉冲编码器可用于速度和加速度的间接测量。目前常用的测算方法如图1所示，通过位置增量除以检测周期测算速度，再通过速度变化量除以检测周期测算加速度，整个测算过程是单方向的，不带反馈修正，且所用的时间参数——检测周期T_s是一个固定的预置值，并非实际检测值，因此测算结果必然存在很大误差。

为了提高编码器的位置检测精度，目前通常采用的方法如下：

1)增大编码器的刻线密度。这种方法可以直接提高编码器的位置检测精度，但由于刻线工艺水平和物理因素的限制，随着刻线密度的增加，已经变得越来越困难。这使得高位置检测精度编码器价格昂贵，难以在一般伺服控制系统中普及应用。

2)电子学细分法

这一方法是对原始检测得到的连续正/余弦信号进行细分，并通过相位或幅值的鉴别进行编码。由于原始检测得到的模拟信号并非理想波形，而是混有许多噪声，细分之后噪声也被放大了，结果无法根据相位或幅值区分相邻的两个细分信号，从而导致错误的脉冲输出。

3)光学细分法

这一方法是通过光学系统对原始信号进一步放大从而提高位置检测精度，如二次莫尔条纹法和基于激光的衍射干涉法等。光学细分方法具有非接触、寿命长、不受电磁场干扰等很多优点，但这种方法需要一套结构复杂、价格昂贵的光学系统，因而其使用范围受到了很大的限制。

4)机械细分法

这一方法是通过机械升速传动装置将旋转或摆动进给轴与传感装置旋转轴连接起来，利用传动装置的升速比，增大角度检测装置的旋转角度，从而提高检测位置检测精度。由于该方案中引入机械传动链，存在传动间隙和机械变形，会导致脉冲输出不均匀、误差较大等情况。

发明内容

本发明的目的是针对目前普通光电编码器进行运动参数检测时精度不高，而高精度光电编码器又存在成本高、投资大、实用性差的问题，发明一种基于高精度计时器和普通光电编码器的连续运动高精度全参数检测方法。

本发明的技术方案是：

一种连续运动高精度全参数检测方法，其特征是利用光电编码器作为基本检测元件，配以高精度计时器作为检测函数建立和检测采样时刻的计时工具，通过以下步骤分别完成运动位置、速度和加速度的高精度测算：

首先，采用脉冲计数器对光电编码器输出的脉冲信号进行计数，记录下本次检测开始时的脉冲数N_i-1以及经过给定的检测周期后检测结束时的脉冲数N_i，并用高精度计时器测算出以编码器脉冲边沿为界的本次检测的实际检测周期T_s(i)。

其次，将所测得的值代入下式计算出该检测周期内的速度V_i：

Vi=δP(Ni-Ni-1)Ts(i)]]>

式中，δ_P——光电编码器的脉冲当量；