光电轴角编码器的细分误差快速测量系统

　　1.4 软件控制流程

　　要分析编码器在工作时的细分误差,数据采集速率要在100 ksps以上。本系统采用2片A／D转换芯片,分时采集编码器的4路信号,当读其中一片芯片的数据时,启动另一芯片开始转换。采用本方法4通道的最高采样速率可达120 ksps以上,2通道的最高采样速率可达240 ksps以上。

　　采集到的数据需要经过傅立叶变换,计算出编码器的细分误差。当数据量太大时,会给后续的数据处理带来很多麻烦;数据量太少时,又不能反映信号的真实情况。实验证明：编码器每个精码周期的最佳采样点数应在60～100点之间。在本系统中采样点设定为85点,根据编码器加速度的变化,采样点会在附近波动。DSP在接收到采样命令后,对编码器信号进行采样,首先,判断编码器的转速,设定采样频率,保证一个周期的采样点数在85点左右,连续采样3个以上完整的周期,采样完成后将数据一并传给计算机处理。

　　2数据处理

　　编码器输出的是角度信息,其输出信号是以角度为自变量的空间函数。如果数据采集卡的采样频率是固定的,并且,编码器是匀速转动,理论上可以得到等转角的角度信息。在编码器实验或工作时,数据采集卡的采样频率可以控制成固定采样频率,但编码器不可能是严格意义上的匀速运动,可以认为是加速度很小的等加速运动,所以,采集到的精码光电信号是非等转角的。在编码器工作时,采集2路相位差为π／2的正弦精码光电信号usin和ucos,首先,计算编码器的加速度,再利用线性插值法进行等转角处理,得到一组新的数据u′sin和u′cos,由u′sin和u′cos组成的精码光电信号就是一组等转角的光电信号。

　　编码器2路相位差为π／2的正弦精码光电信号ua和ub,精码光电信号通常含有直流电平、基波及高次谐波。高次谐波以二次和三次谐波为主要分量,故可其波形方程为

　　编码器精码光电信号具有周期函数的性质,任何一个周期函数,都可以展开为如下的傅立叶级数

　　式(4)表明：一个周期函数可以由常数项a0与各次谐波之和组成。其中,An为f(x)的各次谐波的振幅;φn为相应的各次谐波的初相角。这样,对实测数据信号进行谐波分析,可以求出a0,An和φn。