[发明专利]一种单轨道绝对式光电编码器的码盘构造方法

说明书

一种单轨道绝对式光电编码器的码盘构造方法，属于电机控制领域。所述方法为通过编程，在已知探头数和分辨率的条件下，首先构造出一个码字个数为k的单轨道格雷码，并用所构造的码字个数为k的单轨道格雷码来构造码字个数为n×k的单轨道格雷码，在构造出对应的码字后，通过一个探头在一个周期内读取的脉冲来计算出码盘的遮光光栅与透光光栅所占的角度，从而设计码盘，进而完成对编码器的设计。本发明的优点是：设计的编码器由于码字是角度的单值函数，使得二者之间有着对应关系，由码字可直接得出对应的角度，省去了计算过程，而且掉电无需对编码器进行重新设置，并改善了绝对式编码器计数过程中由于分辨率增加带来的尺寸增大、误差积累等问题。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种单轨道绝对式光电编码器的码盘构造方法。

背景技术

光电轴角编码器，也被称为光电角位置传感器，是在电力传动领域中用于测量电机的位置与转子转速的核心部件，其以高精度计量光栅为检测元件，通过光电转换，将所得到的角位置信息转换为数字信号，并与CPU相连接，从而计算出相应的位置信息与速度信息。光电编码器的精度直接决定了控制系统的控制效果与控制精度。

目前广泛在电机控制系统中使用的光电编码器可主要分为两类，分别是增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器的码盘如图1所示，其刻线间距均等，即在每个刻线间的分辨区间都可以输出一个计数脉冲信号。其优点在于较为小型化且其结构简单，但是掉电后有数据损失，且其误差会积累。而绝对式光电编码器可以使轴角位置为输出编码的单值函数，从而避免了掉电后再标定与积累误差的存在，其码盘如图2所示，但是由图2可知，绝对式编码器的结构较为复杂，随着分辨率的升高轨道数也升高，较难实现小型化。因而现阶段光电编码器很难同时满足结构简单、容错率高、随机误差小、无累积误差的特点，因而光电编码器也成为了一个限制电机控制精度的关键因素。

单轨道格雷码也被称作反射二进制码（RBC），是一种基于二进制系统的编码方式。其相对于传统编码方式的特点是相邻的编码有且只有一位不同，这为减小读数误差与判断是否出现读数错误提供了很大的便利。单轨道格雷码（single track grey code）是一种基于格雷码的编码方式，其基本思想是通过旋转多轨道格雷码编码器的一条轨道与对应的探头来使得两条轨道的遮光区域与透光区域相同，从而将这两条轨道合并为一条，从而减少轨道数。对于其实现方式，现有数学理论给出了一种长格雷码可由其初始码字与一个相对短的格雷码的构造方式，但是对于如何寻找短的格雷码以及如何寻找初始码字没有进行解释，这也限制了单轨道编码器的发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统编码器无法同时满足结构简单、容错率高、随机误差小、无累计误差，单轨道格雷码存在着理论难度难以在实际中应用的问题，提供一种单轨道绝对式光电编码器的码盘构造方法，为具体说明，提供了一种分辨率为0.5度的单轨道绝对式编码器的设计方法，该方法在保留简单结构的同时增强了数据的准确性并避免了积累误差的产生，并且在掉电后无需重新配置。涉及的是电机控制领域中依据检测量对电机转子位置与转速进行计算的测量装置，具体涉及一种通过所选择的一个合适的编码器分辨率与探头数，利用所编写的程序来构造码盘的单轨道绝对式编码器实现方式，可以解决编码器尺寸与分辨率之间的矛盾，并大幅度减小出现错码的几率，并可手动调整分辨率，具有极高的应用价值与经济价值。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种单轨道绝对式光电编码器的码盘构造方法，所述方法为：通过编程，在已知探头数为n，分辨率为n×k的条件下，首先构造出一个码字个数为k的单轨道格雷码，并用所构造的码字个数为k的单轨道格雷码来构造码字个数为n×k的单轨道格雷码，在构造出对应的码字后，通过一个探头再提取全部的n×k个码字中的同一码位的数据来计算出码盘的遮光光栅与透光光栅所占的角度，从而设计码盘，进而完成对编码器的的格雷码设计。

本发明相对于现有技术的有益效果是：