[发明专利]一种光电编码器精密测速系统及方法

权利要求书

1.一种光电编码器精密测速系统，其特征在于，包括：连接支架、直流电机、数据采集及控制电路、电机驱动电路、具有显示设备的计算机和光电编码器；

所述光电编码器固定在所述连接支架上且主轴与所述直流电机相连接；

所述数据采集及控制电路并通过所述电机驱动电路与所述直流电机相连接，所述计算机及所述光电编码器与所述数据采集及控制电路相连接；

所述计算机用于向所述数据采集及控制电路发送启动命令；所述数据采集及控制电路用于根据所述启动命令控制所述电机驱动电路驱动所述直流电机转动；所述直流电机用于带动所述光电编码器同步转动；所述数据采集及控制电路还用于采集所述光电编码器同步转动时所产生的莫尔条纹信号，以此得到所述光电编码器位置的角度数据，并将所述角度数据按照预设公式计算得到所述光电编码器的速度信息，并输出至所述计算机进行显示；

在所述光电编码器的指示光栅每1/4莫尔条纹间距处放置一个光电读数头，并共设置四个光电读数头；

所述数据采集及控制电路按照预设公式计算得到所述编码器速度信息的过程如下：

所述数据采集及控制电路采集四个光电读数头输出四路相位相差π/ 2的正弦电信号，经信号处理电路差分放大后，输出两路正余弦信号U_s,U_c

式(1)中，θ为莫尔条纹信号周期内的角度数据，U为莫尔条纹信号幅度；

设定所述光电编码器是做加速度变化很小的近似匀变速运动，选取三阶以下的运动方程进行讨论即可满足实际要求；

将t₀＝0时刻作为位移的起点，简化的运动方程如下：

θ(t)＝θ₀+a₁(t-t₀)+a₂(t-t₀)²+a₃(t-t₀)³ (2)

式(2)中，θ₀,a₁,a₂,a₃分别为采样起始点的位置、角速度、角加速度和角加速度的变化率；

间隔相等的采样时刻，在t₀、t₁、t₂、t₃时刻分别对莫尔条纹光电信号进行采样，得到t_i时刻的两路正余弦信号U_s(t_i),U_c(t_i)，i＝0,1,2,3，由公式(3)计算得到t_i时刻的角度数据θ(t_i)

当和时，正切幅值过大造成溢出，所以在莫尔条纹周期内，对公式(3)进行分段讨论，得到

将所得到的θ(t_i)，代入公式(2)式得到下列方程组：

通过高斯消去法求解未知数a₁、a₂、a₃，计算此次采样t₀～t₃的速度：

v＝a₁+2a₂(t-t₀)+3a₃(t-t₀)²,(t₀t≤t₃) (6)

公式(6)是在莫尔条纹周期内得到的速度信息，设光电编码器精码刻划数为2ⁿ，n为精码码道位数，则实际速度信息为：

当进行下一次采样时，则此次采样的t₀时刻为上一次采样的t₁时刻；同理可以得出，每一时刻对应3个莫尔条纹运动方程，则该时刻3个速度方程的平均值，即为该时刻的速度v(t)

v_k(t)为t时刻的每一次计算所得到的光电编码器的速度信息。

2.根据权利要求1所述的光电编码器精密测速系统，其特征在于，所述数据采集及控制电路包括：

数据采集电路，所述数据采集电路与所述光电编码器连接，用于采集所述光电编码器产生的莫尔条纹信号。