[发明专利]一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法

权利要求书

1.一种光电编码器的光电信号质量误差分离方法，其特征在于：该方法具体如下：

(1)对正、余弦信号模型中光电信号质量误差的直流电平误差U₁、U₂进行分离；

通过光电探测器接收的幅值电压来求解直流电平误差，推导过程如下：

式中u₁'、u₂'分别为包含光电信号质量误差的正、余弦信号，U₁、U₂表示直流电平误差，表示正交性误差，ξ表示等幅性误差，A₃sin3θ+A₅sin5θ为正弦信号的正弦性误差，B₃cos3θ+B₅cos5θ为余弦信号的正弦性误差；θ为光电编码器单个原始信号周期中所处的相位，0≤θ≤2π；A₁为正弦信号的基波分量幅值，A₃、A₅、B₃和B₅均为谐波分量幅值；因为y_s和y_c均为正弦周期函数，正弦周期函数的峰值和谷值绝对值相等，所以正弦信号u₁'的峰值u₁'_max和谷值u₁'_min以及余弦信号u₂'的峰值u₂'_max和谷值u₂'_min分别求解如下：

u₁'_max＝U₁+y_smax,u₁'_min＝U₁-y_smax

u₂'_max＝U₂+y_cmax,u₂'_min＝U₂-y_cmax

式中，y_smax为y_s的峰值，y_cmax为y_c的峰值；

u₁'_max与u₁'_min相加，u₂'_max和u₂'_min相加，得：

从而得到：

根据光电探测器接收的正弦信号的峰值电压和谷值电压，以及余弦信号的峰值电压和谷值电压，由式(1)得到光电信号的直流电平误差U₁、U₂；

(2)通过光电探测器接收的幅值电压对正、余弦信号模型中光电信号质量误差的正交性误差进行分离；

以正弦信号为基准，首先在正弦信号上取出采样零点a，并在采样零点a之后取得正弦信号的下一个采样零点c，然后在采样零点a和c之间取余弦信号上的采样零点b；然后，通过周期测量法得到采样零点a与b的相位差θ₁，以及采样零点b与c的相位差θ₂，具体如下：

已知光电探测器的采样频率为f_s，则采样时间间隔为：

通过零位信号判断光电编码器存在的零位，从而得到光电编码器周期采样点数为m，则光电编码器周期采样时间T为：

T＝mT_s

又因为光电编码器的原始信号周期数p为已知，则单个原始信号周期时间为：

当光电信号上的两个采样点之间包含n个采样点时，则该两个采样点之间的相位差为：

公式(2)中的n用采样零点a与b之间包含的采样点个数代入，求得的θ_k为相位差θ₁，公式(2)中的n用采样零点b与c之间包含的采样点个数代入，求得的θ_k为相位差θ₂；当光电信号不存在正交性误差时，相位差θ₁和θ₂均为90°，当光电信号存在正交性误差时，则相位差θ₁和θ₂关系变为：

从而得到

公式(3)和公式(4)中，求得的值为正时，代表含正交性误差的余弦信号较理想的余弦信号向左偏，否则含正交性误差的余弦信号较理想的余弦信号向右偏；公式(3)和公式(4)取平均值得光电信号的正交性误差计算公式：

步骤(1)和(2)中，采样零点的选择如下：若相邻两个采样点的光电信号幅值电压为一正一负，则选择两个采样点中光电信号幅值电压绝对值较小的那个采样点为光电信号零点；

(3)对正、余弦信号模型中光电信号质量误差的等幅性误差和正弦性误差进行分离：通过傅里叶求得正弦信号和余弦信号的频谱图，从两张频谱图直接得出正弦信号的基波分量幅值A₁和余弦信号的基波分量幅值A₁+ξ，从而计算出等幅性误差ξ，实现光电信号质量误差的等幅性误差分离；然后，从两张频谱图中得到正弦信号的正弦性误差的谐波分量幅值A₃和A₅，以及余弦信号的正弦性误差的谐波分量幅值B₃和B₅，从而得到正弦信号的正弦性误差A₃sin3θ+A₅sin5θ和余弦信号的正弦性误差B₃cos3θ+B₅cos5θ，实现光电信号质量误差的正弦性误差分离。