本发明属于编码器误差测量，涉及一种基于角域重采样迭代的编码器误差测量方法及系统。
背景技术：
1、编码器主要用来速度测量和定位，在精密制造、汽车工程、铁路船舶等领域有着广泛的应用。编码器误差是衡量编码器性能的重要指标，编码器测量误差对瞬时角速度的测量有着密切的联系，对旋转机械的故障诊断有着重大意义。对编码器进行自校准实现编码器精确测量，可以增强微弱的特征信号成分，从而提高对旋转机械真实运行状况和故障的准确性。
2、光电编码器是一种将角度信号按一定规律转换为易于采集、传输和处理的信号(一般为电信号)，以确定角位移或方位角的器件或装置，它是一种重要的传感器，广泛应用于仪表测量、工业自动化、信号检测、机器人和航空航海等领域。目前，光电编码器按输出信号的性质分为模拟式与数字式两大类，模拟式又分为同步机、分解器、电位器、感应式传感器等；数字式分为脉冲盘式、接触编码式、光电编码式、电磁编码式和感应同步器等。随着科技发展和应用需要，对光电编码器在保证成本的条件下精度有了更高的要求。因此，如何降低干扰提高传感器的输出精度是工程应用中一个重要的问题，需要精准获取光电编码器的误差，才可进行后续误差校正。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于角域重采样迭代的编码器误差测量方法及系统，精准获取光电编码器的误差。
2、为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种基于相位差分角域重采样迭代的编码器误差测量方法，包括如下步骤：
3、s1，通过多个探头获取编码器脉冲解析信号，并得到编码器的时域解析信号；
4、s2，基于步骤s1获得的编码器时域解析信号，进行信号差分，获取编码器含有误差成分的瞬时角速度信号；
5、s3，对步骤s2获得的含有误差成分的瞬时角速度信号进行时域同步平均；
6、s4，对步骤s3获得的时域同步平均后的信号进行积分和校准；
7、s5，对步骤s4中积分和校准后的编码器信号进行角域非线性重采样，获得编码器角域信号；
8、s6，对编码器角域信号进行信号差分，获取编码器含有误差成分的瞬时角速度信号；
9、s7，对步骤s6获得的含有误差成分的瞬时角速度信号进行角域同步平均；
10、s8，对步骤s7获得的角域同步平均后的信号进行积分和校准；
11、s9，对步骤s8积分和校准后的编码器信号进行角域非线性重采样；
12、s10，将步骤s9角域非线性重采样后的编码器角域信号进行角域迭代修正，即重新将角域信号带入步骤s6至步骤s9中进行信号处理，判断是否收敛；如果收敛则输出编码器误差；否则返回步骤s6。
13、本基础方案的工作原理和有益效果在于：通过探头，实现变转速工况下编码器误差自测量，有效的提高编码器测量的精度。先对时域解析信号进行处理，在对角域信号进行处理，利用傅里叶变换的积分性质，对同步平均后的瞬时角速度误差进行积分，获得编码器瞬时角误差。进行有效的误差测量，在低成本低精度编码器的瞬时角速度精确测量方面具有良好的应用前景。
14、进一步，步骤s1中获取时域解析信号的方法如下：
15、测量解调获取的调制相位λ′值包括轴旋转相位λ和由编码器误差引起的相位偏差λd；
16、通过两个探头测得的编码器误差偏差λd1(λ)和λd2(λ)存在角度差δ，对应脉冲调制信号中相位差为nδ，n为编码器的线数，即为一转所发出的脉冲的个数；
17、调制相位中编码器误差成分关系为：
18、
19、其中，λd(λ)为编码器误差；
20、测得编码器方波的时域解析信号a(t)为：
21、
22、其中，p(t)为编码器方波函数，h为希尔伯特变换，i为虚数单位，a(t)为幅值函数，λ′(t)为被调制的相位，为测得的轴转角函数，e为自然常数；
23、两个探头获取的时域解析信号p1(t)，p2(t)为：
24、
25、其中，λ′1(t)与λ′2(t)为测得脉冲信号中以时间t为自变量的时域相位；n为调制频率的阶次，阶次值为0，1，2，……n。
26、计算简单，便于使用。
27、进一步，步骤s2中获取瞬时角速度信号的方法如下：
28、对解析信号进行中心差分并频域解调，编码器间隔角δθ可以近似估算为只包含编码器误差瞬时角度基于中心差分近似计算为：
29、
30、其中，为误差成分的瞬时角速度，n为编码器的线数，ad(t)为双探头编码器脉冲信号的解析差分信号：
31、
32、a1(t)为探头#1的解析信号，a2(t)为探头#2的解析信号，为误差成分的微分解析信号。
33、获取时域内的瞬时角速度信号，利于后续使用。
34、进一步，步骤s3中对含有误差成分的瞬时角速度信号进行时域同步平均的方法为：
35、对含误差成分的瞬时角速度信号进行时域同步平均，以轴旋转周期为平均周期，时域同步平均处理后，编码器瞬时角速度误差为：
36、
37、n＝n1-m+1,n1-m+2,...,n1
38、其中，n为编码器的线数；m为长度；mk为kt/δt的近似取值；k表示次数；t为对编码器瞬时角速度误差中特征周期；δt为采样间隔；n为调制频率的阶次，阶次值为0，1，2，……n；n1为采样点数，为未经时域同步平均处理的编码器瞬时角速度误差的采样序列。
39、对含误差成分的瞬时角速度信号进行时域同步平均加强，便于后续使用。
40、进一步，步骤s4中对时域同步平均后的信号进行积分和校准的方法如下：
41、利用傅里叶变换的积分性质，对时域同步平均后的瞬时角速度误差进行积分，获得编码器瞬时角误差θe(t)为：
42、
43、其中，为傅里叶逆变换，为编码器误差瞬时角速度的频域表达，j为虚数单位，f为频率。
44、利用傅里叶变换的积分性质，对时域同步平均后的瞬时角速度误差进行积分，操作简单。
45、进一步，步骤s5中获得编码器角域信号的方法为：
46、时域中：基于样条插值及获得的编码器角误差θe(t)，进行三次样条曲线插值，获取角域线性且等角间隔的时间序列tinter(n)：
47、tinter(m)＝spline(θcarrier(n),t(n),θinter(m))
48、其中，spline为三次样条插值，θcarrier(n)为载波信号的等时间间隔的角度序列，θinter(m)为等角间隔序列，t(n)为源信号等时间间隔序列；
49、根据差值获得的tinter(m)与θinter(m)的映射关系，对时域信号进行线性角域重采样重构，获得编码器信号的角域信号，即
50、编码器方波的角域解析信号a(θ)为：
51、
52、其中，p(θ)为解析信号的实部表达式，h为希尔伯特变换，i为虚数单位，a(θ)为编码器方波信号的幅值函数，λ′(θ)为编码器方波信号的相位函数，为编码器方波信号的角度函数；
53、两个探头获取的角域解析信号为：
54、
55、其中，λ′1(θ)与λ′2(θ)为测得脉冲信号中以转轴旋转角度θ为自变量的角域相位，n为调制频率的阶次，阶次值为0，1，2，……n。
56、运算简单，便于使用。
57、进一步，步骤s6中获取编码器含有误差成分的瞬时角速度信号为：
58、
59、其中，为编码器含有误差成分的瞬时角速度信号，下标q为第q次迭代，ad(θ)为双探头编码器脉冲信号的解析差分信号的角域：
60、
61、其中，a1(θ)为第一个探头的解析信号的角域表达；a2(θ)为第二个探头的解析信号的角域表达，为解析差分信号的角域的微分解析信号。
62、在角域中，获取编码器含有误差成分的瞬时角速度信号，利于后续使用。
63、进一步，步骤s7中对含有误差成分的瞬时角速度信号进行角域同步平均的方法为：
64、
65、n＝nθ1-m+1,nθ1-m+2,...,nθ1
66、其中，m为长度；n为编码器的线数；nθ1为平均段数；mθk为kθ/δθ的近似取值；为角域同步平均之后含有误差成分的瞬时角速度信号；为未经时域同步平均处理的编码器瞬时角速度误差的采样序列，下标q为第q次迭代，n为调制频率的阶次，阶次值为0，1，2，……n。
67、对含有误差成分的瞬时角速度信号进行角域同步平均加强，便于后续使用。
68、进一步，步骤s8中对角域同步平均后的信号进行积分和校准的方法如下：
69、
70、其中，为傅里叶逆变换，θqe(θ)为编码器瞬时角误差的角域表达式，为编码器瞬时角速度的角域表达式，fθ为角域中频率的表达方式，下标q为第q次迭代，j为虚数单位。
71、利用傅里叶变换的积分性质，对角域同步平均后的瞬时角速度误差进行积分。
72、进一步，步骤s9中对积分和校准后的编码器信号进行角域非线性重采样的方法如下：
73、时域-角域变换非线性插值重构：
74、tq_inter(mθ)＝spline(θq-1_carrier(nθ),tq-1_inter(mθ),θinter(mθ))
75、基于时域-角域变换关系的解析信号的非线性角域重构及重采样：
76、αq_inter(mθ)＝spline(αq-1(mθ),θq-1_inter(mθ),θinter(mθ))
77、其中，spline为三次样条插值，下标q为第q次迭代，θq-1_carrier(nθ)为第q-1次迭代中载波信号的等时间间隔的角度序列，tq_inter(mθ)为第q次迭代中角域线性且等角间隔的时间序列，tq-1_inter(mθ)为第q-1次迭代中角域线性且等角间隔的时间序列；αq_inter(mθ)为角域第q次迭代中插值的编码器方波解析信号；αq-1(mθ)为角域中第q-1次迭代中编码器方波解析信号；θq-1_inter(mθ)为第q-1次迭代中插值的等角间隔序列；θinter(mθ)为角域中等角间隔序列。
78、操作简单，利于使用。
79、进一步，根据获得的编码器误差，并通过测量角度信号获取的编码器误差成分对编码器脉输出角度信号相减消除，最终实现编码器误差校正。
80、获取更准确的编码器误差，利于实现编码器的自校准，提高编码器测量精度。
81、本发明还提供一种基于相位差分角域重采样迭代的编码器误差测量系统，包括码盘，设置在码盘上的至少两个探头，以及处理器，所述处理器的输入端与探头的输出端连接，处理器执行本发明所述方法，进行编码器误差测量。
82、利用该系统，实现编码器误差的精准测量，利于编码器校准。