混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统及方法与流程

本发明属于编码器安装位置误差校正技术领域，具体涉及一种混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统及方法。

背景技术：

在伺服电机控制领域，为了进行位置或速度的精确控制以及提高伺服电机的控制性能，往往需要知道转子的初始位置以及运行过程中的位置及速度信息，这可以通过安装转子位置传感器来获得。其中混合式光电编码器结合了绝对位置光电编码器和增量式位置光电编码器的优点，既提供低分辨率的绝对位置信息，也提供较高分辨率的增量脉冲信号，价格适中，因此在各类需要初始位置信息的伺服电机领域应用广泛。然而，和其他类型的传感器一样，混合式光电编码器在安装时的装配误差会导致伺服电机实际转子位置与通过混合式光电编码器检测到的转子位置之间存在误差，这种检测误差的存在会引起不期望和不可控制的直轴电流，从而影响伺服电机的启动和运行控制的精度，降低控制系统的效率，严重时会造成伺服电机无法起动或反转。

目前对混合式光电编码器安装位置的检测通常采用人工重复实验的方法，调整混合式光电编码器的安装位置，直至满足精度要求，检测成本高、效率低，耗费的人力物力高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理、实现方便且成本低、使用操作方便、适应性强、无需耗费太多的人力物力、实用性强、使用效果好的混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统，其特征在于：包括微处理器和用于对给伺服电机供电的直流母线电流进行实时检测的霍尔电流传感器，所述微处理器的输入端接有A/D转换电路模块，所述A/D转换电路模块的输入端接有用于对霍尔电流传感器输出的信号进行放大调理的电流信号调理电路，所述霍尔电流传感器的输出端与电流信号调理电路的输入端连接，所述微处理器的输出端接有用于驱动装有混合式光电编码器的伺服电机的三相功率驱动器，所述伺服电机与三相功率驱动器的输出端连接。

上述的混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统，其特征在于：所述微处理器为数字信号处理器DSPIC30F4012。

上述的混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统，其特征在于：所述霍尔电流传感器的型号为CSM300B。

上述的混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统，其特征在于：所述三相功率驱动器的型号为IR2130。

本发明还提供了一种方法步骤简单、能够实现对伺服电机的混合式光电编码器安装位置误差补偿值的自动获取、无需耗费太多的人力物力的混合式光电编码器安装误差补偿值确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、安装误差补偿值为零时直流母线电流信号的采集及处理：微处理器设定混合式光电编码器安装误差补偿值DT的初始值为零，控制三相功率驱动器驱动伺服电机旋转；伺服电机旋转过程中，霍尔电流传感器对给伺服电机供电的直流母线电流进行实时检测并将检测到的信号输出给电流信号调理电路，电流信号调理电路对霍尔电流传感器输出的信号进行放大调理后输出给A/D转换电路模块，A/D转换电路模块对其接收到的直流母线电流信号进行采样并转换为数字信号后输出给微处理器，微处理器接收A/D转换电路模块输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值X；

步骤二、安装误差补偿值为安装误差补偿最小角度时直流母线电流信号的采集及处理：微处理器以混合式光电编码器能够辨识的增量脉冲对应的电角度为安装误差补偿最小角度Δ，将安装误差补偿值调整方向F设定为+1，并将安装误差补偿值DT从初始值增大Δ后，接收A/D转换电路模块输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值Y；

步骤三、分情况比较X与Y的大小，进行混合式光电编码器安装误差补偿值的调整，具体过程为：

当F为+1时，比较X与Y的大小；

当X≤Y时，微处理器将Y的值赋给X，将安装误差补偿值DT减小Δ后，更新F值为-1，接收A/D转换电路模块输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

当X>Y时，微处理器将Y的值赋给X，将安装误差补偿值DT增大Δ后，更新F值为+1，接收A/D转换电路模块输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

当F为-1时，比较X与Y的大小；

当X≤Y时，微处理器将X的值赋给Y，将安装误差补偿值DT增大Δ后，更新F值为+1，接收A/D转换电路模块输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

当X>Y时，微处理器将X的值赋给Y，将安装误差补偿值DT增大Δ后，更新F值为-1，接收A/D转换电路模块输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

步骤四、确定最终的混合式光电编码器安装误差补偿值：重复执行步骤三，直至安装误差补偿值DT的值在DT+Δ和DT-Δ间连续出现N次的摆动状态时，将此时的安装误差补偿值DT确定为最终的混合式光电编码器安装误差补偿值；其中，N为正整数且取值为100～350。

上述的方法，其特征在于：步骤一、步骤二和步骤三中所述T的取值为20ms。

上述的方法，其特征在于：步骤二中所述Δ的取值为0.176°。

上述的方法，其特征在于：步骤四中所述N的取值为200。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统的结构简单，设计合理，实现方便且成本低。

2、本发明混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统的使用操作方便。

3、本发明的混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统与方法相结合，能够自动实现混合式光电编码器安装误差的检测及补偿值确定，操作方便，适应性强，特别适合对混合式光电编码器安装误差的批量检测。

4、本发明能够显著简化调整伺服电机的混合式光电编码器安装位置误差的实施步骤，降低调整伺服电机的混合式光电编码器安装位置误差的难度，实现对伺服电机的混合式光电编码器安装位置误差补偿值的自动获取，无需耗费太多的人力物力。

5、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本发明的设计合理，实现方便且成本低，使用操作方便，适应性强，无需耗费太多的人力物力，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统的电路原理框图。

图2为本发明混合式光电编码器安装误差补偿值确定方法的方法流程框图。

附图标记说明:

1—微处理器； 2—A/D转换电路模块； 3—三相功率驱动器；

4—电流信号调理电路； 5—伺服电机； 6—霍尔电流传感器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的混合式光电编码器安装误差补偿值确定系统，包括微处理器1和用于对给伺服电机5供电的直流母线电流进行实时检测的霍尔电流传感器6，所述微处理器1的输入端接有A/D转换电路模块2，所述A/D转换电路模块2的输入端接有用于对霍尔电流传感器6输出的信号进行放大调理的电流信号调理电路4，所述霍尔电流传感器6的输出端与电流信号调理电路4的输入端连接，所述微处理器1的输出端接有用于驱动装有混合式光电编码器的伺服电机5的三相功率驱动器3，所述伺服电机5与三相功率驱动器3的输出端连接。

本实施例中，所述微处理器1为数字信号处理器DSPIC30F4012。

本实施例中，所述霍尔电流传感器6的型号为CSM300B。

本实施例中，所述三相功率驱动器3的型号为IR2130。

具体实施时，所述电流信号调理电路4为由运放TL082构成的放大电路。

本实施例中，所述伺服电机5的型号为GK6105，所述混合式光电编码器的型号为EF36K。

如图2所示，本发明的混合式光电编码器安装误差补偿值确定方法，包括以下步骤：

步骤一、安装误差补偿值为零时直流母线电流信号的采集及处理：微处理器1设定混合式光电编码器安装误差补偿值DT的初始值为零，控制三相功率驱动器3驱动伺服电机5旋转；伺服电机5旋转过程中，霍尔电流传感器6对给伺服电机5供电的直流母线电流进行实时检测并将检测到的信号输出给电流信号调理电路4，电流信号调理电路4对霍尔电流传感器6输出的信号进行放大调理后输出给A/D转换电路模块2，A/D转换电路模块2对其接收到的直流母线电流信号进行采样并转换为数字信号后输出给微处理器1，微处理器1接收A/D转换电路模块2输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值X；具体实施时，所述微处理器1通过内置的PWM模块产生占空比为20％的PWM驱动信号，控制三相功率驱动器3以“三相六状态”模式驱动伺服电机5旋转，即三相功率驱动器3根据微处理器1输出给其的PWM驱动信号，将伺服电机5相应的绕组接入电源正极或电源地，驱动伺服电机5旋转；A/D转换电路模块2以10KHz的采样频率对其接收到的直流母线电流信号进行采样；

步骤二、安装误差补偿值为安装误差补偿最小角度时直流母线电流信号的采集及处理：微处理器1以混合式光电编码器能够辨识的增量脉冲对应的电角度为安装误差补偿最小角度Δ，将安装误差补偿值调整方向F设定为+1，并将安装误差补偿值DT从初始值增大Δ后，接收A/D转换电路模块2输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值Y；

步骤三、分情况比较X与Y的大小，进行混合式光电编码器安装误差补偿值的调整，具体过程为：

当F为+1时，比较X与Y的大小；

当X≤Y时，微处理器1将Y的值赋给X，将安装误差补偿值DT减小Δ后，更新F值为-1，接收A/D转换电路模块2输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

当X>Y时，微处理器1将Y的值赋给X，将安装误差补偿值DT增大Δ后，更新F值为+1，接收A/D转换电路模块2输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

当F为-1时，比较X与Y的大小；

当X≤Y时，微处理器1将X的值赋给Y，将安装误差补偿值DT增大Δ后，更新F值为+1，接收A/D转换电路模块2输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

当X>Y时，微处理器1将X的值赋给Y，将安装误差补偿值DT增大Δ后，更新F值为-1，接收A/D转换电路模块2输出给其的直流母线电流信号的数字值，并求取时间T内的平均值，将求得的结果赋给Y；

步骤四、确定最终的混合式光电编码器安装误差补偿值：重复执行步骤三，直至安装误差补偿值DT的值在DT+Δ和DT-Δ间连续出现N次的摆动状态时，将此时的安装误差补偿值DT确定为最终的混合式光电编码器安装误差补偿值；其中，N为正整数且取值为100～350。

本实施例中，步骤一、步骤二和步骤三中所述T的取值为20ms。

本实施例中，步骤二中所述Δ的取值为0.176°。

本实施例中，步骤四中所述N的取值为200。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。