一种角度编码器的标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种角度编码器的标定方法及装置，方法包括控制步进电机分步旋转不少于360度，通过高精度编码器和待标定的角度编码器分步采集所述步进电机旋转指定角度后的角度数据得到多个角度数据组，初始化设置误差因子并生成多个误差因子组，将误差因子组作为粒子通过粒子群算法根据前述角度数据组选择最优的误差因子组作为标定结果输出；装置包括主机、步进电机控制器和底座支架，底座支架上设有步进电机和高精度编码器，步进电机上的输出轴且分别与角度编码器、高精度编码器相连，高精度编码器、角度编码器分别与主机相连，步进电机控制器与步进电机相连。本发明专利技术具有标定精度高、标定成本低、标定所需数据量少、标定速度快的优点。

【技术实现步骤摘要】
—种角度编码器的标定方法及装置
本专利技术涉及高精度角度测量技术，具体涉及一种角度编码器的标定方法及装置。
技术介绍
汽车和工业领域上采用的角度传感器主要有基于磁力线测量技术的霍尔和磁阻角度编码器，以及光电开关原理的绝对和相对角度编码器。光电编码器的测量精度可以做到很高，但是基于光电原理的绝对角度编码器在输出绝对角度时以编码形式传输，处理较复杂，成本也较高。传统的基于霍尔或磁阻的角度编码器多通过使齿轮盘上的齿轮带有磁性，通过采集齿轮旋转带来的磁力线变化测量角度，难以实现绝对角度测量，安装需要较大空间且测量精度也不高。霍尔器件由于其非接触式测量，低功耗高精度等方面的优势，在控制系统中得到了广泛的应用。而传统的线性霍尔传感器采用平面霍尔技术，仅仅能够感应垂直于芯片表面的磁场强度。新型的基于hall盘的角度编码器通过垂直对置的两对或多对霍尔盘测量水平旋转的单极性磁体，通过不同对霍尔盘上的正弦电压来计算绝对角度。这种方法安装简单，空间要求小，成本也低。但是，受到了测量精度的影响。通过应用CMOS芯片表面沉积的集磁材料IMC(Integrated Magneto-Concentrator),调理通过霍尔盘上的磁路是提高传感器的精度的有效途径之一。但是，由于采用正交的电信号进行测量，IMC材料也存在饱和问题，三轴霍尔传感器非常容易引入系统误差。现有技术的角度编码器的标定方法是角度编码器组装完成后，通过与高精度编码器的对比测量获取其工作误差，并根据误差对角度编码器的实际测量值进行修正，从而达到提高角度编码器检测精度的目的。但是，现有技术的角度编码器的标定方法的误差是简单测量得出来的，因此导致其工作误差的获取并不精确，直接影响到了角度编码器的测量精度。因此，为了提高角度编码器的检测精度，如何针对角度编码器的标定完成高精确度的标定，已经称为角度编码器在应用过程中一项亟待解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种标定精度高、标定成本低、标定所需数据量少、标定速度快的角度编码器的标定方法及装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为:一种角度编码器的标定方法，其实施步骤如下:I)通过步进电机驱动待标定的角度编码器以指定角度逐步旋转完成不少于360度的转动，通过与步进电机输出轴相连的高精度编码器获取待标定的角度编码器在每一个指定角度的位置输出的多个角度数据，将多个角度数据与对应的指定角度的位置关联作为一个角度数据组，最终得到分别对应每一个指定角度的位置的多个角度数据组；2)初始化设置六个误差因子的步长、最大值、最小值，所述六个误差因子包括角度编码器的X轴偏移、X轴失配、y轴偏移、y轴失配、相位偏移和磁场强度，其中，X轴偏移用于表征角度编码器输出信号电压幅值上的X轴偏差，y轴偏移用于表征角度编码器输出信号电压幅值上的y轴偏差，X轴失配用于表征角度编码器输出信号在放大过程中的X轴偏差，y轴失配用于表征角度编码器输出信号在放大过程中的I轴偏差，相位偏移用于表征角度编码器输出信号在放大过程以及信号处理中引入的相位偏移，磁场强度用于表征作用在角度编码器的传感器芯片上的磁场强度；3)根据所述六个误差因子的步长、最大值、最小值生成多个误差因子组，将每一个所述误差因子组作为粒子群算法的粒子群中的一个粒子，通过粒子群算法根据每一个角度数据组对所有误差因子组进行迭代运算选择最优的误差因子组作为标定结果输出。进一步地，所述步骤I)的具体步骤如下:1.1)定时采集待标定的角度编码器输出的角度数据；同时通过步进电机以指定角度旋转待标定的角度编码器，同时通过与步进电机输出轴相连的高精度编码器采集步进电机旋转的角度数据，在每一个指定角度的位置采集得到待标定的角度编码器输出的多个角度数据，将多个角度数据与对应的指定角度的位置关联作为一个角度数据组；1.2)根据高精度编码器输出的角度数据判断步进电机是否已完成旋转，如果已完成，则跳转执行步骤1.3)，否则跳转执行步骤1.1)；1.3)判断得到的每一个角度数据组是否稳定，如果角度数据组中的多个角度数据存在抖动，则将角度数据组中抖动的角度数据视为废数据进行丢弃；最终跳转执行步骤1.4)；1.4)判断得到的角度数据组的数量是否已经满足要求，如果满足要求则跳转执行步骤2)，否则跳转执行步骤1.1)。进一步地，所述步骤3)的详细步骤如下:3.1)随机取得粒子群的初始位置和速度；3.2)根据所述六个误差因子的步长、最大值、最小值生成多个误差因子组，将每一个所述误差因子组作为粒子群算法的粒子群中的一个粒子，误差因子组中每一个误差因子的值表示为粒子的位置，误差因子组中每一个误差因子的变化值表示为粒子的速度，根据式(I)采用新的速度更新位置；Vij (K+1) = WVij.⑷ +Cf1 (Pij ⑷-Xij ⑷)+c2r2 (Pgj ⑷-Xij ⑷)(I)式⑴中，Vij(IM)表示下一时刻粒子速度，Vij (K)表示当前时刻粒子速度，Xij (K)表示当前时刻粒子位置，K为迭代次数，W为惰性因子和C2为加速常数，A和r2为O或I的随机数，Pij(K)表示全局最优位置，即计算过的所有参数组中使得误差之差为最小值的误差因子组，Pd(K)为局部最优位置即当前粒子群中使得误差之差为最小值的误差因子组，i为粒子标示，N为粒子群内粒子个数，j为误差因子组中分别对应六个误差因子的序号，j有I~6共六个取值，分别对应着六个误差因子；惰性因子W的表达式如式(2)表示；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角度编码器的标定方法，其特征在于实施步骤如下：1)通过步进电机驱动待标定的角度编码器以指定角度逐步旋转完成不少于360度的转动，通过与步进电机输出轴相连的高精度编码器获取待标定的角度编码器在每一个指定角度的位置输出的多个角度数据，将多个角度数据与对应的指定角度的位置关联作为一个角度数据组，最终得到分别对应每一个指定角度的位置的多个角度数据组；2)初始化设置六个误差因子的步长、最大值、最小值，所述六个误差因子包括角度编码器的x轴偏移、x轴失配、y轴偏移、y轴失配、相位偏移和磁场强度，其中，x轴偏移用于表征角度编码器输出信号电压幅值上的x轴偏差，y轴偏移用于表征角度编码器输出信号电压幅值上的y轴偏差，x轴失配用于表征角度编码器输出信号在放大过程中的x轴偏差，y轴失配用于表征角度编码器输出信号在放大过程中的y轴偏差，相位偏移用于表征角度编码器输出信号在放大过程以及信号处理中引入的相位偏移，磁场强度用于表征作用在角度编码器的传感器芯片上的磁场强度；3)根据所述六个误差因子的步长、最大值、最小值生成多个误差因子组，将每一个所述误差因子组作为粒子群算法的粒子群中的一个粒子，通过粒子群算法根据每一个角度数据组对所有误差因子组进行迭代运算选择最优的误差因子组作为标定结果输出。...

【技术特征摘要】
1.一种角度编码器的标定方法，其特征在于实施步骤如下: 1)通过步进电机驱动待标定的角度编码器以指定角度逐步旋转完成不少于360度的转动，通过与步进电机输出轴相连的高精度编码器获取待标定的角度编码器在每一个指定角度的位置输出的多个角度数据，将多个角度数据与对应的指定角度的位置关联作为一个角度数据组，最终得到分别对应每一个指定角度的位置的多个角度数据组； 2)初始化设置六个误差因子的步长、最大值、最小值，所述六个误差因子包括角度编码器的X轴偏移、X轴失配、y轴偏移、y轴失配、相位偏移和磁场强度，其中，X轴偏移用于表征角度编码器输出信号电压幅值上的X轴偏差，y轴偏移用于表征角度编码器输出信号电压幅值上的I轴偏差，X轴失配用于表征角度编码器输出信号在放大过程中的X轴偏差，y轴失配用于表征角度编码器输出信号在放大过程中的y轴偏差，相位偏移用于表征角度编码器输出信号在放大过程以及信号处理中引入的相位偏移，磁场强度用于表征作用在角度编码器的传感器芯片上的磁场强度； 3)根据所述六个误差因子的步长、最大值、最小值生成多个误差因子组，将每一个所述误差因子组作为粒子群算法的粒子群中的一个粒子，通过粒子群算法根据每一个角度数据组对所有误差因子组进 行迭代运算选择最优的误差因子组作为标定结果输出。2.根据权利要求1所述的角度编码器的标定方法，其特征在于，所述步骤I)的具体步骤如下: 1.1)定时采集待标定的角度编码器输出的角度数据；同时通过步进电机以指定角度旋转待标定的角度编码器，同时通过与步进电机输出轴相连的高精度编码器采集步进电机旋转的角度数据，在每一个指定角度的位置采集得到待标定的角度编码器输出的多个角度数据，将多个角度数据与对应的指定角度的位置关联作为一个角度数据组； 1.2)根据高精度编码器输出的角度数据判断步进电机是否已完成旋转，如果已完成，则跳转执行步骤1.3)，否则跳转执行步骤1.1)； 1.3)判断得到的每一个角度数据组是否稳定，如果角度数据组中的多个角度数据存在抖动，则将角度数据组中抖动的角度数据视为废数据进行丢弃；最终跳转执行步骤1.4)； 1.4)判断得到的角度数据组的数量是否已经满足要求，如果满足要求则跳转执行步骤2)，否则跳转执行步骤1.1)。3.根据权利要求1或2所述的角度编码器的标定方法，其特征在于，所述步骤3)的详细步骤如下: 3.1)随机取得粒子群的初始位置和速度； 3.2)根据所述六个误差因子的步长、最大值、最小值生成多个误差因子组，将每一个所述误差因子组作为粒子群算法的粒子群中的一个粒子，误差因子组中每一个误差因子的值表示为粒子的位置，误差因子组中每一个误差因子的变化值表示为粒子的速度，根据式(I)采用新的速度更新位置； Vij (K+1) = WVij (K) +Cf1 (Pij (K) -Xij.(K)) +c2r2 (Pgj (K) -Xij.(K)) (I) 式⑴中，Vij (K+1)表示下一时刻粒子速度，Vij (K)表示当前时刻粒子速度，Xij (K)表示当前时刻粒子位置，K为迭代次数，W为惰性因子K1和C2为加速常数，A和r2为O或I的随机数，Pu (K)表示全局最优位置，即计算过的所有参数组中使得误差之差为最小值的误差因子组，Pgj(K)为局部最优位置即当前粒子群中使得误差之差为最小值的误差因子组，i为粒子标示，N为粒子群内粒子个数，j为误差因子组中分别对应六个误差因子的序号，j有1~6共六个取值，分别对应着六个误差因子；惰性因子w的表达式如式(2)表示；4.一种角度编码器的标定装置，其特征在于包括: 角度数据组采集单元，用于通过步进电机驱动待标定的角度编码器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王耀南，孟步敏，申永鹏，刘东奇，皮钒，卢月红，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43