【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及拉绳编码器动态测量领域，尤其是指一种拉绳编码器主动式误差补偿方法及系统。
技术介绍
1、如图1所示，拉绳编码器100作为一种测量线性运动的位移传感器，通过绕线轮110和编码器120的结合，利用拉绳的伸长量，通过绕线轮110，将直线运动转换成角度，编码器120读取角度信号，计算得出实际测量部件的运动量，具有精度高、输出准确误差小的特点，在工业、机械和医学等方面都有重要的应用。
2、拉绳编码器的测量范围在几百毫米到几十米，在拉绳编码器的生产及使用过程中，尤其是大量程的拉绳编码器，理想情况下测得位移数据应该为l，但在实际测量时，拉绳会因受到的加速度冲击力、工作温度变化以及准直等问题出现变形、悬垂等问题，测得的位移值变成了 l，因此降低了测量精度，如图2所示。为了降低外界环境和使用条件等带来的影响，如何提高拉绳编码器的测量精度，成为行业内叩待解决的问题。
技术实现思路
1、为解决拉绳编码器的拉绳因拉力、工作温度变化以及安装角度等因素出现变形、悬垂导致测量精度降低的问题，本专利技术提供了一种拉绳编码器主动式误差补偿方法，该方法包括以下步骤：
2、s1：收集拉绳编码器工作的状态数据以及温度数据；其中，所述状态数据包括拉绳编码器的安装角度数据以及拉绳所受的拉力；
3、s2：基于位移实际值、所述状态数据以及所述温度数据，建立所述位移实际值和位移理论值之间的关系式，计算得到所述位移理论值，将所述位移理
4、其中，所述位移实际值为发生形变的拉绳长度，所述位移理论值为未发生形变的拉绳长度。
5、在本专利技术的一个实施例中，s2中，所述位移理论值的计算方法包括：
6、编码器工作温度变化在可控范围之外时，根据所述温度数据计算出位移理论值；
7、编码器工作温度变化在可控范围内时，仅考虑所述状态数据导致拉绳出线产生形变的情况下，根据所述状态数据得到位移理论值和位移实际值之间的关系表达式，并基于所述关系表达式计算出位移理论值。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述可控范围是指编码器的工作温度变化不会导致拉绳产生形变的数据范围。
9、在本专利技术的一个实施例中，编码器工作温度变化在可控范围之外时，所述位移理论值l的计算公式为：（1）
10、其中， σ表示拉绳的温度影响系数，δ t表示编码器工作中产生的温差， lt表示受温度影响产生形变后的拉绳长度。
11、在本专利技术的一个实施例中，编码器工作温度变化在可控范围内时，仅考虑所述状态数据导致拉绳出线产生形变的情况下，所述位移理论值的计算方法为：
12、当拉绳编码器为水平安装，即安装角度 θ=0时，位移理论值l的计算公式为：(2)
13、其中， x表示半幅拉绳弧长 l的水平位移， ρ为拉绳的线密度，g表示重力加速度，t表示施加在拉绳上的拉力；
14、当拉绳编码器的安装角度时，位移理论值l2的计算公式为：(3)
15、其中，l表示在安装斜面加入虚拟延长线后斜面的总位移理论值，表示虚拟延长线斜面的位移理论值，表示悬链总弧长。
16、在本专利技术的一个实施例中，所述悬链总弧长是由虚拟延长线构成的悬链弧长和位移实际值之和得到。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述虚拟延长线斜面的位移理论值l1的计算方法为：
18、建立xoy坐标系，将拉绳编码器出绳的位置记作(x1,y1)，以出绳方向反向作虚拟延长线至(0,0)点，点(x1,y1)的斜率为：(4)
19、因此，得到虚拟延长线构成的悬链弧长：(5)
20、得到虚拟延长线斜面上的位移理论值为：(6)。
21、在本专利技术的一个实施例中，所述半幅拉绳弧长 l的水平位移 x的获取方法为：已知施加在拉绳上的拉力t与水平方向上的夹角为 α，对施加在拉绳上的拉力t作受力分析：
22、拉绳在竖直方向上所受的作用力：(7)
23、拉绳在水平方向上所受的作用力：(8)
24、则有：(9)
25、(10)
26、(11)
27、利用微积分表示半幅拉绳弧长 l：
28、(12)
29、整理可得：(13)
30、令，再对 w求 x的导得：(14)
31、进而对公式两端求积分得到：(15)
32、由上式得到：，为常数，由于当 x=0时，斜率，即 w=0，由此可得到，则：(16)
33、对上式进行积分，则有：，为常数，当时，，可以得出，最终得到拉绳方程为：
34、(17)
35、由公式(13)和公式(17)，得到半幅拉绳弧长 l：
36、(18)
37、由公式(18)推出：(19)
38、将公式(10)代入公式(19)得到所述半幅拉绳弧长 l的水平位移 x：(20)
39、其中， ρ为拉绳的线密度，g为重力加速度，fh为绳受力水平分量。
40、基于同样的专利技术构思，本专利技术还提供一种拉绳编码器主动式误差补偿系统，该系统包括以下模块：
41、数据获取模块，用于收集拉绳编码器工作的状态数据以及温度数据；其中，所述状态数据包括拉绳编码器的安装角度数据以及拉绳所受的拉力；
42、误差补偿模块，用于基于位移实际值、所述状态数据以及所述温度数据，建立所述位移实际值和位移理论值之间的关系式，计算得到所述位移理论值，将所述位移理论值作为修正值输出，进行误差补偿；
43、其中，所述位移实际值为发生形变的拉绳长度，所述位移理论值为未发生形变的拉绳长度。
44、本专利技术还提供一种拉绳编码器，包括：所述的拉绳编码器主动式误差补偿系统、控制模块、力传感器、陀螺仪和温度传感器；其中，所述控制模块利用所述拉绳编码器主动式误差补偿系统对所述力传感器、所述陀螺仪和所述温度传感器测量的数据进行处理。
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1.一种拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：所述可控范围是指编码器的工作温度变化不会导致拉绳产生形变的数据范围。
4.根据权利要求2所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：编码器工作温度变化在可控范围内时，仅考虑所述状态数据导致拉绳出线产生形变的情况下，所述位移理论值的计算方法为：
6.根据权利要求5所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：所述悬链总弧长是由虚拟延长线构成的悬链弧长和位移实际值之和得到。
7.根据权利要求6所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：所述虚拟延长线斜面的位移理论值L1的计算方法为：
8.根据权利要求5所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：所述半幅拉绳弧长l的水平位移x的获取方法为：已知施加在拉绳上的拉力T与水平方向上
9.一种拉绳编码器主动式误差补偿系统，其特征在于，包括以下模块：
10.一种拉绳编码器，其特征在于，包括：如权利要求9所述的拉绳编码器主动式误差补偿系统、控制模块、力传感器、陀螺仪和温度传感器；其中，所述控制模块利用所述拉绳编码器主动式误差补偿系统对所述力传感器、所述陀螺仪和所述温度传感器测量的数据进行处理。
...【技术特征摘要】
1.一种拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：所述可控范围是指编码器的工作温度变化不会导致拉绳产生形变的数据范围。
4.根据权利要求2所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：编码器工作温度变化在可控范围内时，仅考虑所述状态数据导致拉绳出线产生形变的情况下，所述位移理论值的计算方法为：
6.根据权利要求5所述的拉绳编码器主动式误差补偿方法，其特征在于：所述悬链总弧长是由虚拟延长线构成的悬链弧长和位...
【专利技术属性】
技术研发人员：金丹，陈军，胡广，胡兴春，严金荣，
申请(专利权)人：科瑞工业自动化系统苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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