[發明專利]一種單軌道絕對式光電編碼器的碼盤構造方法

有效

• 申請號: 201711445702.0
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108106647B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 鄭博元;徐永向;鄒繼斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01D5/347
• 分類號: G01D5/347
• 代理公司: 23206 哈爾濱龍科專利代理有限公司
• 代理人: 高媛

一種單軌道絕對式光電編碼器的碼盤構造方法，屬于電機控制領域。所述方法為通過編程，在已知探頭數和分辨率的條件下，首先構造出一個碼字個數為k的單軌道格雷碼，并用所構造的碼字個數為k的單軌道格雷碼來構造碼字個數為n×k的單軌道格雷碼，在構造出對應的碼字后，通過一個探頭在一個周期內讀取的脈沖來計算出碼盤的遮光光柵與透光光柵所占的角度，從而設計碼盤，進而完成對編碼器的設計。本發明的優點是：設計的編碼器由于碼字是角度的單值函數，使得二者之間有著對應關系，由碼字可直接得出對應的角度，省去了計算過程，而且掉電無需對編碼器進行重新設置，并改善了絕對式編碼器計數過程中由于分辨率增加帶來的尺寸增大、誤差積累等問題。

技術領域

本發明屬于電機控制領域，具體涉及一種單軌道絕對式光電編碼器的碼盤構造方法。

背景技術

光電軸角編碼器，也被稱為光電角位置傳感器，是在電力傳動領域中用于測量電機的位置與轉子轉速的核心部件，其以高精度計量光柵為檢測元件，通過光電轉換，將所得到的角位置信息轉換為數字信號，并與CPU相連接，從而計算出相應的位置信息與速度信息。光電編碼器的精度直接決定了控制系統的控制效果與控制精度。

目前廣泛在電機控制系統中使用的光電編碼器可主要分為兩類，分別是增量式編碼器和絕對式編碼器。增量式編碼器的碼盤如圖1所示，其刻線間距均等，即在每個刻線間的分辨區間都可以輸出一個計數脈沖信號。其優點在于較為小型化且其結構簡單，但是掉電后有數據損失，且其誤差會積累。而絕對式光電編碼器可以使軸角位置為輸出編碼的單值函數，從而避免了掉電后再標定與積累誤差的存在，其碼盤如圖2所示，但是由圖2可知，絕對式編碼器的結構較為復雜，隨著分辨率的升高軌道數也升高，較難實現小型化。因而現階段光電編碼器很難同時滿足結構簡單、容錯率高、隨機誤差小、無累積誤差的特點，因而光電編碼器也成為了一個限制電機控制精度的關鍵因素。

單軌道格雷碼也被稱作反射二進制碼（RBC），是一種基于二進制系統的編碼方式。其相對于傳統編碼方式的特點是相鄰的編碼有且只有一位不同，這為減小讀數誤差與判斷是否出現讀數錯誤提供了很大的便利。單軌道格雷碼（single track grey code）是一種基于格雷碼的編碼方式，其基本思想是通過旋轉多軌道格雷碼編碼器的一條軌道與對應的探頭來使得兩條軌道的遮光區域與透光區域相同，從而將這兩條軌道合并為一條，從而減少軌道數。對于其實現方式，現有數學理論給出了一種長格雷碼可由其初始碼字與一個相對短的格雷碼的構造方式，但是對于如何尋找短的格雷碼以及如何尋找初始碼字沒有進行解釋，這也限制了單軌道編碼器的發展。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統編碼器無法同時滿足結構簡單、容錯率高、隨機誤差小、無累計誤差，單軌道格雷碼存在著理論難度難以在實際中應用的問題，提供一種單軌道絕對式光電編碼器的碼盤構造方法，為具體說明，提供了一種分辨率為0.5度的單軌道絕對式編碼器的設計方法，該方法在保留簡單結構的同時增強了數據的準確性并避免了積累誤差的產生，并且在掉電后無需重新配置。涉及的是電機控制領域中依據檢測量對電機轉子位置與轉速進行計算的測量裝置，具體涉及一種通過所選擇的一個合適的編碼器分辨率與探頭數，利用所編寫的程序來構造碼盤的單軌道絕對式編碼器實現方式，可以解決編碼器尺寸與分辨率之間的矛盾，并大幅度減小出現錯碼的幾率，并可手動調整分辨率，具有極高的應用價值與經濟價值。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種單軌道絕對式光電編碼器的碼盤構造方法，所述方法為：通過編程，在已知探頭數為n，分辨率為n×k的條件下，首先構造出一個碼字個數為k的單軌道格雷碼，并用所構造的碼字個數為k的單軌道格雷碼來構造碼字個數為n×k的單軌道格雷碼，在構造出對應的碼字后，通過一個探頭再提取全部的n×k個碼字中的同一碼位的數據來計算出碼盤的遮光光柵與透光光柵所占的角度，從而設計碼盤，進而完成對編碼器的的格雷碼設計。

本發明相對于現有技術的有益效果是：