支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法与设备与流程

1.本发明涉及一种支持大幅度多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法与设备，属于编码器技术领域。


背景技术：

2.旋转编码器是一种测量旋转轴位置或转速的装置，按编码形式可分为增量式和绝对值式，按计圈方式可分为单圈和多圈。电子多圈编码器由于计圈范围大、使用更灵活、结构简单、成本低等优势，应用较为广泛，其缺点是断电后如果发生一定位移时则可能产生误差。为实现位移校正，电子多圈可由单圈绝对值编码器加辅助计圈装置构成，通常要带后备电源供电，以保证断电后发生多圈位移输出正常。
3.本技术人的在先中国专利申请cn202211308522.9公开了一种单圈绝对值编码器断电校正方法，在不需要配置备用电源情况下，能够在编码器断电后重新上电时进行位置校正，保证重新上电时准确的位置数据。该方法能够动态设置断电位移范围,在编码器断电后重新上电时进行位置校正,编码器无电期间最大单向位移范围可以达到编码分辨率(单圈总线数)减一。但是对于一些惯性大的转轴丝杠等系统，突然断电后转动轴位移超过一圈，在先申请的断电校正方法难以适用这样的情形，所以仍有必要对突然断电后可能发生大幅度多圈位移的系统中编码器断电校正方法进行进一步研究。


技术实现要素：

4.发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种支持大幅度多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法与设备，不采用任何备用电源或电池，能够对编码器在断电后重新上电时进行校正，且适用于惯性大突然断电后可能发生大幅度位移的情形，进一步扩大单圈绝对值编码的应用范围。
5.技术方案：为实现上述发明目的，本发明提供的一种支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，包括如下步骤：
6.标定编码器驱动轴转速和驱动轴动力断电后编码器的位移总线数，记录标定的转速ω0和对应的断电位移总线数f0；
7.获取记录的编码器断电瞬间的瞬时速度ω1、旋转方向、断电时圈数n和断电时圈内编码读数α；
8.获取记录的编码器重新上电瞬间的圈内编码读数β；
9.根据标定的转速ω0、断电位移总线数f0，以及断电时瞬时速度ω1确定实际断电后位移总线数f1，并结合编码器单圈总线数q确定圈数变化整数量δn和圈内线数余量
10.根据断电时圈内编码读数α、上电时圈内编码读数β以及圈内线数余量的关系对圈数变化整数量进行校正，结合断电时圈数n以及校正后的圈数变化整数量δm得到校正后的上电时圈数m。
11.具体地，所述标定编码器驱动轴转速和驱动轴动力断电后编码器的位移总线数，
采用单点标定或多点标定；所述单点标定是选择一种驱动轴转速，记录对应的断电后编码器的位移总线数；所述多点标定是记录不同驱动轴转速下的断电后编码器的位移总线数。
12.作为优选，计算断电后位移总线数的公式为：
13.具体地，在f1》t，断电瞬间旋转方向与编码数值增大方向相同时：
14.δn＝f1/q，/和％分别表示对除数取整和取余；
15.若并且β《q/r，则δm＝δn+1；
16.若并且β》(r-1)q/r，则δm＝δn-1；
17.其余情况，δm＝δn；
18.其中t≥(r-1)q/r，为预设的阈值，r≥2为预设的常数，用于控制误差范围。
19.在f1》t，断电瞬间旋转方向与编码数值减小方向相同时：
20.δn＝-(f1/q)，
21.若且β《q/r，则δm＝δn+1；
22.若且β》(r-1)q/r，则δm＝δn-1；
23.其余情况，δm＝δn。
24.具体地，校正后的上电时圈数m＝n+δm；重新上电瞬间编码器的准确位置为m
×
q+β。
25.进一步地，在f1≤(r-1)q/r时，根据断电时圈数n、断电时圈内编码读数α、上电时圈内编码读数β以及设置的位移分界线数对上电时圈数m进行校正。
26.具体地，当的方向预设为与编码数值减小方向相同时，若且则m＝n+1；若且则m＝n-1；其余情况m＝n；当的方向预设为与编码数值增大方向相同时，若且则m＝n+1；若且则m＝n-1；其余情况m＝n。
27.进一步地，当预设编码数值减小方向的时，若β《α；则m＝n+1；否则m＝n；当预设编码数值增大方向的时，若β》α，则m＝n-1；否则m＝n。
28.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现上述支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法。
29.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明提供的编码器断电校正方法，通过标定编码器的转速和断电后位移总线数，能够根据断电瞬间的瞬时速度预估实际断电后位移总线数，从而初步估计断电后的圈数变化量和圈内位移线数余量，并进一步结合断电前的圈内编码读数、上电时圈内编码读数以及位移线数余量对圈数变化量进行校正，计算出准确的圈数变化量，从而得到断电后重新上电时编码器的准确位置。本发明针对大惯量系统突然断电时发生大幅度多圈位移的情况给出了解决办法，准确地校正了编码器断电后的位移，进一步扩展了单圈绝对值编码器的使用场合。
附图说明
30.图1是本发明实施例的方法流程图。
31.图2是本发明实施例一中断电瞬间旋转方向与编码数值增大方向相同时δm＝δn+1情形示意图。
32.图3是本发明实施例一中断电瞬间旋转方向与编码数值增大方向相同时δm＝δn-1情形示意图。
33.图4是本发明实施例一中断电瞬间旋转方向与编码数值减小方向相同时δm＝δn+1情形示意图。
34.图5是本发明实施例一中断电瞬间旋转方向与编码数值减小方向相同时δm＝δn-1情形示意图。
35.图6是本发明实施例二中设置向后位移分界线数的情形示意图；(a)中m＝n+1，(b)中m＝n-1。
36.图7是本发明实施例二中设置向前位移分界线数的情形示意图；(a)中m＝n+1，(b)中m＝n-1。
具体实施方式
37.下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
38.实施例一
39.如图1所示，本发明实施例公开的一种支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，首先标定编码器驱动轴转速和驱动轴动力断电后编码器的位移总线数，记录标定的转速ω0和对应的断电位移总线数f0；然后获取记录的编码器断电瞬间的瞬时速度ω1、旋转方向、断电时圈数n和断电时圈内编码读数α；并获取记录的编码器重新上电瞬间的上电时圈内编码读数β；接着根据标定的转速ω0、断电位移总线数f0，以及断电时瞬时速度ω1确定实际的断电后位移总线数f1，并结合编码器单圈总线数q确定圈数变化整数量δn和圈内线数余量最后根据断电时圈内编码读数α、上电时圈内编码读数β以及圈内线数余量的关系对圈数变化整数量进行校正，结合断电时圈数n以及校正后的圈数变化整数量δm得到校正后的上电时圈数m。
40.具体地，标定编码器驱动轴转速和驱动轴动力断电后编码器的位移总线数，实际上就是标定编码器的转速和编码器断电后的位移总线数，标定可以选用多种方式。可以采用单点标定，例如可以选择将驱动转速调整到最高，然后记录断电后编码器的位移总线数。也可以采用多点标定，记录不同速度下的断电后编码器的位移总线数，在运算时选取最接近当前转速的标定转速以减小运算误差。由于本发明采用了校正纠错算法，标定编码器时在不同速度的位移总线数时产生的误差以及计算时产生的误差不影响校正结果的正确性。
41.由于断电后驱动编码器的驱动轴是刹车过程，合外力矩不变化，所以从断电时的瞬时速度到终点速度0可以视为匀减速过程。
42.根据γ＝j
×
γ；其中，γ表示合外力矩，h为转动惯量，γ表示角加速度。
43.44.同理：
45.编码器断电后位移总线数为：
46.根据标定转速ω0和标定转速时断电后位移总线数f0，编码器断电时的瞬时速度ω1应用上面算式得到结果f1。再除以编码器单圈总线数q得到整数和余数，从而判断重新上电后编码器圈数的变化。
[0047][0048][0049]
式中，/和％分别表示对除数取整和取余。
[0050]
根据编码器断电时的圈内编码读数α和恢复供电时的圈内编码读数β校正δn的误差。下面运算取值误差范围为将编码器分辨率按三等分取值，可设定其它取值范围，比如取值编码器分辨率四等分等。
[0051]
如图2、3所示，当断电瞬间旋转方向与编码数值增大方向相同时：
[0052]
若并且β《q/3，则δm＝δn+1；
[0053]
若并且β》2q/3，则δm＝δn-1；
[0054]
其余情况，δm＝δn。
[0055]
如图4、5所示，当断电瞬间旋转方向与编码数值减小方向相同时：
[0056]
此时δn、为负数，即
[0057][0058][0059]
若且β《q/3，则δm＝δn+1；
[0060]
若且β》2q/3，则δm＝δn-1；
[0061]
其余情况，δm＝δn。
[0062]
由此可得，编码器重新上电校正后的圈数m＝n+δm。进而可以根据编码器恢复供电时的圈内编码读数β和上电校正后的圈数m及编码器单圈总线数q共同确定校正后编码器恢复供电后的准确位置为m
×
q+β。
[0063]
通过采用设定的误差范围校正计算，编码器速度标定过程中和运算过程中产生的测量和计算误差不影响校正结果的准确性。
[0064]
本实施例用于编码器断电后由于惯性作用位移幅度大(根据瞬时速度判断电后位移总线数超过预设的阈值t，一般情况下阈值t可以取值2q/3(以三等分为例)，具体取值可以根据校正精度进行调整)、相对断电时的位置不会产生和运动方向相反向位移的情景(相当于下面实施例中设置和运转方向相反的方向的位移分界线数)。
[0065]
实施例二
[0066]
当根据运转速度粗略判断断电位移小于等于预设的阈值(如2q/3)时，可采用专利申请cn202211308522.9公开的单圈绝对值编码器断电校正方法，通过设置向前(编码数值增大方向)或向后(编码数值减小方向)的位移分界线数根据断电时圈数n、断电时圈内编码读数α、上电时圈内编码读数β以及位移分界线数对上电时圈数m进行校正。
[0067]
具体地，如图6，当的方向预设为与编码数值减小方向相同时，若且则m＝n+1；若且则m＝n-1；其余情况m＝n。
[0068]
如图7，当的方向预设为与编码数值增大方向相同时，若且则m＝n+1；若且则m＝n-1；其余情况m＝n。
[0069]
此外，当预设编码数值减小方向的时，若β《α；则m＝n+1；否则m＝n；当预设编码数值增大方向的时，若β》α，则m＝n-1；否则m＝n。
[0070]
例如，选择12位编码器，编码器单圈总线数q＝4096。α、β、的运算单位都是线数。预设的方向为编码数值减小方向。编码器断电时的位置为sq＝n
×
4096+α；当且时，m＝n+1；当且且时，m＝n-1；其余所有情况m＝n。编码器上电校正后的位置为s
x
＝m
×
4096+β。
[0071]
实施例三
[0072]
本发明实施例提供的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被加载至处理器时实现前述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法的步骤。

技术特征：
1.一种支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，包括如下步骤：标定编码器驱动轴转速和驱动轴动力断电后编码器的位移总线数，记录标定的转速ω0和对应的断电位移总线数f0；获取记录的编码器断电瞬间的瞬时速度ω1、旋转方向、断电时圈数n和断电时圈内编码读数α；获取记录的编码器重新上电瞬间的圈内编码读数β；根据标定的转速ω0、断电位移总线数f0，以及断电时瞬时速度ω1确定实际断电后位移总线数f1，并结合编码器单圈总线数q确定圈数变化整数量δn和圈内线数余量根据断电时圈内编码读数α、上电时圈内编码读数β以及圈内线数余量的关系对圈数变化整数量进行校正，结合断电时圈数n以及校正后的圈数变化整数量δm得到校正后的上电时圈数m。2.根据权利要求1所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，所述标定编码器驱动轴转速和驱动轴动力断电后编码器的位移总线数，采用单点标定或多点标定；所述单点标定是选择一种驱动轴转速，记录对应的断电后编码器的位移总线数；所述多点标定是记录不同驱动轴转速下的断电后编码器的位移总线数。3.根据权利要求1所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，计算断电后位移总线数的公式为：4.根据权利要求1所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，在f1>t，断电瞬间旋转方向与编码数值增大方向相同时：δn＝f1/q，/和％分别表示对除数取整和取余；若并且β<q/r，则δm＝δn+1；若并且β>(r-1)q/r，则δm＝δn-1；其余情况，δm＝δn；其中t≥(r-1)q/r，为预设的阈值，r≥2为预设的常数，用于控制误差范围。5.根据权利要求1所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，在f1>t，断电瞬间旋转方向与编码数值减小方向相同时：δn＝-(f1/q)，/和％分别表示对除数取整和取余；若且β<q/r，则δm＝δn+1；若且β>(r-1)q/r，则δm＝δn-1；其余情况，δm＝δn；其中t≥(r-1)q/r，为预设的阈值，r≥2为预设的常数，用于控制误差范围。6.根据权利要求1所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，校正后的上电时圈数m＝n+δm；重新上电瞬间编码器的准确位置为m
×
q+β。7.根据权利要求1所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，在f1≤(r-1)q/r时，根据断电时圈数n、断电时圈内编码读数α、上电时圈内编码读数β以及设置的位移分界线数对上电时圈数m进行校正；其中r≥2为预设的常数，用于控制误差
范围。8.根据权利要求7所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，当的方向预设为与编码数值减小方向相同时，若且则m＝n+1；若且则m＝n-1；其余情况m＝n；当的方向预设为与编码数值增大方向相同时，若且则m＝n+1；若且则m＝n-1；其余情况m＝n。9.根据权利要求7所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法，其特征在于，当预设编码数值减小方向的时，若β<α；则m＝n+1；否则m＝n；当预设编码数值增大方向的时，若β>α，则m＝n-1；否则m＝n。10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-9任一项所述的支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法。

技术总结
本发明公开了一种支持多圈位移的单圈绝对值编码器断电校正方法与设备。本发明首先标定编码器驱动轴转速和驱动轴动力断电后编码器的位移总线数；然后获取编码器断电瞬间的瞬时速度、旋转方向、断电时圈数和圈内编码读数，以及编码器重新上电瞬间的圈内编码读数；再根据标定的转速、断电位移总线数，以及断电时瞬时速度确定实际的断电后位移总线数，并结合编码器单圈总线数确定圈数变化整数量和圈内线数余量；最后根据断电时圈内编码读数、上电时圈内编码读数以及圈内线数余量的关系对圈数变化整数量进行校正，进而得到校正后的上电时圈数。本发明适用于惯性大突然断电后可能发生大幅度位移的情形，进一步扩大单圈绝对值编码的应用范围。的应用范围。的应用范围。


技术研发人员：邱平 陈冉冉 刘玉霞 周亚祥
受保护的技术使用者：扬州大祺自动化技术有限公司
技术研发日：2023.01.30
技术公布日：2023/9/22