[发明专利]一种角度编码器的标定方法及装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案为：

一种角度编码器的标定方法，其实施步骤如下：

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。

进一步地，所述步骤1)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；