典型位移传感器的通用接口系统研究与设计

论文摘要

时栅是一种新型的位移传感器,利用时间测量空间,具有较高的性价比。为了提高时栅对传统位移传感器的兼容性,尽快普及时栅的应用,需要设计兼容传统位移传感器的时栅电气接口。传统的位移传感器(如光栅)大多“以空间测量空间”,具有较好的动态性能,而时栅通过测量时间来间接测量空间的原理决定了时栅在测量过程中存在一个测量周期,使得在动态测量过程中时栅的位置反馈变得不连续。针对时栅动态性能不足和与典型位移传感器接口不兼容的问题,做了如下工作:1.提出了一种回转位置预测测量新方法,利用时间序列理论对时栅测量值进行建模、分析,预测出未来一个测量周期的角度值,并将绝对式离散角度测量值转化为增量式连续脉冲信号,进行位置反馈,使得基于静态测量的时栅传感器可应用于动态位置的连续反馈。研究了预测测量误差修正方案,利用当前实际测量值对上一次的预测误差进行修正,使得预测误差不会累积。2.以圆光栅和旋转变压器作为典型位移传感器,研究了以反馈增量位置值为代表的HEIDENHAIN圆光栅TTL增量式接口,以及反馈绝对位置值为代表的带数字转换器的旋转变压器接口的特点,分析了通用接口设计思想,并设计了时栅的TTL增量式接口和旋转变压器接口。3.设计了一块数据同步采集卡,可以同步采集光栅TTL增量信号、时栅TTL增量信号和时栅的旋转变压器接口信号,便于展开精度测试实验。4.对使用兼容接口的时栅进行了静态和动态测量精度实验,实验结果表明:在静态测量时,时栅采用设计的TTL增量式接口和旋转变压器接口对测量精度几乎没有影响,与时栅原本的测量精度一致;动态测量时,在各种运动状态下,当角加速度值不大于0.03316″/ms2时,时栅的动态测量精度为±4″,且无论是采用TTL增量式接口还是采用旋转变压器接口,时栅的动态测量误差都具有相似的特性,即数控转台运动加速度越小,误差就相对较小;角加速度越大,误差就相对较大。综上所述,对典型位移传感器的通用接口的研究促进了时栅的兼容接口的设计,解决了在通用数控系统中传感器的位置反馈接口问题,进而促进了时栅传感器的产品化及应用普及化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、来源和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 2 典型位移传感器与时栅接口研究
• 2.1 光栅TTL 增量式接口
• 2.2 旋转变压器接口
• 2.3 时栅位移传感器研究
• 2.3.1 位移测量中的时空坐标转换思想
• 2.3.2 时栅工作原理
• 2.4 时栅通用接口研究
• 2.4.1 传感器的静态与动态特性
• 2.4.2 时栅传感器的动态通用接口研究
• 2.5 本章小结
• 3 时栅预测测量理论与方法
• 3.1 预测测量原理
• 3.2 预测模型与预测方法
• 3.3 自回归模型的参数估计方法
• 3.3.1 Yule-Walker 估计法
• 3.3.2 最小二乘估计法
• 3.3.3 最大似然估计法
• 3.3.4 模型的定阶方法
• 3.3.5 模型的拟合检验
• 3.4 时栅预测测量误差的实时修正
• 3.5 本章小结
• 4 时栅通用接口设计
• 4.1 时栅TTL 增量式接口设计
• 4.2 时栅的旋转变压器接口设计
• 4.3 数据同步采集卡设计
• 4.4 本章小结
• 5 实验研究
• 5.1 静态精度实验
• 5.2 动态精度实验
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果