编码器：如何进行精度补偿

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编码器：如何进行精度补偿

 

编码器性能指标

在了解如何对编码器精度进行补偿之前，我们先要简单了解下三个重要的性能指标。

分辨率（Resolution）

分辨率是指编码器可以检测到的最小位移量，分辨率越高，编码器能够检测的位移越小，意味着它可以提供更细致的位移信息。

重复精度（Repeatability）

重复精度指的是编码器在多次测量相同位置时，输出值的一致性。即，当位置返回到相同的测量点时，编码器输出的误差范围。

系统精度（System Accuracy）

系统精度是指编码器测量的值与实际值之间的接近程度。它反映了编码器测量结果的总误差，包括但不限于分辨率限制、安装误差、机械回差、电子干扰等。

数值关系：

重复精度通常比系统精度要好，它反映了系统在短时间内的一致性。系统精度一般是由编码器的分辨率和误差累积的总和来决定的。从数值上来看系统精度＞重复精度＞分辨率

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fig.1 编码器的精度与重复性

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Look up Table（LUT）校正补偿精度

在实际应用中，可能由于预算、安装空间、工作环境等原因，无法选用高精度的编码器，但实际还需要一个高精度编码器。此时我们只能选用一个低精度编码器，在控制器中通过更高精度参考系对编码器进行校准，这样可以显著提高编码器的测量精度。

以下是如何实现这种校准的大致步骤：

选择高精度参考系

• 选择合适的参考设备：使用比编码器精度更高的测量设备作为参考系。例如，高精度的激光测距仪、光栅尺或其他高精度传感器。
• 稳定环境：确保参考设备在稳定的环境中运行，以避免温度变化、振动或其他外部因素影响其测量精度。

Fig.2 校正时需选择精度更高的参考系

采集高精度参考数据

• 测量设备对齐：将编码器和高精度参考设备对齐，确保它们测量的对象或范围一致。
• 数据采集：在参考设备的帮助下，采集编码器输出的高精度位置数据。测量的位置应尽可能的多，并覆盖编码器的整个测量范围。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fig.3 采集系统需要同时采集编码器与参考系的数据

校准数据分析

• 误差分析：对比编码器输出与参考设备输出的数据，分析误差的分布和模式。这可以帮助识别编码器的系统性误差或非线性误差。
• 误差建模：根据分析结果建立误差模型。误差模型可以是线性的、非线性的，或基于具体误差类型的自定义模型。

生成校准补偿数据

• 生成校准表：利用误差模型，生成校准补偿数据。这可以是一个修正表或查找表，将编码器的原始输出值映射到修正后的值。
• 插值和优化：如果校准数据点稀疏，可以使用插值算法优化补偿数据，确保校准表在整个范围内都适用。

在控制器中应用校准

• 更新控制器固件：将生成的校准补偿数据更新到控制器中。这通常涉及修改控制器的固件或软件，使其能够在实时数据处理中应用补偿数据。
• 实时修正：在编码器实时数据处理中，控制器使用校准补偿数据修正编码器的输出。可以通过查找表、插值算法或其他校正方法来实现这一点。

验证和调整

• 验证效果：在应用校准补偿数据后，验证编码器的精度。可以进行实际测试，比较编码器输出与高精度参考设备的输出。
• 进一步调整：根据验证结果进行必要的调整。如果校准效果不理想，可能需要重新校准或优化补偿数据。

持续监测和维护

• 定期校准：定期进行校准，以应对设备老化或环境变化对编码器精度的影响。
• 反馈机制：建立反馈机制，持续监测编码器性能，并根据实时数据进行动态调整和维护。

实施技术细节：

• 软件算法：在控制器中实现校准算法时，确保软件能够高效处理实时数据，应用补偿数据而不会引入延迟。
• 数据存储：校准补偿数据可以存储在控制器的内存中，使用合适的数据结构（如查找表、插值函数）来优化访问和计算速度。
• 系统集成：确保高精度参考设备与编码器系统良好集成，以避免接口问题影响校准结果。

通过这些步骤，可以利用高精度参考系显著提升编码器的测量精度，确保系统在各种操作条件下都能够可靠地提供准确的测量数据。