标签：编码器 波形 cos 余弦 LabVIEW 角度 信号 sin
概述：
1、本文主要介绍如何测试正余弦编码器的绝对精度。
2、本文介绍如何使用傅里叶变化算法优化正余弦编码器精度。
被测品及测试设备简介：
1、被测编码器每旋转一个机械360°，sin cos分别输出5个周期。
2、被测编码器的sin cos信号理论信号幅值为0.5V。
3、被测编码器没有Z相信号。
4、测试设备使用西门子伺服电机(V90驱动器，PC通过485控制)+海德汉标准增量编码器，标准编码器绝对精度0.005°
5、sin cos 标准增量编码器信号使用NI PCI-6374同步采集卡采集，并使用共享采样时钟和开始触发的方式硬件同步了SIN COS和标准编码器的采集信号。
6、系统设计精度为0.01°。
倒叙，先上测试结论：
此编码器原始波形误差为0.94°，软件算法修正后误差为0.23°。
信号处理步骤
Step1：确保Sin Cos 标准的增量编码器信号 采样的同步性
这个设备对采集的同步性要求非常高，不光sin cos电压信号需要同步，电压信号与标准编码器的信号采集也要同步，否则会引入采集误差。
解决方案：
本项目使用NI的同步采集卡同步各采样信号，在物理层面完全消除了采集不同步造成的误差，具体原理见我另外一篇文章：
https://blog.csdn.net/HOHO333/article/details/107124503
采集到的原始同步波形有三个：
波形1：标准编码器的波形。
波形2：sin电压波形
波形3：cos电压波形
Step2：重采样，去除电机转速稳定性误差
一般的伺服转速控制精度在±1RPM左右，这个转速抖动会对FFT变换的结果产生影响。理论上来说，使用绝对匀速的信号进行FFT变换才是最完美的。这里我多说一句，控制伺服的转速一般由两种模式，一种是速度模式，一种是脉冲模式。一般来说，使用速度模式的控速稳定性更高。本项目使用西门子V90伺服控制器，LabVIEW使用RS232转485总线+modbus协议控制伺服运动。
同时，如果要进行FFT变换，必须使用转速绝对匀速的原始数据（此时，sin cos理论值才是绝对的正弦波），否则就会引入由于测试设备造成的误差。
解决方案：
大力出奇迹法~由于标准编码器与被测品编码器是同轴+同步采集，所有的伺服电机抖动也都表现在了标准编码器上。本系统使用了一个较高的采样时钟（1MHz）采集原始数据，然后以标准编码器的波形为基准，以指定角度步进（0.01°）对标准编码器插值，并使用插值索引找到对应的时刻的SinCos电压值，从而重采样出SinCos波形。因为这个波形均是以0.01°的步进重采样而成，因此是绝对意义上的匀速。从而完全剔除了由于电机转速抖动造成的误差。
至此得到以下波形，此波形在转速上时绝对稳定的。 仔细观察，蓝线有直流偏置。
Step3：原始数据公差计算
根据正余弦编码器的反正切算法，直接使用上图的sin cos原始电压进行角度计算。
电角度=arctan(同一时刻的sin电压÷同一时刻的cos电压)
额外注意的地方：
1、电角度与机械角度不是一个概念，本案例使用的被测品5个电角度=1个机械角度。
2、反正切算法需要配合相位判断才能出连续多圈的角度。
使用sin cos电压波形可以求出一个电角度的波形，同时利用相位判断及电角度、机械角度算法把sin cos（被测品）的机械连续角度算出来，与标准编码器的角度作差，求出原始波形的公差：
下图红色曲线为原始波形的公差，可以看到公差以5个波峰为周期抖动。（这是因为一个机械周期对应5个电周期决定的）此时公差为0.94°左右
Step4：FFT变化，求被测品编码器特征
使用FFT函数对sin cos信号处理，获取以下特征：
sin和cos信号的（别的信号没用）：
1、主频相位。
2、直流分量
3、主频幅值
可以看到，理论上sin cos的相位差应该是90°，实际算下来多了0.25°，所有sin cos的原始信号并不正交信号，有些正交误差。
Step5：修正算法
sin cos指原始电压波形
φ=SinCos相位差-π/2=0.25°
sin1=sin-直流分量
cos1=cos-直流分量
sin2=sin1/主频幅值
cos2=cos1/主频幅值
相位补偿公式：
sin3=[sin2-cos2*sin(-φ)]÷cos(-φ)
角度=arctan(sin3/cos2)
修正后的曲线为蓝色曲线，可以看到，精度提高到了0.23°
标签：编码器,波形,cos,余弦,LabVIEW,角度,信号,sin 来源： https://blog.csdn.net/HOHO333/article/details/119354686
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