專利名稱：一種光電編碼器的誤差補(bǔ)償方法
一種光電編碼器的誤差補(bǔ)償方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于角度測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種基于傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和改進(jìn)粒子群算法的光電編碼器的誤差補(bǔ)償方法。
背景技術(shù)：
光電編碼器是一種將角度信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為易于采集、傳輸和處理的信號(hào) (一般為電信號(hào))，以確定角位移或方位角的器件或裝置，它是一種重要的傳感器，廣泛應(yīng)用于儀表測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化、信號(hào)檢測(cè)、機(jī)器人和航空航海等領(lǐng)域。目前，光電編碼器按輸出信號(hào)的性質(zhì)分為模擬式與數(shù)字式兩大類，模擬式又分為同步機(jī)、分解器、電位器、感應(yīng)式傳感器等；數(shù)字式分為脈沖盤式、接觸編碼式、光電編碼式、電磁編碼式和感應(yīng)同步器等。隨著科技發(fā)展和應(yīng)用需要，對(duì)光電編碼器在保證成本的條件下精度有了更高的要求。因此，如何降低干擾提高傳感器的輸出精度是工程應(yīng)用中一個(gè)重要的問(wèn)題。
目前對(duì)光電編碼器進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹饕椒ㄓ袑?duì)硬件電路的改進(jìn)、采用軟件 RBF(Radical Basis Function，徑向基函數(shù))神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及借助其他高精度儀器校正的方法等，對(duì)硬件電路的改進(jìn)需要對(duì)光電編碼器進(jìn)行拆解或改裝，比較復(fù)雜；采用軟件RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償方法所達(dá)到的補(bǔ)償精度不夠；而借助高精度儀器校正的方法對(duì)校正儀器的要求較高，增加了補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)要求。發(fā)明內(nèi)容
為了簡(jiǎn)化補(bǔ)償步驟、提高補(bǔ)償精度以及降低對(duì)所需儀器的要求，本發(fā)明提出了一種光電編碼器的誤差補(bǔ)償方法，該補(bǔ)償方法基于傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和改進(jìn)粒子群算法，通過(guò)傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)光電編碼器誤差建模，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用正交傅立葉級(jí)數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)激發(fā)函數(shù)，并采用改進(jìn)粒子群算法訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，得到較為精確的誤差模型來(lái)補(bǔ)償光電編碼器的測(cè)量值，從而達(dá)到改善光電編碼器精度的目的。
基于傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和改進(jìn)粒子群算法的光電編碼器的誤差補(bǔ)償方法，主要包括獲取訓(xùn)練樣本、采用傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立誤差補(bǔ)償模型以及采用改進(jìn)粒子群算法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值三大部分，實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下
步驟一、獲取訓(xùn)練樣本；
一款普通的二維固態(tài)磁阻光電編碼器在不對(duì)外界磁場(chǎng)做任何處理的室內(nèi)環(huán)境下， 隨手動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)水平非勻速旋轉(zhuǎn)一圈，獲取光電編碼器的測(cè)量值X及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角Y作為訓(xùn)練樣本；
步驟二、確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
建立單輸入單輸出三層前向傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為光電編碼器的誤差補(bǔ)償模型，隱含層各神經(jīng)元的激發(fā)函數(shù)為
S1 = 1, . . . , S2i = cos(2i 31 χ/Τ), S2i+1 = sin(2i π χ/Τ), i = 1,2, ...，n
其中，T為角度傳感器的測(cè)量周期；
選擇傅立葉系數(shù)徹，...，ai; bi; i = 1,2,3,…，η作為隱含層各神經(jīng)元至輸出層的連接權(quán)值，即
Q1 = (2 / Γ) J^ /(χ) cos(2/>rx / T)dx, / = 0,1,2,···,
br = (2 / Γ) JQr /(χ) cos(2/>rx / Γ) &, / = 1,2,···,
其中f (χ)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出；則隱含層各神經(jīng)元至輸出層的連接權(quán)值W1,. . ,w2i,w2i+1 為
W1 = a0, . . . , w2i = aj, w2i+1 = bj, i = 1, 2, ...,η
此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層到隱含層各神經(jīng)元的連接權(quán)值為1 ；隱含層各神經(jīng)元的輸出為
Oj = SjWj j = 1,2, ...，2n+l
輸出層采用線性神經(jīng)元，則輸出層的輸出為
權(quán)利要求
1. 一種光電編碼器的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，該方法實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下 步驟一、獲取訓(xùn)練樣本；一款普通的二維固態(tài)磁阻光電編碼器在不對(duì)外界磁場(chǎng)做任何處理的室內(nèi)環(huán)境下，隨手動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)水平非勻速旋轉(zhuǎn)一圈，獲取光電編碼器的測(cè)量值X及其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角Y作為訓(xùn)練樣本；步驟二、確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；建立單輸入單輸出三層前向傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為光電編碼器的誤差補(bǔ)償模型，隱含層各神經(jīng)元的激發(fā)函數(shù)為S1 = 1，...，S2i = cos (2i π χ/Τ)，S2i+1 = sin (2i π χ/Τ) ,1 = 1,2, ***, η 其中，T為角度傳感器的測(cè)量周期；選擇傅立葉系數(shù)徹，...，Bi, bi; i = 1,2,3,…，η作為隱含層各神經(jīng)元至輸出層的連接權(quán)值，即
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電編碼器的誤差補(bǔ)償方法，該方法基于改進(jìn)粒子群算法和傅里葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，用于提高光電編碼器的測(cè)量精度，特別適用于要求低成本、精度較高的測(cè)角系統(tǒng)中。本發(fā)明采用傅立葉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電子羅盤誤差建模，并采用改進(jìn)粒子群算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值進(jìn)行優(yōu)化，從而得到較為精確的誤差模型來(lái)補(bǔ)償光電編碼器測(cè)量值。該方法建立的誤差模型能實(shí)現(xiàn)樣本空間的精確映射，具有較高的非線性逼近能力，且該方法避免陷入局部最小，克服了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度過(guò)慢，振蕩等缺點(diǎn)，有效減小光電編碼器的測(cè)量誤差，大大提高了光電編碼器的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G06N3/02GK102506914SQ201110345068
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者竇麗華, 鄧方, 陳杰, 龔鹍 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)