翻译的一篇美国专利-US6683461

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1、摘要本文描述了校正位置传感器中可重复性误差所使用的伺服控制校准设备和方法。不像原有的静态直接测量技术，也不像原有的仅在窄带宽的误差信号进行修正的可重复控制技术，目前的伺服系统控制校准设备和方法在一个由动态的、闭环的伺服系统操作的位置传感器中得到了原封不动的实现。这种设备和方法组合了一种原始误差测量以及一套配有标准操作伺服控制闭环机构的校准装置。在校准模式下，现有的伺服控制校准设备和方法测量位置传感器的可重复性误差。在标准模式下，操作伺服控制校准设备和方法时，修正特性得以存储和使用，以此消除相关伺服系统的控制误差。位置传感器可重复性误差的伺服系统控制校准发明领域这项发明涉及到校正设

2、备和方法。发明背景和摘要传感器被广泛应用于诸如位置、压力以及其它的物理、环境特性等测量。例如，位置传感器，能在各种应用场合中探测位移。美国专利号为5965879的位置传感器就是一个典例。它能够进行高敏感度地光学编码（译码），它们可应用于极高精度的双轴扫描镜像机制。当然，高分辨率的位置传感器的初始对准是极其困难的，因为测试设备必须拥有比被测的传感器更高精度。伺服控制系统从应用在位置测量中的分流片(inducerresolver)或者光学编码器（译码器）引入位置反馈，可重复性误差也随之被引入。在设备的运动范围之内，通过在预定位置对位置误差进行直接测量的这样一个校准过程，这些误差通常能

3、被消除或者最小化。在测量持续进行时，伺服系统将此机械装置固定在一个位置，测量其静态误差。因此，误差测量需要将测量系统对这个机械装置进行非常精确的初始对准，并且在大多数情况下，这不能现场实现。综上所述，高级校准系统（精度更好的系统被认为优先级更高）的直接测量技术是一个静态操作过程。它需要外部设备来测量误差，也就是说，外部设备要有比被测系统更高的精度、对于标准的光学编码译码系统，例如像经纬仪这样的设备常用于提高校准的准确度。最终，那些成本高、体积大又很复杂的设备被用在目标系统进行直接测试，这样的测试设备不仅昂贵而且很难现场实现。另外，直接测量技术也很耗时。当误差有高空间频率特性时，许

4、多测量不得不超过量程。比如，高分辨率编码译码器的测量。如果有直接测量的数字太小而不能维持最少测试时间，那么就需要进行插值，那样就会引入校正误差。进一步，独立测试设备还需要对人为操作造成的误差进行校正。在其它高级校正过程中，伺服控制系统对于可重复误差的重复测量和控制可以用来消除误差中的低频干扰，这种可重复的校准系统使用多种误差测量方式来逐步修正误差。由于这种重复控制技术可控的带宽是极其窄的，因此，它限制了修正测量误差的能力。在这样一个过程中，为了保持在合适的奈奎斯特控制特性之内（比如稳定性），采样频率必须维持在低频段。因此，这种可重复校准系统并没有准确地修正低频段之外的误差信号。此

5、外，由于信号源的幅值和相位随着频率变化会发生衰减、增大或者相移，所以利用伺服系统对误差进行准确测量是不太可能的。举个例子，测试HIRDLS(高分辨率动态临边探测器)系统的编码译码器时，发现系统响应的峰峰值存在一个0.6角秒的周期性误差。为了找出误差来源并且描述出其特性，NASA引进了一种采用新技术的编码译码器，从中获得独立、高准确度的数据。这项测试建立在同时操作和校准编码译码器的基础之上，花了整整数个月来将它描述清楚HIRDLS编码译码器中的周期误差特点。相反地，一套现有额发明装置能在短短几小时内进行同样的试验而不需要特别地校准。因此，利用现有的发明，为了解决可重复性误差，我们不

6、再需要一套高精度的校正编码译码器，因而可以极大地节约成本。位置传感器的校准能够迅速、低开销的现场实现。相较于直接测量技术或者高级设备的重复控制技术，目前的发明所使用的技术手段，以一种更令人满意的方式对位置传感器的可重复误差进行校准。误差的测量是在闭环伺服系统条件下进行的。与直接测量技术不同的是，这项技术不需要附加性的高精度校准系统就能实现快速、低成本、完好地实实行。与重复控制技术不同的是，这项技术也不会把校准限制在窄带宽上。通过一个例子和目前发明更合意的具体化实现，位置传感器中可重复性误差的校准能够在闭环伺服系统操作下动态地、原封不动地实现。这种闭环伺服系统操作消除了人为环节的影

7、响并且允许对可重复误差进行自动、快速、实时的测量。对图纸的简述图1是一个闭环伺服系统的配置，与目前技术的具体化实现一致。图2是一个典型的敏感函数图像，图1例样表明了频率的分离特性。图3是一个校准操作的的例样。图4是一个现有校准算法的例样。对于现有高级具体化实现的细节描述相关的闭环伺服系统配置如图1所示。在环10的求和器11中，利用参考信号减去测量设备的输出ym，测得设备11的输出为em，叫做伺服系统误差。然后em输入控制器K中，该控制器由设备输入信号控制。信号经过设备G后再进入求