1.一种局部正弦辅助的光栅尺测量误差自适应补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:S101:基于考虑光栅尺产生的仪器误差和背景环境干扰因素,通过将预设的正弦信号叠加到所述光栅尺的原测量误差信号中,从而重构所述光栅尺的测量误差信号;
S102:采用经验模态分解算法将重构的测量误差信号分解成多个IMF分量;
S103:对每个IMF分量进行奇异值分解,获得每个IMF分量对应的非零奇异值;
S104:基于预设的自适应IMF筛选条件进行阈值变换,从而筛选出符合所述预设的自适应IMF筛选条件的IMF分量作为趋势误差分量;
S105:将所述趋势误差分量对应的IMF分量累加后作为所述光栅尺的所述原测量误差信号的总趋势误差分量;
S106:将所述总趋势误差分量作为误差补偿信号对所述光栅尺进行补偿;
所述步骤S101之前包括:
S1101:通过判断所述光栅尺的两个相邻的原测量误差信号的幅值变化量是否小于所述两个相邻的原测量误差信号所对应的极值区域的极值差的预设倍数,若上述判断为是,则判定所述极值区域相应的所述原测量误差信号存在数据异常段;
所述步骤S101具体包括:
对所述数据异常段加入预设幅度值的单个周期正弦信号,从而局部调整原始数据的极值分布情况,进而构造所述光栅尺的重构测量误差;
所述步骤S104具体包括:
S1041:根据每个IMF分量进行奇异值分解前后的分量,基于下式4~8的筛选条件,通过变换所述筛选条件的相关性系数阈值获得一系列相对应的最优有效秩,所述最优有效秩定义为ropt:
ropt=r 式4s.t.Cr(ci(t),Si,r)>ε 式5DCr=Cr+1‑Cr r=1,...,R‑1 式6DCr‑1<ε1 式7DCr<ε1 式8上式4~8中,r为重构误差信号分量所选取的非零奇异值的个数;Cr为对IMF分量利用不同非零奇异值重构误差信号分量的相关性系数;ci(t)为经验模态分解后的第i个IMF分量;
Si,r为第i个IMF分量利用r个奇异值重构的重构误差信号分量;ε为IMF分量利用不同非零奇异值重构误差信号分量的相关性系数阈值;R为非零奇异值总数;DCr为随奇异值个数r增加所重构的重构误差信号分量的相关性系数增量;DCr‑1为第r‑1个奇异值相应的相关性系数的增量;ε1为预设的所述非零奇异值的有效秩增加对相关性系数影响的阈值;
S1042:将相关性系数阈值的步长平均分成多段,当每段的相关性系数阈值所对应的最优有效秩的最小值等于相应段的相关性系数阈值相应的平均有效秩时,通过比较多段的相关性系数阈值所对应的最优有效秩,获得多段的相关性系数阈值所对应的最优有效秩中的最小值作为当前IMF分量的最小的最优奇异值有效秩;
S1043:通过下式9计算得到所述IMF分量对应的重要因子,通过判断所述重要因子是否大于预设重要因子阈值,当上述判断为是时,则判定所述IMF分量为趋势误差分量:式9中,P为重要因子,εmax为预设的最大相关性阈值,取值为0.99,rmax为预设的最大相关性阈值对应的奇异最优有效等级,r'opt为最小的最优奇异值有效秩,ε'为r'opt相应的最大相关性系数阈值;
S1044:通过所述步骤S1043获取所有符合筛选条件的IMF分量,从而确定所有趋势误差分量对应的IMF分量。
2.根据权利要求1所述的局部正弦辅助的光栅尺测量误差自适应补偿方法,其特征在于,所述步骤S1101之前包括:S1001:采用线性插值对所述光栅尺的原测量误差信号进行线性插值处理。
3.根据权利要求1所述的局部正弦辅助的光栅尺测量误差自适应补偿方法,其特征在于,所述预设幅度值为0.3。
4.根据权利要求1所述的局部正弦辅助的光栅尺测量误差自适应补偿方法,其特征在于,所述步骤S102具体为:
根据下式1,采用经验模态分解算法将重构的所述光栅尺的测量误差信号分解成多个IMF分量:
式1中,X(t)为重构测量误差,i为自然数,n为分解的IMF分量的总个数,ci(t)为经验模态分解后的第i个IMF分量,当i=n时,其ci(t)为残差分量。
5.根据权利要求1所述的局部正弦辅助的光栅尺测量误差自适应补偿方法,其特征在于,所述步骤S103具体包括:
S1031:根据下式2,对每个IMF分量构造相应的重构矩阵:式2中,Di为第i个IMF分量构造的重构矩阵,L为该IMF分量的数据总长度,imfi(k)为第i个IMF分量中第k个数据点的幅值,k=1,2,3...,L;
S1032:根据下式3,对所述重构矩阵进行奇异值分解,得到一组非零奇异值式3中,U、V均为正交矩阵,Σ为对角矩阵,其对角线元素为Di的非零奇异值且为非负的降序排序,H为矩阵的共轭转置;
S1033:由非零奇异值重构得到重构误差信号分量。
6.根据权利要求1所述的局部正弦辅助的光栅尺测量误差自适应补偿方法,其特征在于,所述步骤S105具体包括:
根据下式10,将所有所述趋势误差分量累加后作为所述光栅尺的所述原测量误差信号的总趋势误差分量:
Γ(t)=∑c'i(t) 式10式10中,Γ(t)为趋势误差分量,c'i(t)为趋势误差分量对应的IMF分量。
7.根据权利要求6所述的局部正弦辅助的光栅尺测量误差自适应补偿方法,其特征在于,所述步骤S106具体包括:
根据下式11,将所述总趋势误差分量作为误差补偿信号对所述光栅尺进行补偿:y(t)=Y(t)‑Γ(t) 式11式11中,y(t)为补偿后的光栅尺的测量值,Y(t)为经线性插值后的原测量误差信号,Γ(t)为总趋势误差分量。