CN103063237B - 一种使编码器抗干扰的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使编码器抗干扰的方法与装置，包括以下步骤：将编码器输出的第一编码信号发送到自适应滤波模块，将编码器输出的第二编码信号发送到干扰检测模块；将转动机构的目标转速信息发送给转动频率换算模块，目标转速转换成脉冲目标控制频率信号；干扰检测模块对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决，有干扰，则生成干扰滤波参数并发送给自适应滤波器生成模块；自适应滤波器生成模块根据干扰滤波参数生成滤波器系数；自适应滤波模块根据滤波器系数对第一编码信号进行滤波。本发明采用转动机构目标速度作为干扰检测模块的输入，可以使自适应滤波器生成模块自适应的调整滤波器系数，克服了采用固定频率的滤波系数滤掉编码信号的情况。
Description
技术领域
本发明涉及编码器抗干扰领域，特别涉及一种使编码器抗干扰的方法及装置。
背景技术
在现代工业化中，为实现高精度的伺服控制，需要精确检测转动机构的速度，以实现定向和速度控制。光电编码器从20世纪九十年代开始应用于机床和计算仪器，因其结构简单，计量精度高，使用寿命长等优点在机械角度、速度、位置测量等方面得到广泛运用。编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件，它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转换为电子信号，电子信号连接到控制系统,控制系统经过计算得到测量的数据。
光电编码器由装在转子上的码盘与装在定子上的光电检测元件构成，利用光谱衍射原理实现位移数字变换。光电编码器大致按编码方式可分为两类：绝对式光电编码器，增量式光电编码器。增量型编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，它由光栅盘和光电检测装置组成，光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号。
在实际应用过程中，由于工作环境，系统负载及电机本身等因素影响，增量型光电编码器输出信号中含有较多的抖动误码脉冲，将会引起误计数，造成对转动机构速度、位置测量的错误。
为了克服上述问题，本发明提出了一种自适应去干扰方法，该方法能够自动根据转动机构的速率，实时调整自适应滤波系统的参数，并采用相应的处理算法进行滤除，大大提高了编码器的测量精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够根据转动机构的速率，实时调整自适应滤波器的参数，并滤除干扰的使编码器抗干扰的方法及装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种使编码器抗干扰的方法，包括以下步骤：
步骤1：编码器输出相同的两路编码信号，其中第一编码信号发送到自适应滤波模块，第二编码信号发送到干扰检测模块；
步骤2：将与编码器配套的转动机构的目标转速信息发送给转动频率换算模块，将目标转速信息转换成脉冲目标控制频率信号；
步骤3：将脉冲目标控制频率信号发送给干扰检测模块；
步骤4：干扰检测模块对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决，根据判决结果判断第二编码信号是否有干扰，如果有干扰，则生成干扰滤波参数并发送给自适应滤波器生成模块；
步骤5：自适应滤波器生成模块根据干扰滤波参数生成滤波器系数，并将滤波器系数发送给自适应滤波模块；
步骤6：自适应滤波模块根据滤波器系数对第一编码信号进行滤波。
本发明的有益效果是：采用与编码器配合使用的转动机构目标速度作为干扰检测模块的输入，可以使自适应滤波器生成模块根据目标速度自适应的调整滤波器系数；克服了因为采用固定频率的滤波系数，而滤掉输入的编码信号的情况。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述步骤4中干扰检测模块根据自适应干扰检测算法对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决。
采用上述进一步方案的有益效果是干扰检测模块采用自适应干扰检测算法，可以自适应的根据两个输入条件判决编码信号是否有干扰。
进一步，所述步骤4判决过程具体包括以下步骤：
步骤4.1：将脉冲目标控制频率信号乘以预定系数获得采样频率；
步骤4.2：按照获得的采样频率对第二编码信号进行采样和累加，获得累加结果；
步骤4.3：将采样频率乘以累加结果，获得干扰门限值；
步骤4.4：将累加结果与干扰门限值对比，当累加结果大于干扰门限值时，则有干扰，否则，无干扰。
采用上述进一步方案的有益效果是通过设定干扰门限值作为判断有无干扰的参照值，使测量结果更准确。
进一步，所述转动机构包括处理器和电机，所述处理器发送转动信号给电机，转动信号控制电机发生转动，所述转动信号中包含目标转速信息。
一种使编码器抗干扰的装置，包括编码器，转动机构，转动频率换算模块，干扰检测模块，自适应滤波器生成模块和自适应滤波模块；
所述编码器，用于输出相同的两路信号，并将其中第一编码信号发送到自适应滤波模块，第二编码信号发送到干扰检测模块；
所述转动机构，与所述编码器配套，用于发送目标转速信息给转动频率换算模块；
所述转动频率换算模块，用于将所述转动机构发送的目标转速转换成脉冲目标控制频率信号，并将脉冲目标控制频率信号发送给所述干扰检测模块；
所述干扰检测模块，用于对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决，根据判决结果判断第二编码信号是否有干扰，如果有干扰，生成干扰滤波参数并发送给自适应滤波器生成模块；
所述自适应滤波器生成模块，用于根据干扰滤波参数生成滤波器系数，并将滤波器系数发送给自适应滤波模块；
所述自适应滤波模块根据滤波器系数对第一编码信号进行滤波。
采用上述进一步方案的有益效果是采用与编码器配合使用的转动机构目标速度作为干扰检测模块的输入，可以使自适应滤波器生成模块根据目标速度自适应的调整滤波器系数；克服了因为采用固定频率的滤波系数，而滤掉输入的编码信号的情况。
进一步，所述干扰检测模块根据自适应干扰检测算法对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决。
采用上述进一步方案的有益效果是干扰检测模块采用自适应干扰检测算法，可以自适应的根据两个输入条件判决编码信号是否有干扰。
进一步，所述干扰检测模块进一步包括获取频率子模块，累加子模块，乘积模块和对比模块；
获取频率子模块，用于将脉冲目标控制频率信号乘以预定系数获得采样频率；
所述累加子模块，用于按照获得的采样频率对第二编码信号进行采样和累加，获得累加结果；
所述乘积模块，用于将采样频率乘以累加结果，获得干扰门限值；
所述对比模块，用于将累加结果与干扰门限值对比，当累加结果大于干扰门限值时，则有干扰，否则，无干扰。
采用上述进一步方案的有益效果是通过设定干扰门限值作为判断有无干扰的参照值，使测量结果更准确。
进一步，所述转动机构包括处理器和电机，所述处理器发送转动信号给电机，转动信号控制电机发生转动，所述转动信号中包含目标转速信息。
附图说明
图1为本发明方法步骤流程图；
图2为本发明装置结构图；
图3为本发明干扰检测模块内部结构图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、编码器，2、转动机构，3、转动频率换算模块，4、干扰检测模块，5、自适应滤波器生成模块，6、自适应滤波模块，7、获取频率子模块，8、累加子模块，9、乘积模块，10、对比模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明方法步骤流程图，图2为本发明装置结构图；图3为干扰检测模块内部结构图。
实施例1
一种使编码器抗干扰的方法，包括以下步骤：
步骤1：编码器1输出相同的两路编码信号，其中第一编码信号发送到自适应滤波模块6，第二编码信号发送到干扰检测模块4；
步骤2：将与编码器1配套的转动机构2的目标转速信息发送给转动频率换算模块3，将目标转速信息转换成脉冲目标控制频率信号；
步骤3：将脉冲目标控制频率信号发送给干扰检测模块4；
步骤4：干扰检测模块4对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决，根据判决结果判断第二编码信号是否有干扰，如果有干扰，则生成干扰滤波参数并发送给自适应滤波器生成模块5；
步骤5：自适应滤波器生成模块5根据干扰滤波参数生成滤波器系数，并将滤波器系数发送给自适应滤波模块6；
步骤6：自适应滤波模块6根据滤波器系数对第一编码信号进行滤波。
所述步骤4中干扰检测模块4根据自适应干扰检测算法对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决。
所述步骤4判决过程具体包括以下步骤：
步骤4.1：将脉冲目标控制频率信号乘以预定系数获得采样频率；
步骤4.2：按照获得的采样频率对第二编码信号进行采样和累加，获得累加结果；
步骤4.3：将采样频率乘以累加结果，获得干扰门限值；
步骤4.4：将累加结果与干扰门限值对比，当累加结果大于干扰门限值时，则有干扰，否则，无干扰。
所述转动机构包括处理器和电机，所述处理器发送转动信号给电机，转动信号控制电机发生转动，所述转动信号中包含目标转速信息。
一种使编码器抗干扰的装置，包括编码器1，转动机构2，转动频率换算模块3，干扰检测模块4，自适应滤波器生成模块5和自适应滤波模块6；
所述编码器1，用于输出相同的两路信号，并将其中第一编码信号发送到自适应滤波模块6，第二编码信号发送到干扰检测模块4；
所述转动机构2，与所述编码器1配套，用于发送目标转速信息给转动频率换算模块3；
所述转动频率换算模块3，用于将所述转动机构2发送的目标转速转换成脉冲目标控制频率信号，并将脉冲目标控制频率信号发送给所述干扰检测模块4；
所述干扰检测模块4，用于对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决，根据判决结果判断第二编码信号是否有干扰，如果有干扰，生成干扰滤波参数并发送给自适应滤波器生成模块5；
所述自适应滤波器生成模块5，用于根据干扰滤波参数生成滤波器系数，并将滤波器系数发送给自适应滤波模块6；
所述自适应滤波模块6根据滤波器系数对第一编码信号进行滤波。
所述干扰检测模块根据自适应干扰检测算法对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决。
所述干扰检测模块4进一步包括获取频率子模块7，累加子模块8，乘积模块9和对比模块10；
获取频率子模块7，用于将脉冲目标控制频率信号乘以预定系数获得采样频率；
所述累加子模块8，用于按照获得的采样频率对第二编码信号进行采样和累加，获得累加结果；
所述乘积模块9，用于将采样频率乘以累加结果，获得干扰门限值；
所述对比模块10，用于将累加结果与干扰门限值对比，当累加结果大于干扰门限值时，则有干扰，否则，无干扰。
所述转动机构2包括处理器和电机，所述处理器发送转动信号给电机，转动信号控制电机发生转动，所述转动信号中包含目标转速信息。
本发明编码器采用增量编码器，输出A、B、Z信号，实现转速及位置测量，每圈输出10000个脉冲；采用FPGA处理芯片实现该编码器的去干扰过程；处理器采用单片机。具体实施过程如下：
如图1所示，增量编码器输出的A、B、Z信号和单片机输出的转动机构目标速度F1输入到FPGA芯片；
FPGA对输入的信号进行自适应去干扰处理，具体处理过程如下：
增量编码器输出的A、B、Z信号首先被复制为两路，其中一路输入到自适应滤波模块；另外一路输入到干扰检测模块。
与增量编码器配合使用的转动机构的目标转速输入到转动机构转动频率换算模块，把转动机构的目标转速转换为脉冲目标控制频率F2。
脉冲目标控制频率F2输入到干扰检测模块，与输入到干扰检测模块的A、B、Z信号一起作为干扰检测模块的两个输入条件；干扰检测模块根据这两个输入条件，结合自适应干扰检测算法，做出输入信号中是否有干扰的判决；如果有干扰，把干扰滤波参数传送给自适应滤波器生成模块。
自适应滤波器生成模块主要生成滤波器系数，根据干扰滤波参数等生成自适应滤波器系数。
将自适应滤波器系数输入到自适应滤波模块，自适应滤波模块完成对可能含有干扰的编码器输入的A、B、Z信号进行滤波处理。
生成累积求和的干扰门限值P，具体过程为：首先识别A、B、Z信号脉冲的上升沿，然后按着采样频率对A、B、Z信号进行采样并累加，N=100*F2，F2为脉冲目标控制频率，累加个数为M=1000，当累加结果大于干扰门限值P时，认为该段脉冲没有干扰，否则认为该段脉冲有干扰。干扰门限值P是采样频率N、累加个数M的的函数，一种可用的干扰门限值P确定方法一般通过实验测试来确定，在本实施例中：P=0.85M（N<100*F2），P=0.65M（N>100*F2）。
本系统采用与编码器配合使用的转动机构速度作为去干扰系统的输入，可以使去干扰系统能够根据转动机构的速度自适应的调整滤波器系数；一般情况下，当转动机构转速较快时，编码器A、B、Z信号的信号频率、干扰频率均较高，如果采用固定频率的滤波系数，容易滤掉A、B、Z信号；采用本发明提出的方法，可以有效的避免这个问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种使编码器抗干扰的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：编码器(1)输出相同的两路编码信号，其中第一编码信号发送到自适应滤波模块(6)，第二编码信号发送到干扰检测模块(4)；
步骤2：将与编码器(1)配套的转动机构(2)的目标转速信息发送给转动频率换算模块(3)，将目标转速信息转换成脉冲目标控制频率信号，所述转动机构包括处理器和电机，所述处理器发送转动信号给电机，转动信号控制电机发生转动，所述转动信号中包含目标转速信息；
步骤3：将脉冲目标控制频率信号发送给干扰检测模块(4)；
步骤4：干扰检测模块(4)对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决，根据判决结果判断第二编码信号是否有干扰，如果有干扰，则生成干扰滤波参数并发送给自适应滤波器生成模块(5)；
步骤5：自适应滤波器生成模块(5)根据干扰滤波参数生成滤波器系数，并将滤波器系数发送给自适应滤波模块(6)；
步骤6：自适应滤波模块(6)根据滤波器系数对第一编码信号进行滤波。
2.根据权利要求1所述的使编码器抗干扰的方法，其特征在于：所述步骤4中干扰检测模块(4)根据自适应干扰检测算法对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决。
3.根据权利要求1所述的使编码器抗干扰的方法，其特征在于，所述步骤4判决过程具体包括以下步骤：
步骤4.1：将脉冲目标控制频率信号乘以预定系数获得采样频率；
步骤4.2：按照获得的采样频率对第二编码信号进行采样和累加，获得累加结果；
步骤4.3：将采样频率乘以累加结果，获得干扰门限值；
步骤4.4：将累加结果与干扰门限值对比，当累加结果大于干扰门限值时，则有干扰，否则，无干扰。
4.一种使编码器抗干扰的装置，其特征在于：包括编码器(1)，转动机构(2)，转动频率换算模块(3)，干扰检测模块(4)，自适应滤波器生成模块(5)和自适应滤波模块(6)；
所述编码器(1)，用于输出相同的两路信号，并将其中第一编码信号发送到自适应滤波模块(6)，第二编码信号发送到干扰检测模块(4)；
所述转动机构(2)，与所述编码器(1)配套，用于发送目标转速信息给转动频率换算模块(3)；
所述转动频率换算模块(3)，用于将所述转动机构(2)发送的目标转速转换成脉冲目标控制频率信号，并将脉冲目标控制频率信号发送给所述干扰检测模块(4)；
所述干扰检测模块(4)，用于对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决，根据判决结果判断第二编码信号是否有干扰，如果有干扰，生成干扰滤波参数并发送给自适应滤波器生成模块(5)；
所述自适应滤波器生成模块(5)，用于根据干扰滤波参数生成滤波器系数，并将滤波器系数发送给自适应滤波模块(6)；
所述自适应滤波模块(6)根据滤波器系数对第一编码信号进行滤波。
5.根据权利要求4所述的使编码器抗干扰的装置，其特征在于：所述干扰检测模块(4)根据自适应干扰检测算法对第二编码信号和脉冲目标控制频率信号进行判决。
6.根据权利要求4所述的使编码器抗干扰的装置，其特征在于：所述干扰检测模块(4)进一步包括获取频率子模块(7)，累加子模块(8)，乘积模块(9)和对比模块(10)；
获取频率子模块(7)，用于将脉冲目标控制频率信号乘以预定系数获得采样频率；
所述累加子模块(8)，用于按照获得的采样频率对第二编码信号进行采样和累加，获得累加结果；
所述乘积模块(9)，用于将采样频率乘以累加结果，获得干扰门限值；
所述对比模块(10)，用于将累加结果与干扰门限值对比，当累加结果大于干扰门限值时，则有干扰，否则，无干扰。
7.根据权利要求4所述的使编码器抗干扰的装置，其特征在于：所述转动机构(2)包括处理器和电机，所述处理器发送转动信号给电机，转动信号控制电机发生转动，所述转动信号中包含目标转速信息。
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