CN104820420B - 一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法 - Google Patents

一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法，由控制系统的硬件和相应软件组成，硬件包含控制命令输入模块、数字信号处理模块、控制执行输出模块、电位传感器和数据采集模块。控制命令输入模块接收控制命令，送给数字信号处理模块，经过计算后送给控制执行输出模块，电位传感器检测控制执行输出模块的位置，并把位置转换为电压，经由数据采集模块采集后送给数字信号处理模块进行偏差计算；软件包含底层软件和控制软件。本发明大幅度提升了电位传感器在控制系统中的检测精度，节省了设计资源，降低了成本，还减轻了设计的工作量和难度。

Description

一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法
技术领域
本发明属于控制系统检测技术领域。具体涉及一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法。
背景技术
随着技术的进步，信息技术与计算机技术得到了快速发展，电气控制系统得到了长足的进步。很多控制系统为了节省成本和空间还是采用模拟电位传感器，为了得到更高精度的系统回馈数据，必须选择高精度模拟电位传感器，这个时候成本又增加了，因此这个时候存在一个价格和精度的问题。同时，如果采用常规方法在数据采集的时候进行补偿，则每次需要计算补偿量，但是期间的控制系统的一些其他原因带来的误差则无法获得补偿。中国专利文献库公布了一项名称为《多光源寻址电位传感器及并行处理的气体图象测试装置(在国家知识产权局网站上找的最相近的专利)》(专利申请号CN201210381968)的发明专利申请技术，该发明专利申请技术公开了一种用于建筑基础工程中测量灌注桩孔径的高精度检测技术。它由密封筒、直线滑动电位传感器和伞形机械臂等组成；伞形机械臂在内部弹簧和外力的作用下自动张开和合拢；伞形机械臂为四个，围绕密封筒在四个方向均匀分布，固定在密封筒上，由压力补偿器与密封筒内的直线滑动电位传感器相连；四个机械臂与密封筒固定处加内弹簧，内弹簧施加力使机械臂张开与灌注桩孔壁接触，跟踪灌注桩孔径沿四个机械臂方向的变化；灌注桩孔径的变大和变小使机械臂张开或收拢，从而导致在密封筒内与机械臂相连的直线滑动电位传感器的测量电位发生变化；测量这种变化，通过计算即可得到高精度桩孔孔径值。本发明能够获取电位传感器的信息，并进行响应的频率域变换。发明申请在进行数据采集信息获取的时候需要进行复杂的运算，没有进行有效的补偿或者校正，而且不具备补偿整体系统的功能，同时成本高，功耗大，体积大。
发明内容
本发明要解决技术问题为：为了克服控制系统中利用模拟电位传感器输出位置检测精度低的缺点，为在需要节约控制系统成本、体积的情况下，提供一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法，能够有效、简单且低成本的实现控制系统输出检测精度提升、降低设计难度和复杂度，提升整个控制系统的精度。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法，适用于一种硬件平台，该硬件平台包含控制命令输入模块、数字信号处理模块、控制执行输出模块、模拟电位传感器、数据采集模块，控制命令输入模块接收控制命令，送给数字信号处理模块，经过其计算后送给控制执行输出模块，模拟电位传感器检测控制执行输出模块的位置，并把位置转换为电压，经由数据采集模块采集后送给数字信号处理模块进行偏差计算，从而实现高精度的控制，实现模拟电位传感器误差补偿通过以下方法：
步骤(1)、在实际控制执行前，以控制系统中控制执行输出模块能够输出的最小位置变化量进行从初始位置到终点控制位置的输出；
步骤(2)、在执行步骤(1)的过程中使用数据采集模块对模拟电位传感器的输出电压进行采集；
步骤(3)、设所有采集的数据为N个，An，An-1为步骤(2)采集的任意两个数据，n小于等于N，因此An，An-1为相邻的两个数据；
步骤(4)、设Δn＝An-An-1，∑n＝Δn-Δn-1；
步骤(5)、判断∑n的符号变化，对数据An以∑n的符号变化点为节点进行分段，把数据An分的段数设为m段，m大于1小于等于n-1；
步骤(6)、对于m段中任一段数据的Δn值进行段内平均，设任一段内数据为c，则平均值为该段内所有的Δn除以c；
步骤(7)、把m段数据的Δn平均值、∑n的符号变化的分界点记录在数字信号处理模块(2)中；
步骤(8)、在实际控制系统实际使用中，以∑n的符号对任意一段实际测的新数据An进行实时补偿，补偿的数据符号与∑n的符号相反；
步骤(9)、控制系统达到控制目的后结束控制，如果没有达到则继续进行步骤(8)。
其中，所述的数字信号处理模块包含FPGA、CPLD、DSP、ARM中的一种或者几种处理器。
其中，所述的数据采集模块由ADC、模拟信号调理、精密电源组成。
在跨时钟域串行通信过程中，本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明充分利用控制系统本身特点，降低了控制系统的成本、体积。
(2)本发明避免了单独对控制系统回馈检测模块的补偿，而是在补偿回馈检测模块的同时对整个系统进行补偿。
(3)本发明事先对误差补偿参数进行计算，实际控制时，只需利用这些补偿参数对相应的实际数据进行补偿，减轻了控制系统的运算能负担。
本发明的关键点和突出点在于测试前期对整个控制系统进行针对模拟电位传感器的测试，通过测试计算出位置最小量化度时的偏差度以及进一步的偏差度，有了每个数据点的测试偏差，能够更好的了解数据变化趋势，因为按照理想值，整个控制系统会随着位置的变化而成线性变化，而且进一步的变化量会很小，趋近于0，常规的补偿只能单独对模拟电位传感器进行补偿，而不是在系统中对其进行有效补偿，本发明可以有效的对整个系统进行补偿。
本发明在技术实现上不存在难以攻克的难点，易于操作，便于在工程中应用。
附图说明
图1为本发明的控制系统模拟电位传感器误差补偿方法结构图；
图2为本发明的控制系统模拟电位传感器误差补偿方法流程图；
图中1、控制命令输入模块、2、数字信号处理模块、3、控制执行输出模块、4、模拟电位传感器、5、数据采集模块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
如图1所示，本发明的控制系统模拟电位传感器误差补偿方法，适用于一种硬件平台，该硬件平台包含控制命令输入模块1、数字信号处理模块2、控制执行输出模块3、模拟电位传感器4、数据采集模块5，控制命令输入模块1接收控制命令，送给数字信号处理模块2，经过其计算后送给控制执行输出模块3，模拟电位传感器4检测控制执行输出模块3的位置，并把位置转换为电压，经由数据采集模块采集后送给数字信号处理模块2进行偏差计算，从而实现高精度的控制，实现模拟电位传感器误差补偿主要通过以下方法：
步骤(1)、在实际控制执行前，以控制系统中控制执行输出模块3能够输出的最小位置变化量进行从初始位置到终点控制位置的输出；
步骤(2)、在执行步骤(1)的过程中使用数据采集模块5对模拟电位传感器4的输出电压进行采集；
步骤(3)、设所有采集的数据为N个，An，An-1为步骤(2)采集的任意两个数据，n小于等于N，因此An，An-1为相邻的两个数据；
步骤(4)、设Δn＝An-An-1，∑n＝Δn-Δn-1；
步骤(5)、判断∑n的符号变化，对数据An以∑n的符号变化点为节点进行分段，把数据An分的段数设为m段，m大于1小于等于n-1；
步骤(6)、对于m段中任一段数据的Δn值进行每个段内平均，设任一段内数据为c，则平均值为该段内所有的Δn除以c；
步骤(7)、把m段数据的Δn平均值、∑n的符号变化的分界点记录在数字信号处理模块2中；
步骤(8)、进入到实际控制系统实际使用中，以∑n的符号对任意一段实际测的新数据An进行实时补偿，补偿的数据符号与∑n的符号相反；
步骤(9)、控制系统达到控制目的后结束控制，如果没有达到则继续进行步骤(8)。
所述的数字信号处理模块2包含FPGA、CPLD、DSP、ARM中的一种或者几种处理器。
所述的数据采集模块5由ADC、模拟信号调理、精密电源组成。
将本发明应用于某小型光电跟踪控制系统，其位置测量误差明显减小，进一步提高了该系统的跟踪控制精度，效果显著。本发明描述算法易实现，且不影响系统整体算法的结构与框架，不影响系统的运性速度，易于工程实现。

Claims (3)

1.一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法，适用于一种硬件平台，该硬件平台包含控制命令输入模块(1)、数字信号处理模块(2)、控制执行输出模块(3)、模拟电位传感器(4)和数据采集模块(5)，控制命令输入模块(1)接收控制命令，送给数字信号处理模块(2)，经过其计算后送给控制执行输出模块(3)，模拟电位传感器(4)检测控制执行输出模块(3)的位置，并把位置转换为电压，经由数据采集模块采集后送给数字信号处理模块(2)进行偏差计算，从而实现高精度的控制，其特征在于：实现模拟电位传感器误差补偿通过以下方法：
步骤(1)、在实际控制执行前，以控制系统中控制执行输出模块(3)能够输出的最小位置变化量进行从初始位置到终点控制位置的输出；
步骤(2)、在执行步骤(1)的过程中使用数据采集模块(5)对模拟电位传感器(4)的输出电压进行采集；
步骤(3)、设所有采集的数据为N个，An，An-1为步骤(2)采集的任意两个数据，n小于等于N，因此An，An-1为相邻的两个数据；
步骤(4)、设Δn＝An-An-1，∑n＝Δn-Δn-1；
步骤(5)、判断∑n的符号变化，对数据An以∑n的符号变化点为节点进行分段，把数据An分的段数设为m段，m大于1小于等于n-1；
步骤(6)、对于m段中任一段数据的Δn值进行段内平均，设任一段内数据为c，则平均值为该段内所有的Δn除以c；
步骤(7)、把m段数据的Δn平均值、∑n的符号变化的分界点记录在数字信号处理模块(2)中；
步骤(8)、在实际控制系统实际使用中，以∑n的符号对任意一段实际测的新数据An进行实时补偿，补偿的数据符号与∑n的符号相反；
步骤(9)、控制系统达到控制目的后结束控制，如果没有达到则继续进行步骤(8)。
2.根据权利要求1所述的一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法，其特征在于：所述的数字信号处理模块(2)包含FPGA、CPLD、DSP、ARM中的一种或者几种处理器。
3.根据权利要求1所述的一种控制系统模拟电位传感器误差补偿方法，其特征在于：所述的数据采集模块(5)由ADC、模拟信号调理、精密电源组成。
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