CN107490393A - 一种用于减小磁性旋转编码器的积分非线性误差的控制器 - Google Patents

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Abstract

一种用于减小磁性旋转编码器(2)的积分非线性误差的控制器(1)包括：位置误差确定单元(20)，其用于确定指定移动设备(3)到达预定义位置(α0,…,αk)中的各自的预定义位置的各自的时间的多个时间标记(P0,…,Pk)。位置误差确定单元(20)根据时间标记(P0,…,Pk)来计算多个误差校正参数(B[0],…,B[k])。控制器的误差补偿单元(10)根据各自的位置参数和各自的误差校正参数(B[0],…,B[k])来确定针对从编码器(2)接收到的每个位置参数的各自的误差补偿位置参数

Description

一种用于减小磁性旋转编码器的积分非线性误差的控制器
技术领域
本发明涉及一种用于减小被配置为确定移动设备的当前位置的旋转编码器(尤其是被配置为确定旋转磁体的当前位置的磁性旋转编码器)的积分非线性误差的控制器。
背景技术
旋转编码器允许确定移动设备的位置。旋转编码器的示例性实施例是允许感测旋转磁体的当前旋转位置(例如旋转角度)的磁性旋转编码器。磁体通常被布置在磁性旋转编码器的芯片之上或之下。为了测量磁体的旋转角度，需要在磁性旋转编码器的芯片的中心上旋转的双极性磁体。旋转磁体生成由磁性旋转编码器(例如由编码器的霍尔传感器)感测到的旋转磁场。编码器被配置为通过对磁体的感测到的旋转磁场的合适的信号处理来确定旋转磁体的当前位置。
磁性旋转编码器的准确度主要取决于噪声和积分非线性(INL)。噪声能够通过(低通)滤波器来减少。然而，INL的减小非常难以实现。在滤波之后的噪声处于大约0.1°的范围内，但是由INL引起的误差在高达3°的范围内并且主要取决于磁体位置和磁体。INL误差能够通过使用烧写的INL校正电路来减小。然而，对烧写的INL校正电路的使用需要针对每个芯片的校准并且还不能够对温度漂移和寿命漂移做出反应。
期望提供一种用于减小旋转编码器的积分非线性误差(INL误差)的控制器，其允许通过减小INL诱发的误差来以高准确度确定旋转磁体的位置。
发明内容
在权利要求1中说明了一种用于减小旋转编码器的积分非线性误差使得移动设备(例如旋转磁体)的位置可以以高准确度来确定的控制器。
控制器包括输入端子，其用于接收指定由旋转编码器确定的移动设备的位置的多个位置参数。控制器还包括误差补偿单元，其用于确定分别被分配给位置参数中的一个位置参数的多个误差补偿位置参数，其中，误差补偿位置参数中的各自的误差补偿位置参数指定由积分非线性位置误差中的各自的积分非线性位置误差校正的位置参数中的各自的位置参数。
控制器包括位置误差确定单元，其具有用于随后从误差补偿单元接收多个误差补偿位置参数的输入端。位置误差确定单元包括用于确定多个第一时间标记和多个第二时间标记的时间标记确定单元。多个第一时间标记中的每个指定由移动设备用于从第一旋转的开始位置旋转到第一旋转的多个预定义位置中的各自的位置所需要的各自的时间。多个第二时间标记中的每个指定由移动设备用于从第二旋转的开始位置旋转到第二旋转的多个预定义位置中的各自的位置所需要的各自的时间。多个第一时间标记的结束时间标记指定由移动设备用于移动设备从移动设备的第一旋转的开始位置到移动设备的第二旋转的开始位置的完整第一旋转所需要的时间。
位置误差确定单元包括用于计算多个误差校正参数的位置误差计算部件。位置误差计算部件被配置为根据第一旋转的结束时间标记和第一时间标记中的各自的第一时间标记来确定被分配给时间标记中的各自的时间标记的误差校正参数中的各自的误差校正参数。误差补偿单元包括耦合到输入端子的第一输入连接和耦合到位置误差确定单元的第二输入连接。
误差补偿单元被配置为当误差补偿单元在误差补偿单元的第二输入端子处接收到误差校正参数时将误差校正参数中的各自的误差校正参数分配给位置参数中的各自的位置参数。误差补偿单元被配置为当误差补偿单元在第二输入连接处接收到误差校正参数时，根据位置参数中的各自的位置参数和被分配给位置参数中的各自的位置参数的误差校正参数中的各自的误差校正参数来确定针对在第一输入连接处接收到的位置参数中的各自的位置参数的误差补偿位置参数中的各自的误差补偿位置参数。
时间标记测量单元测量移动设备的特殊点之间的时间，例如时钟周期。在使用旋转磁体作为移动设备的情况下，磁性旋转编码器将包括INL误差的多个测得旋转角度提供到控制器。控制器的时间标记测量单元测量预定义角度点之间的时间。时间标记可以在等距角度点处(例如全部22.5°或更少)被确定。误差校正参数可以由位置误差确定单元根据测得时间来计算。误差校正参数/因子之后由误差补偿单元用于确定误差补偿位置参数。
误差补偿单元可以被放置在滤波器之前。经滤波的误差补偿位置参数可以再次由位置误差确定单元分析并且误差校正参数可以在控制循环中被重新计算。
根据可能的实施例，控制器包括用于监控磁体的旋转以确保磁体的旋转速度足够高使得旋转磁体的移动在完整旋转期间不会停止并且磁体以恒定速度旋转的分析单元。为了该目的，分析单元可以被配置为将两个完整后续旋转的时间标记进行比较。
在找到误差校正参数之后，只要控制器不会被切断，由控制器提供的INL减小就起作用。根据改进的实施例，所计算的误差校正参数能够被存储在存储设备中以提供来自旋转编码器的第一次接通的改进的INL减小。
额外的特征和优点在后面的详细描述中进行阐述，并且部分地将使本领域技术人员从说明书中显而易见或者通过实践如在其撰写的说明书及权利要求书以及附图中描述的实施例意识到。要理解，前述大体描述和下面的详细描述仅仅是示例性的，并且旨在提供概述或框架以理解权利要求的本质和特征。
附图说明
附图被包含以提供进一步理解，并且被并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图图示了一个或多个实施例，并且与详细的描述一起用于解释各种实施例的原理和操作。因此，本公开内容将从结合附图进行的以下详细描述得到更完整地理解，在附图中：
图1示出了被安装在磁性旋转编码器的芯片之上的旋转磁体的布置。
图2图示了对用于计算旋转磁体的当前位置的旋转磁体的磁场的检测。
图3示出了具有经滤波的噪声的INL误差的过程的示例。
图4示出了旋转磁体的实际位置与测得位置的比较。
图5示出了用于减小磁性旋转编码器的积分非线性误差的控制器的实施例的原理体系结构。
图6是用于减小磁性旋转编码器的积分非线性误差的控制器的实施例的详细图示。
具体实施方式
图1示出了移动设备3和旋转编码器2的布置。旋转编码器被配置为磁性旋转编码器。移动设备3被配置为在磁性旋转编码器2之上旋转的磁体。磁性旋转编码器被配置为检测由旋转磁体3生成的旋转磁场并且通过评估检测到的磁场来确定磁体的当前位置。
图2图示了用于确定旋转磁体3的当前位置(例如旋转角度)的磁性旋转编码器2的合适的信号处理。磁性旋转编码器3可以包括用于检测旋转磁场的磁性敏感元件，例如霍尔传感器。后续信号处理单元评估由霍尔传感器检测到的旋转磁场并提供在磁体的旋转移动期间的磁体3的当前旋转角度。
磁性旋转编码器的准确度主要取决于噪声和积分非线性(INL)。图3示出了在旋转磁体的实际位置与由磁性旋转编码器通过评估旋转磁场计算的位置之间的偏差。在旋转磁体的实际位置与由磁性旋转编码器计算的位置之间的差在图3中被示出为角度偏差偏差由积分非线性(INL)和噪声引起。由积分非线性引起的误差分量负责大约+/-2°的角度误差/偏差的大振荡。由噪声引起的误差分量负责在角度误差的过程上的小波纹。
由噪声引起的误差分量可以很好地通过(低通)滤波器来减小，使得由噪声引起的误差分量通常在大约+/-0.1°的范围内，如图3中的波纹示出的。主要误差分量由可以在高达3°的范围内的积分非线性引起，并且主要取决于磁体位置和磁体。
图3示出了在角度误差减小并且到达在大约180°的实际位置α处的角度误差之前，由积分非线性引起的误差分量从旋转磁体的大约α＝0°的实际位置增大到大约α＝30°的位置并且在与之间波动，直到大约140°的实际位置α。角度误差之后再次增大，但是到负的范围并且在大约220°的实际角度α与大约320°的实际角度α之间振荡在-1.3°与-2°之间。角度误差之后减小并且在大约α＝360°的磁体的实际角度处达到0°。
图4在左侧示出了旋转磁体的实际位置/旋转角度αstart,α0,α1,…,αn，并且在右侧示出了指定如由磁性旋转编码器确定的旋转磁体的测得位置的位置参数根据图3中图示的角度误差的过程，磁性旋转编码器确定位置参数在0°与180°之间具有大于旋转磁体的实际旋转角度的角度，并且确定位置参数在180°与360°之间具有小于旋转磁体的实际位置的角度。
图5示出了用于减小被包含在由磁性旋转编码器计算的位置参数中的积分非线性误差的控制器1的原理体系结构。控制器包括输入端子I1，其可以连接到磁性旋转编码器的输出端子以接收多个位置参数位置参数分别指定移动设备(例如旋转磁体)的位置αstart,α0,…,αn，其中，位置参数由连接到输入端子I1的磁性旋转编码器确定。
控制器1包括用于确定多个误差补偿位置参数 的误差补偿单元10。误差补偿位置参数 分别被分配给位置参数中的一个，其中，误差补偿位置参数中的各自的误差补偿位置参数指定由积分非线性位置误差中的各自的积分非线性位置误差校正的位置参数中的各自的位置参数。误差补偿位置参数例如指定由编码器测得的由各自的积分非线性误差校正的位置参数
控制器1还包括位置误差确定单元20，其具有用于随后从误差补偿单元10接收多个误差补偿位置参数的输入端E20。位置误差确定单元20被配置为计算多个误差校正参数B[0],…,B[k]。
误差补偿单元10具有耦合到输入端子I1的第一输入连接E10a和耦合到位置误差确定单元20的第二输入连接E10b。误差补偿单元10被配置为当误差补偿单元10在第二输入连接E10b处接收到误差校正参数B[0],…,B[n]时将误差校正参数B[0],…,B[n]中的各自的误差校正参数分配给位置参数中的各自的位置参数。误差补偿单元10例如将误差校正参数B[0]分配给位置参数并将误差校正参数B[k]分配给位置参数和
误差补偿单元10被配置为当误差补偿单元10在第二输入连接E10b处接收到误差校正参数B[0],…,B[k]时，根据位置参数中的各自的位置参数和被分配给位置参数中的各自的位置参数的误差校正参数B[0],…,B[k]中的各自的误差校正参数来确定针对在输入连接E10a处接收到的位置参数中的各自的位置参数的误差补偿位置参数 中的各自的误差补偿位置参数。
误差补偿单元10例如被配置为根据位置参数和误差校正参数B[0]来确定针对位置参数的误差补偿位置参数并且根据位置参数和误差校正参数B[1]来确定针对所分配的位置参数的误差校正位置参数等等。根据位置参数和误差校正参数B[k]来确定针对位置参数的误差补偿位置参数
误差校正位置参数指定由磁性旋转编码器计算的通过误差校正参数B[0],…,B[k]校正的位置参数误差校正参数B[0],…,B[k]表示被分配给位置参数中的每个的积分非线性位置误差。
误差补偿单元10可以包括误差减小部件11和随后布置的滤波器12。误差补偿单元10的误差减小部件11被配置为当误差补偿单元10在位置误差补偿单元10的第二输入连接E10b处接收到误差校正参数B[0],…,B[k]时，通过从位置参数中的各自的位置参数减去被分配给位置参数 中的各自的位置参数的误差校正参数B[0],…,B[k]中的各自的误差校正参数来确定针对位置参数中的各自的位置参数的误差补偿位置参数中的各自的误差补偿位置参数。
这意味着误差减小部件11当误差补偿单元10在位置误差补偿单元10的第二输入连接E10b处接收到误差校正参数B[0],…,B[k]时，例如通过从位置参数减去误差校正参数B[0]来确定针对位置参数的误差补偿位置参数并且例如通过从位置参数减去误差校正参数B[1]来确定误差补偿位置参数等等。控制器1在控制器的输出端子A1处提供所计算的误差补偿位置参数
图6示出了用于减小磁性旋转编码器的积分非线性位置误差的控制器1的实施例，其中，位置误差确定单元20以比图5更详细的方式被图示。位置误差确定单元20以其输入端E20耦合到误差补偿单元10以接收误差补偿位置参数
位置误差确定单元20包括用于确定多个第一时间标记P0,…,Pk和多个第二时间标记P0’,…,Pk’的时间标记确定单元100。多个第一时间标记P0,…,Pk中的每个指定由移动设备3用于从第一旋转的开始位置αstart旋转到第一旋转的多个预定义位置α0,…,αk中的各自的位置所需要的各自的时间。多个第二时间标记P0’,…,Pk’中的每个指定由移动设备3用于从(紧跟在第一旋转之后的)第二旋转的开始位置αstart’旋转到第二旋转的多个预定义位置α0’,…,αk’中的各自的位置所需要的各自的时间。多个第一时间标记P0,…,Pk的结束时间标记Pk指定由移动设备3用于移动设备3从移动设备3的第一旋转的开始位置αstart到移动设备3的第二旋转的开始位置αstart’的完整第一旋转所需要的时间。
假设第一旋转的预定义位置αstart,α0,…,αk是由移动设备3每22.5°接收到的角度点，则预定义位置为α0＝0°,α1＝22.5°,α3＝45°,…,αk＝360°。时间标记P0指定由移动设备3从开始点αstart＝0°到预定义点α0＝22.5°所需要的时间；时间标记P2指定由移动设备3到达从开始位置αstart＝0°测得的预定义位置α2＝45°的时间；等等。
除了确定在针对第一旋转的从αstart到α0、αstart到α1、等等的预定义扇区之间的时间标记以及针对在αstart’到α0’、αstart’到α1’、等等之间的扇区的第二时间标记之外，时间标记确定单元100还生成针对新的旋转和针对新的扇区的信号。第一时间标记P0,...Pk和第二时间标记P0’,...,Pk’由时间标记确定单元100的时间测量部件110生成。时间标记确定单元100还包括单稳态触发器120，其用于检测移动设备3的真实的新的旋转。时间标记确定单元100可以包括用于存储针对第一旋转的第一时间标记P0,…,Pk和针对第二旋转的第二时间标记P0’,…,Pk’的存储部件130。第二时间标记P0’,…,Pk’可以被存储在影像寄存器中。
位置误差确定单元20包括用于计算多个误差校正参数B[0],…,B[k]的位置误差计算部件200。位置误差计算部件200被配置为根据第一旋转的结束时间标记Pk和时间标记P0,…,Pk中的各自的时间标记来确定被分配给时间标记P0,…,Pk中的各自的时间标记的误差校正参数B[0],...B[k]中的各自的误差校正参数。误差校正参数通过下式来计算：
该公式意味着针对第一旋转的测得时间标记P0,…,Pk被转换为位置，例如角度，其之后从位置的设定点(例如角度的设定点)被减去。时间标记P0,…,Pk可以是由时间测量部件110的计数器在开始点αstart与各自的预定义位置α0,…,αk之间计数的时钟周期的数量。误差校正参数B[0],…,B[k]指定积分非线性位置误差，其是移动设备的真实位置与由旋转编码器确定的位置之间的误差。由于惯性力矩，计算是可能的。考虑移动设备的转动方向，位置误差计算部件200生成误差校正参数B[0],…,B[k]。
误差补偿单元10被配置为当误差补偿单元10在位置误差补偿单元10的第二输入连接E10b处接收到误差校正参数B[0],…,B[k]时，通过从位置参数 中的各自的位置参数减去被分配给位置参数中的各自的位置参数的误差校正参数B[0],…,B[k]中的各自的误差校正参数来确定针对位置参数中的各自的位置参数的误差补偿位置参数 中的各自的误差补偿位置参数。
误差补偿单元10可以被配置为通过在误差校正参数B[0],…,B[k]中的随后误差校正参数之间执行插值来计算误差校正参数的多个经插值的误差校正参数。这允许校正位置参数中的每个，尤其是指定在预定义位置之间的位置的位置参数，并且允许计算针对位置参数中的每个的各自的误差补偿位置参数。
位置误差确定单元20包括状态机600，其对在预定义位置α0,…,αk之间的扇区进行计数。状态机600的状态计数器可以针对第一旋转从0计数到k，例如从0计数到15，并且针对移动设备3的第二旋转从k+1计数到k’，例如从16计数到31。如果在一次旋转中发现INL故障，则状态计时器将在移动设备3的下次旋转中从0开始。
用于确定误差补偿位置参数的先决条件在于移动设备3(例如旋转磁体)正以恒定速度旋转仅仅两个完整轮。位置误差确定单元20包括用于分析由时间标记确定单元100确定的多个时间标记P0,…,Pk是否适合被位置误差计算部件200用于计算误差校正参数B[0],…,B[k]的分析单元300。
为了评估移动设备3是否以恒定速度旋转两个完整轮，分析单元300将由移动设备3针对两次完整旋转需要的各自的时间进行比较。根据控制器1的可能的实施例，位置误差确定单元20包括评估部件310，其被配置为评估针对移动设备3的第二旋转的持续时间与针对移动设备3的第一旋转的持续时间是否相差预定义阈值。
根据控制器1的实施例，评估部件310被配置为将由时间测量部件100针对移动设备的第一旋转确定的第一时间标记P0,…,Pk与由时间测量部件100针对移动设备的第二旋转确定的第二时间标记P0’,…,Pk’进行比较。评估部件310可以被配置为通过将信任级别TL分配给第一时间标记P0,…,Pk来评价第一时间标记P0,…,Pk用于确定误差校正参数B[0],…,B[k]的实用性。
根据控制器的可能的实施例，评估部件310将针对第一旋转需要的时间与针对移动设备的第二旋转需要的时间进行比较。如果这些时间相同或者在预定义界限内与彼此不同，则信任级别是低的。两次旋转与彼此相差越多，信任级别越高。因此，高信任级别TL意味着该旋转的时间标记P0,…,Pk非常不适合用于确定误差校正参数B[0],…,B[k]。相反，低信任级别意味着时间标记P0,…,Pk非常适合用于确定误差校正参数B[0],…,B[k]。
根据控制器1的可能的实施例，位置误差确定单元20还包括速度控制部件320，其被配置为检查移动设备3的第一旋转的速度是否高于预定义速度阈值。根据另一实施例，位置误差确定单元20包括加速度控制部件330，其用于检查移动设备3是否执行加速度旋转。在移动设备的加速度旋转被检测到的情况下，加速度控制部件330检查加速度是否低于预定义加速度阈值。
速度控制部件320和加速度控制部件330检查移动设备3的旋转速度是否在选定界限之上并且加速度是否在选定界限之下。如果达到界限之一，则锁定误差校正参数B[0],…,B[k]的计算直到移动设备的下一旋转。最小速度界限用于仅仅以如下速度来激活对误差校正参数的计算：在该速度上惯性力矩足够大以确保安全，使得移动设备3处于平滑旋转中并且将不会在一次旋转期间开始和停止。加速度和速度界限必须从滤波器被提供。
根据控制器的可能的实施例，评估部件310生成第一标志F1，其指示在第一旋转期间的移动设备3的速度与在第二旋转期间的移动设备3的速度是否至多相差预定义量。速度控制部件320可以生成第二标志F2，其指示在第一旋转期间的移动设备3的速度和在第二旋转期间的移动设备3的速度是否分别高于预定义速度阈值。加速度控制部件330可以生成第三标志F3，其指示移动设备3的加速度是否低于预定义加速度阈值。
根据控制器的可能的实施例，位置误差确定单元20包括决定部件340，其用于通过评估第一标志F1、第二标志F2以及第三标志F3来决定移动设备3的第一旋转的第一时间标记P0,…,Pk是否适合由位置误差计算部件200用于计算误差校正参数B[0],…,B[k]。决定部件340将来自评估部件的标志F1、来自速度控制部件的标志F2以及来自加速度控制部件的标志F3进行组合并生成指示由时间标记确定单元100确定的第一时间标记P0,…,Pk是否可以由位置误差计算部件200用于计算误差校正参数B[0],…,B[k]的清除信号CS。
根据控制器1的可能的实施例，控制器包括用于生成经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]的误差校正参数滤波部件400。误差校正参数滤波部件400具有连接到位置误差计算部件200以用于接收误差校正参数B[0],…,B[k]的输入端E400和连接到误差补偿单元10的第二输入连接E10b的输出端A400。误差校正参数滤波部件400被配置为计算被分配给误差校正参数B[0],…,B[k]中的各自的误差校正参数的经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]中的各自的经滤波的误差校正参数。
误差校正参数滤波部件400可以被配置为通过在被分配给移动设备3的最后旋转的时间标记中的各自的时间标记的误差校正参数B[0],…,B[k]中的各自的误差校正参数和被分配给移动设备3的先前旋转的时间标记中的各自的时间标记的误差校正参数B’[0],…,B’[k]中的各自的误差校正参数上求平均来计算各自的经滤波的误差校正参数。
根据控制器的可能的实施例，误差校正参数滤波部件400可以被配置为通过计算在被分配给移动设备3的最后旋转的时间标记中的各自的时间标记的误差校正参数B[0],…,B[k]中的各自的误差校正参数和被分配给移动设备3的先前旋转的时间标记中的各自的时间标记的误差校正参数B’[0],…,B’[k]中的各自的误差校正参数上的加权平均来提供滤波，其中，求平均的权重由信任级别TL设定。
误差校正参数滤波部件400生成针对误差校正参数B[0],…,B[k]中的每个的各自的经滤波的/经平均的误差校正参数FB[0],…,FB[k]。求平均考虑最后计算的误差校正参数B[0],…,B[k]和先前计算的误差校正参数B’[0],…,B’[k]。误差校正参数滤波部件400例如被配置为通过在由位置误差计算部件200针对移动设备3的最后一轮计算的最后接收到的误差校正参数B[0]和针对先前旋转计算的先前接收到的误差校正参数B’[0]上求平均来计算经滤波的误差校正参数FB[0]。
在求平均操作中对最后接收到的误差校正参数的加权取决于信任级别。如果针对误差校正参数B[0],…,B[k]的信任级别低于预定义阈值，则最后计算的误差校正参数，即由位置误差计算部件200针对移动设备3的最后一轮计算的误差校正参数被浪费并且不被用于求平均操作。求平均改进准确度。噪声和速度变化利用该求平均变得更小。
误差校正参数滤波部件400可以被配置为可激活部件，其生成经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]并且在激活状态中将其传输到误差补偿单元10的第二输入连接E10b，并且在非激活状态中将误差校正参数B[0],…,B[k]传输到误差补偿单元10的第二输入端子E10b。当误差校正参数B[0],…,B[k]由位置误差计算部件200第一次计算时，求平均可以被停用以尽可能快地获得可行的INL改进。稍后求平均对其进一步改进以获得最好的结果。
误差补偿单元10可以被配置为当误差补偿单元10在位置误差补偿单元10的第二输入连接E10b处接收到经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]时，通过从位置参数中的各自的位置参数减去被分配给位置参数 中的各自的位置参数的经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]中的各自的经滤波的误差校正参数来确定针对位置参数中的各自的位置参数的误差补偿位置参数中的各自的误差补偿位置参数。
当误差补偿单元10在第二输入连接E10b处接收到经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]时，误差补偿单元10例如从位置参数减去被分配给位置参数的经滤波的误差校正参数FB[0]。位置参数由误差补偿单元10通过从位置参数减去经滤波的误差校正参数FB[1]来计算，等等。
当误差补偿单元10在第二输入连接E10b处接收到经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]时，误差补偿单元10使用经平均的INL参数/经滤波的误差校正参数以从未经滤波的磁体角度减去经滤波的误差校正参数。这允许减小INL误差并且滤波器12能够更好地工作并生成噪声少的信号
误差补偿单元10可以被配置为通过在经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]中的随后的经滤波的误差校正参数之间执行插值来计算经滤波的误差校正参数的多个经插值的经滤波的误差校正参数。这允许校正位置参数中的每个，尤其是指定在预定义位置之间的位置的位置参数，并且允许计算各自的误差补偿位置参数。
根据控制器的可能的实施例，位置误差确定单元20可以包括第一中断部件510，其用于生成用于中断将误差校正参数B[0],…,B[k]或经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]提供到误差补偿单元10的第二输入连接E10b的第一中断信号IS1。第一中断部件510被配置为评估误差校正参数B[0],…,B[k]或经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]并根据误差校正参数B[0],…,B[k]或经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]在移动设备3的第一旋转期间的过程来生成第一中断信号IS1。这意味着第一中断部件510查明所计算的误差校正参数/经滤波的误差校正参数是否示出合理的INL曲线，例如图3所示的，或者当计算误差校正参数/经滤波的误差校正参数时是否发生计算错误。
根据控制器的另一实施例，位置误差确定单元20包括第二中断部件520，其用于生成用于中断将误差校正参数B[0],…,B[k]和经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]中的至少一个提供到误差补偿单元10的第二输入连接E10b的第二中断信号IS2。第二中断部件520被配置为评估误差校正参数B[0],…,B[k]和经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k]中的至少一个并根据在移动设备3的第一旋转期间的误差校正参数和经滤波的误差校正参数中的至少一个的值来生成第二中断信号IS2。
如果误差校正参数B[0],…,B[k]/经滤波的误差校正参数FB[0],…,FB[k](即INL参数)很低，例如低于大约0.2°，则INL补偿没有作用并且可能增加噪声。第二中断部件520查明INL补偿是否有意义并且将其打开或关闭。INL补偿可以由第二中断部件520在一次旋转内打开和关闭以优化结果。
为了中断对误差校正参数/经滤波的误差校正参数的提供，可控制开关700被提供在误差补偿单元10与位置误差确定单元20之间。可控制开关700可以借助于第一中断信号IS1和/或第二中断信号IS2被切换为断开状态以中断INL补偿或者闭合状态以使得能够进行INL补偿。
控制器1允许通过计算由误差补偿单元10用于确定误差补偿位置参数的误差校正参数/经滤波器的误差校正参数来减小旋转编码器的积分非线性位置误差。如果移动设备在用于计算INL误差校正参数/INL误差补偿位置参数的最后两次旋转期间以恒定速度旋转，则控制器仅仅向误差补偿单元10提供或仅仅计算误差校正参数/经滤波器的误差校正参数。如果由时间标记确定单元确定的第一时间标记例如归因于高噪声或没有恒定速度而不能很好地适合用于确定误差校正参数B[0],…,B[k]，则所提供的第一时间标记P0,…,Pk将被浪费并且对INL补偿没有作用。在这种情况下，在移动设备的旋转期间计算的时间标记P0,…,Pk未被用于计算误差校正参数。
附图标记列表
1 控制器
2 磁性旋转编码器
3 移动设备
10 误差补偿单元
11 误差减小部件
12 滤波器
20 位置误差确定单元
100 时间标记确定单元
110 时间测量部件
120 单稳态触发器
130 存储部件
200 位置误差计算部件
300 分析单元
310 评估部件
320 速度控制部件
330 加速度控制部件
340 决定部件
400 误差校正参数滤波部件
510 第一中断部件
520 第二中断部件
600 状态机
700 可控制开关

Claims (15)

1.一种用于减小旋转编码器的积分非线性位置误差的控制器，包括：
-输入端子(I1)，其用于接收指定由所述旋转编码器(2)确定的移动设备(3)的位置(αstart,α0,…,αn)的多个位置参数
-误差补偿单元(10)，其用于确定分别被分配给所述位置参数 中的一个位置参数的多个误差补偿位置参数 其中，所述误差补偿位置参数中的各自的误差补偿位置参数指定由所述积分非线性位置误差中的各自的积分非线性位置误差校正的所述位置参数中的各自的位置参数，
-位置误差确定单元(20)，其具有用于随后从所述误差补偿单元(10)接收所述多个误差补偿位置参数的输入端(E20)，
-其中，所述位置误差确定单元(20)包括用于确定多个第一时间标记(P0,…,Pk)和多个第二时间标记(P0’,…,Pk’)的时间标记确定单元(100)，其中，所述多个第一时间标记(P0,…,Pk)中的每个指定由所述移动设备(3)用于从第一旋转的开始位置(αstart)旋转到所述第一旋转的多个预定义位置(α0,…,αk)中的各自的位置所需要的各自的时间，其中，所述多个第二时间标记(P0’,…,Pk’)中的每个指定由所述移动设备(3)用于从第二旋转的开始位置(αstart’)旋转到所述第二旋转的多个预定义位置(α0’,…,αk’)中的各自的位置所需要的各自的时间，其中，所述多个第一时间标记(P0,…,Pk)的结束时间标记(Pk)指定由所述移动设备(3)用于所述移动设备(3)从所述移动设备(3)的所述第一旋转的所述开始位置(αstart)到所述移动设备(3)的所述第二旋转的所述开始位置(αstart’)的完整第一旋转所需要的时间，
-其中，所述位置误差确定单元(20)包括用于计算多个误差校正参数(B[0],…,B[k])的位置误差计算部件(200)，其中，所述位置误差计算部件(200)被配置为根据所述第一旋转的所述结束时间标记(Pk)和所述第一时间标记(P0,…,Pk)中的各自的第一时间标记来确定被分配给所述时间标记(P0,…,Pk)中的各自的时间标记的所述误差校正参数(B[0],…,B[k])中的各自的误差校正参数，
-其中，所述误差补偿单元(10)包括耦合到所述输入端子(I1)的第一输入连接(E10a)和耦合到所述位置误差确定单元(20)的第二输入连接(E10b)，
-其中，所述误差补偿单元(10)被配置为当所述误差补偿单元(10)在所述误差补偿单元(10)的第二输入端子(E10b)处接收到所述误差校正参数(B[0],…,B[k])时将所述误差校正参数(B[0],…,B[k])中的各自的误差校正参数分配给所述位置参数中的各自的位置参数，
-其中，所述误差补偿单元(10)被配置为当所述误差补偿单元(10)在所述第二输入连接(E10b)处接收到所述误差校正参数(B[0],…,B[k])时，根据所述位置参数中的各自的位置参数和被分配给所述位置参数 中的各自的位置参数的所述误差校正参数(B[0],…,B[k])中的各自的误差校正参数来确定针对在所述第一输入连接(E10a)处接收到的所述位置参数中的各自的位置参数的所述误差补偿位置参数 中的各自的误差补偿位置参数。
2.根据权利要求1所述的控制器，
其中，所述位置误差确定单元(20)包括用于分析由所述时间标记确定单元(100)确定的所述多个第一时间标记(P0,…,Pk)是否适合被用于所述位置误差计算部件(200)以计算所述误差校正参数(B[0],…,B[k])的分析单元(300)。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，
其中，所述位置误差确定单元(20)包括评估部件(310)，所述评估部件被配置为评估针对所述移动设备(3)的所述第二旋转的持续时间是否与针对所述移动设备(3)的所述第一旋转的持续时间相差预定义阈值。
4.根据权利要求3所述的控制器，
其中，所述评估部件(310)被配置为将所述第一时间标记(P0,…,Pk)与所述第二时间标记(P0’,…,Pk’)进行比较。
5.根据权利要求3或4所述的控制器，
其中，所述评估部件(310)被配置为通过将信任级别(TL)分配给所述第一时间标记(P0,…,Pk)来评价用于确定所述误差校正参数(B[0],…,B[k])的所述第一时间标记(P0,…,Pk)的实用性。
6.根据权利要求1至5所述的控制器，
其中，所述位置误差确定单元(20)包括速度控制部件(320)，所述速度控制部件被配置为检查所述移动设备(3)的所述第一旋转的速度是否高于预定义速度阈值。
7.根据权利要求1至6所述的控制器，
其中，所述位置误差确定单元(20)包括加速度控制部件(330)，所述加速度控制部件用于检查所述移动设备(3)是否执行加速旋转并且在检测到加速旋转的情况下检查加速度是否低于预定义加速度阈值。
8.根据权利要求3至7所述的控制器，
-其中，所述评估部件(310)生成第一标志(F1)，所述第一标志指示在所述第一旋转期间的所述移动设备(3)的速度与在所述第二旋转期间的所述移动设备(3)的速度是否至多相差预定义量，
-其中，所述速度控制部件(320)生成第二标志(F2)，所述第二标志指示在所述第一旋转期间的所述移动设备(3)的速度和在所述第二旋转期间的所述移动设备(3)的速度是否分别高于所述预定义速度阈值，
-其中，所述加速度控制部件(330)生成第三标志(F3)，所述第三标志指示所述移动设备(3)的加速度是否低于所述预定义加速度阈值，
-其中，所述位置误差确定单元(20)包括决定部件(340)，所述决定部件用于通过评估所述第一标志(F1)和所述第二标志(F2)以及所述第三标志(F3)来决定所述移动设备(3)的所述第一时间标记(P0,…,Pk)是否适合由所述位置误差计算部件(200)用于计算所述误差校正参数(B[0],…,B[k])。
9.根据权利要求1至8所述的控制器，
其中，所述误差补偿单元(10)被配置为当所述误差补偿单元(10)在位置误差补偿单元(10)的所述第二输入连接(E10b)处接收到所述误差校正参数(B[0],…,B[k])时，通过从所述位置参数中的各自的位置参数减去被分配给所述位置参数中的各自的位置参数的所述误差校正参数(B[0],…,B[k])中的各自的误差校正参数来确定针对所述位置参数 中的各自的位置参数的所述误差补偿位置参数 中的各自的误差补偿位置参数。
10.根据权利要求1至9所述的控制器，
-其中，所述位置误差确定单元(10)包括用于生成经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])的误差校正参数滤波部件(400)，其中，所述误差校正参数滤波部件(400)具有连接到所述位置误差计算部件(200)以用于接收所述误差校正参数(B[0],…,B[k])的输入端(E400)和连接到所述误差补偿单元(100)的所述第二输入连接(E10b)的输出端(A400)，
-其中，所述误差校正参数滤波部件(400)被配置为计算被分配给所述误差校正参数(B[0],…,B[k])中的各自的误差校正参数的经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])中的各自的经滤波的误差校正参数，其中，所述各自的经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])通过在被分配给所述移动设备(3)的最后旋转的时间标记中的各自的时间标记的所述误差校正参数(B[0],…,B[k])中的各自的误差校正参数和被分配给所述移动设备(3)的先前旋转的时间标记中的各自的时间标记的所述误差校正参数(B’[0],…,B’[k])中的各自的误差校正参数上求平均来计算。
11.根据权利要求10所述的控制器，
其中，所述误差校正参数滤波部件(400)被配置为计算在被分配给所述移动设备(3)的最后旋转的时间标记中的各自的时间标记的所述误差校正参数(B[0],…,B[k])中的各自的误差校正参数和被分配给所述移动设备(3)的先前旋转的时间标记中的各自的时间标记的所述误差校正参数(B’[0],…,B’[k])中的各自的误差校正参数上的加权平均，其中，求平均的权重由所述信任级别设定。
12.根据权利要求10或11所述的控制器，
其中，所述误差校正参数滤波部件(400)被配置为可激活部件，所述可激活部件生成所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])并且在激活状态中将其传输到所述误差补偿单元(10)的所述第二输入连接(E10b)，并且在非激活状态中将所述误差校正参数(B[0],…,B[k])传输到所述误差补偿单元(10)的第二输入端子(E10b)。
13.根据权利要求12所述的控制器，
其中，所述误差补偿单元(10)被配置为当所述误差补偿单元(10)在位置误差补偿单元(10)的所述第二输入连接(E10b)处接收到所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])时，通过从所述位置参数中的各自的位置参数减去被分配给所述位置参数中的各自的位置参数的所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])中的各自的经滤波的误差校正参数来确定针对所述位置参数中的各自的位置参数的所述误差补偿位置参数中的各自的误差补偿位置参数。
14.根据权利要求1至13所述的控制器，
-其中，所述位置误差确定单元(20)包括第一中断部件(510)，所述第一中断部件用于生成用于中断将所述误差校正参数(B[0],…,B[k])或所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])提供到所述误差补偿单元(10)的所述第二输入连接(E10b)的第一中断信号(IS1)，
-其中，所述第一中断部件(510)被配置为评估所述误差校正参数(B[0],…,B[k])或所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])并根据所述误差校正参数(B[0],…,FB[k])或所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])在所述移动设备(3)的所述第一旋转期间的过程来生成第一中断信号(IS1)。
15.根据权利要求1至14所述的控制器，
-其中，所述位置误差确定单元(20)包括第二中断部件(520)，所述第二中断部件用于生成用于中断将所述误差校正参数(B[0],…,B[k])和所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])中的至少一个提供到所述误差补偿单元(10)的所述第二输入连接(E10b)的第二中断信号(IS2)，
-其中，所述第二中断部件(520)被配置为评估所述误差校正参数(B[0],…,B[k])和所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])中的所述至少一个并根据在所述移动设备(3)的所述第一旋转期间的所述误差校正参数(B[0],…,FB[k])和所述经滤波的误差校正参数(FB[0],…,FB[k])中的所述至少一个的值来生成第二中断信号(IS2)。
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