CN109696197A - 正余弦编码器相位偏差的补偿方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正余弦编码器相位偏差的补偿方法，包括：获取第一正弦模拟信号和第一余弦模拟信号；将所述第一正弦模拟信号转换为对应的第一正弦数字信号；将所述第一余弦模拟信号转换为对应的第一余弦数字信号；将所述第一正弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二正弦数字信号；将所述第一余弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二余弦数字信号；将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相减得到第三正弦数字信号，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相加得到第三余弦数字信号。通过正余弦模拟信号数据组合运算提取相位偏差，使正余弦模拟信号的相位一致，再通过幅值校准，将相位偏差引起的位置和速度周期性的波动消除。

Description

正余弦编码器相位偏差的补偿方法和装置

技术领域

本发明涉及一种相位偏差的补偿方法，具体地涉及一种正余弦编码器相位偏差的补偿方法和装置。

背景技术

运动控制系统当中，编码器是重要的组成部分，其精度直接影响到最终的控制性能。正余弦输出的模拟量编码器以其高精度得到广泛的使用，高精度的位置获取通常通过软件细分来获得。而实际应用当中，由于各种因素影响，正余弦信号不是理想的波形，使得最终的控制精度有偏差，因此必须对细分信号进行校正或补偿。在影响编码器细分精度因素中，有幅值偏差，直流偏置、相位偏差等。幅值偏差和直流偏置可以用比较简易的方法来进行校准，但相位偏差很难通过直接的方法来进行信号的校准，因此如何降低细分信号相位偏差的影响，便成为提高细分精度的关键。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种正余弦编码器相位偏差的补偿方法和装置，最大化的降低了因相位偏差引起的位置周期性波动，并且直接消除了速度的周期性波动。

本发明的技术方案是：

一种正余弦编码器相位偏差的补偿方法，包括以下步骤：

S01：获取第一正弦模拟信号和第一余弦模拟信号；

S02：将所述第一正弦模拟信号转换为对应的第一正弦数字信号；将所述第一余弦模拟信号转换为对应的第一余弦数字信号；

S03：将所述第一正弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二正弦数字信号；将所述第一余弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二余弦数字信号；

S04：将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相减得到第三正弦数字信号，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相加得到第三余弦数字信号。

优选的技术方案中，所述步骤S04之后还包括：

将第三正弦数字信号通过第一幅值校准得到第四正弦数字信号；

将第三余弦数字信号通过第二幅值校准得到第四余弦数字信号；

所述第四正弦数字信号与第四余弦数字信号的幅值相等。

优选的技术方案中，还包括，

将第四正弦数字信号和第四余弦数字信号经过位置角度计算得到第一位置信号；

将所述第一位置经过位置角度相位偏移计算，得到第二位置信号；

根据第二位置信号得到速度信号。

本发明还公开了一种正余弦编码器相位偏差的补偿装置，包括：

获取单元，获取第一正弦模拟信号和第一余弦模拟信号；

转换单元，将所述第一正弦模拟信号转换为对应的第一正弦数字信号；将所述第一余弦模拟信号转换为对应的第一余弦数字信号；

处理单元，将所述第一正弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二正弦数字信号；将所述第一余弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二余弦数字信号；

补偿单元，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相减得到第三正弦数字信号，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相加得到第三余弦数字信号。

优选的技术方案中，还包括：

校准单元，将第三正弦数字信号通过第一幅值校准得到第四正弦数字信号；将第三余弦数字信号通过第二幅值校准得到第四余弦数字信号；所述第四正弦数字信号与第四余弦数字信号的幅值相等。

优选的技术方案中，还包括，

速度计算单元，将第四正弦数字信号和第四余弦数字信号经过位置角度计算得到第一位置信号；将所述第一位置经过位置角度相位偏移计算，得到第二位置信号；根据第二位置信号得到速度信号。

与现有技术相比，本发明的优点是：

通过正余弦模拟信号数据组合运算的方法，将正余弦模拟信号两者相位偏差提取出来，使正余弦模拟信号之间的相位完全一致，再通过幅值校准，将相位偏差引起的位置和速度周期性的波动完全消除。整个过程实现简单，实用，为减小位置和速度细分误差，提高精度提供了可靠的方案。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明正余弦编码器相位偏差的补偿方法的流程图；

图2为本发明的计算流程。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

如图1所示，本发明的正余弦编码器相位偏差的补偿方法，通过正余弦模拟数据组合运算的方法，将正余弦模拟信号两者相位偏差提取出来，使正余弦模拟信号之间的相位完全一致，再通过简易的幅值校准，将相位偏差引起的位置和速度周期性的波动完全消除。

包括以下步骤：

S01：获取第一正弦模拟信号和第一余弦模拟信号；

S02：将所述第一正弦模拟信号转换为对应的第一正弦数字信号；将所述第一余弦模拟信号转换为对应的第一余弦数字信号；

S03：将所述第一正弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二正弦数字信号；将所述第一余弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二余弦数字信号；

S04：将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相减得到第三正弦数字信号，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相加得到第三余弦数字信号。

S05：将第三正弦数字信号通过第一幅值校准得到第四正弦数字信号；

将第三余弦数字信号通过第二幅值校准得到第四余弦数字信号；

所述第四正弦数字信号与第四余弦数字信号的幅值相等。

S06：将第四正弦数字信号和第四余弦数字信号经过位置角度计算得到第一位置信号；

将所述第一位置经过位置角度相位偏移计算，得到第二位置信号；

根据第二位置信号得到速度信号。

如图2所示，正余弦模拟量信号通过两个回路采集进来，在第一个回路中，所述的Sin信号AD采集处理模块的输入端接入Sin模拟量信号，所述的Sin幅值及直流偏差校准模块的输入端与Sin信号AD采集处理模块的输出端连接。同样在第二回路中，所述的Cos信号AD采集处理模块的输入端接入Cos模拟量信号，所述的Cos幅值及直流偏差校准模块的输入端与Cos信号AD采集处理模块的输出端连接。所述的减法器的输入端分别与Sin幅值及直流偏差校准模块的输出端和Cos幅值及直流偏差校准模块的输出端连接，所述的加法器的输入端也分别与Sin幅值及直流偏差校准模块的输出端和Cos幅值及直流偏差校准模块的输出端连接，所述的第一幅值校准模块的输入端与减法器的输出端连接，所述的第二幅值校准模块的输入端与加法器的输出端连接。所述的位置角度计算模块的输入端分别与加法器和减法器的输出端连接，所述的位置角度偏移处理模块的输入端与位置角度计算模块的输出端连接，所述的速度计算模块的输入端与位置角度偏移处理模块的输出端连接。

参阅附图，本方案的具体实施方法如下：

1）外部模拟量信号Sin、Cos信号经过AD采集得到Sin1、Cos1信号

Sin1和Cos1信号存在相应的幅值偏差、直流偏置、相位偏差等，可以表示如下：

Sin1 = A1*Sin(θ+α)+B1

Cos1 = A2*Cos(θ+β)+B2

2）数字信号Sin1、Cos1经过幅值和直流偏置得到Sin2、Cos2信号；

对Sin1和Cos1信号经过直流偏置校准和幅值校准后，Sin2和Cos2表述如下：

Sin2 = A*Sin（θ+ α）

Cos2 = A*Cos(θ+β)

其中A =（A1 + A2）/2

3）数字信号Sin2、Cos2分别经过加法器和减法器得到Sin3、Cos3信号；

通过和差化积，可以得到如下公式：

Sin3 = A*Sin（θ+ α）- A*Cos(θ+β)

= A*(Sin（θ+ α）- Sin(pi/2 – θ- β)）

= A*2*Cos(pi/4 + (α-β)/2）Sin(θ- pi/4 + (α+β)/2）

Cos3 = A*Sin（θ+ α）+ A*Cos(θ+β)

= A*（Sin（θ+ α）+ Sin(pi/2 – θ- β)）

= A*2*Sin(pi/4 + (α-β)/2）Cos(θ- pi/4 + (α+β)/2）；

4）数字信号Sin3、Cos3经过幅值校准后得到Sin4、Cos4信号；

Sin3和Cos3信号中，A*2*Cos(pi/4 + (α-β)/2）和A*2*Sin(pi/4 + (α-β)/2）都是固定的常数，通过幅值校准，得到幅值和相位均一致的信号Sin4和Cos4，表述如下：

Sin4 = A*Sin(θ- pi/4 + (α+β)/2）

Cos4 = A*Cos(θ- pi/4 + (α+β)/2）

5）数字信号Sin4、Cos4经过位置角度计算后得到Pos1信号；

高倍细分中通常采用反正切算法，通过Sin4和Cos4的反正切计算，得到了位置角度Pos1，Pos1相对于原始信号有pi/4 - (α+β)/2的相位偏移：

Pos1 = arctan（Sin4/Cos4）

= θ- pi/4 + (α+β)/2

6）数字信号Pos1经过位置角度相位偏移计算处理后得到Pos2信号；

Pos2 = Pos1 + pi/4

= θ+ (α+β)/2

相对于原始θ角度偏移了(α+β)/2角度，但不影响最终的细分精度，对于角度偏差的影响也基本可忽略。

7）数字信号Pos2经过计算处理后得到速度信号。

Pos2完全消除了幅值偏差、直流偏置、相位偏差等的影响，使的最终的速度没有因为上述因素产生波动。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种正余弦编码器相位偏差的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：获取第一正弦模拟信号和第一余弦模拟信号；

S02：将所述第一正弦模拟信号转换为对应的第一正弦数字信号；将所述第一余弦模拟信号转换为对应的第一余弦数字信号；

S03：将所述第一正弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二正弦数字信号；将所述第一余弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二余弦数字信号；

S04：将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相减得到第三正弦数字信号，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相加得到第三余弦数字信号。

2.根据权利要求1所述的正余弦编码器相位偏差的补偿方法，其特征在于，所述步骤S04之后还包括：

将第三正弦数字信号通过第一幅值校准得到第四正弦数字信号；

将第三余弦数字信号通过第二幅值校准得到第四余弦数字信号；

所述第四正弦数字信号与第四余弦数字信号的幅值相等。

3.根据权利要求2所述的正余弦编码器相位偏差的补偿方法，其特征在于，还包括，

将第四正弦数字信号和第四余弦数字信号经过位置角度计算得到第一位置信号；

将所述第一位置经过位置角度相位偏移计算，得到第二位置信号；

根据第二位置信号得到速度信号。

4.一种正余弦编码器相位偏差的补偿装置，其特征在于，包括：

获取单元，获取第一正弦模拟信号和第一余弦模拟信号；

转换单元，将所述第一正弦模拟信号转换为对应的第一正弦数字信号；将所述第一余弦模拟信号转换为对应的第一余弦数字信号；

处理单元，将所述第一正弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二正弦数字信号；将所述第一余弦数字信号进行幅值和直流偏置，得到第二余弦数字信号；

补偿单元，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相减得到第三正弦数字信号，将所述第二正弦数字信号和所述第二余弦数字信号相加得到第三余弦数字信号。

5.根据权利要求4所述的正余弦编码器相位偏差的补偿装置，其特征在于，还包括：

校准单元，将第三正弦数字信号通过第一幅值校准得到第四正弦数字信号；将第三余弦数字信号通过第二幅值校准得到第四余弦数字信号；所述第四正弦数字信号与第四余弦数字信号的幅值相等。

6.根据权利要求4所述的正余弦编码器相位偏差的补偿装置，其特征在于，还包括，

速度计算单元，将第四正弦数字信号和第四余弦数字信号经过位置角度计算得到第一位置信号；将所述第一位置经过位置角度相位偏移计算，得到第二位置信号；根据第二位置信号得到速度信号。