CN111089610B - 一种编码器的信号处理方法、装置及相关组件 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种编码器的信号处理方法，编码器包括磁传感器，该信号处理方法包括：根据磁传感器的输出参数确定参考值，输出参数包括余弦参数和正弦参数；将实际余弦参数与参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；获取与正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据正弦信号和余弦信号合成的标准圆解算单圈角度。本申请能够通过实际的正弦信号和计算出的余弦信号合成标准圆，提高单圈角度的解算精度，同时不需要采用额外的器件进行信号补偿，降低了硬件成本。本申请还公开了一种编码器的信号处理装置、电子设备及计算机可读存储介质，具有以上有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及编码器领域，特别涉及一种编码器的信号处理方法、装置及相关组件。
背景技术
在一个典型的闭环控制中，编码器作为角度反馈装置，其性能参数直接影响控制系统的精度、增益和稳定性。磁编码器领域，一般在旋转轴侧放置磁铁，在固定侧放置磁传感器及相关器件，旋转体旋转一周，磁传感器输出周期性、频率比相同的正弦信号和余弦信号，MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)根据采集到正余弦信号进行角度位置解算，并与外部通信输出当前角度位置。但是由于磁传感器本身的特性和安装的位置误差，导致正弦信号和余弦信号之间存在一定的相位差和幅值偏置，通过该正弦信号和余弦信号合成的圆为椭圆，通过椭圆解算出的单圈角度值，在精度上、数值波动上存在非线性问题，从而在实际应用中会影响控制器对电机的控制。
为解决上述问题，现有的方案是对相位和幅值进行补偿，具体需要一个具有更高精度、更好性能的编码器A和待补偿编码器B，通过校准治具连接在一起，并设计一块校准板，通过一个旋转电机带动编码器A和待补偿编码器B同轴、同时旋转，读取编码器A和待补偿编码器B的实时数据，通过比对计算的方法，测量出待补偿编码器B的相位差和幅值偏置，再将此数据与待补偿编码器B的原始信号整合，就可以补偿待补偿编码器B的幅值和相位。但是，使用现有的技术方案需要一个性能远优于待补偿编码器B的编码器A，一般情况下编码器A的综合性能应该是编码器B的10倍以上，由于编码器A的使用导致整个系统成本过高。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种编码器的信号处理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，能够通过实际的正弦信号和计算出的余弦信号合成标准圆，提高单圈角度的解算精度，同时不需要采用额外的器件进行信号补偿，降低了硬件成本。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种编码器的信号处理方法，所述编码器包括磁传感器，该信号处理方法包括：
根据所述磁传感器的输出参数确定参考值，所述输出参数包括余弦参数和正弦参数；
将实际余弦参数与所述参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；
获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据所述正弦信号和所述余弦信号合成的标准圆解算单圈角度。
优选的，所述根据所述磁传感器的输出参数确定参考值的过程具体为：
确定所述正弦参数中的最大值和最小值；
根据所述最大值对应的余弦参数及所述最小值对应的余弦参数确定参考值。
优选的，所述确定所述正弦参数中的最大值和最小值的过程具体为：
获取多个周期内的最大正弦参数和最小正弦参数；
将多个所述最大正弦参数的平均值作为所述正弦参数中的最大值；
将多个所述最小正弦参数的平均值作为所述正弦参数中的最小值。
优选的，所述将实际余弦参数与所述参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间的过程具体为：
将实际余弦参数和所述参考值进行比较；
若实际余弦参数大于所述参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于所述正弦信号的增区间；
若实际余弦参数小于所述参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于所述正弦信号的减区间。
优选的，所述获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号的过程具体为：
根据单位圆关系式获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，所述单位圆关系式为cos2α＝1-sin2α。
优选的，所述获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据所述正弦信号和所述余弦信号合成的标准圆解算单圈角度之后，该信号处理方法还包括：
根据所述单圈角度调整电机运行参数。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种编码器的信号处理装置，所述编码器包括磁传感器，该信号处理装置包括：
确定模块，用于根据所述磁传感器的输出参数确定参考值，所述输出参数包括余弦参数和正弦参数；
比较模块，用于将实际余弦参数与所述参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；
解算模块，用于获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据所述正弦信号和所述余弦信号合成的标准圆解算单圈角度。
优选的，该信号处理装置还包括：
调整模块，用于根据所述单圈角度调整电机运行参数。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种电子设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上文任意一项所述编码器的信号处理方法的步骤。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项所述编码器的信号处理方法的步骤。
本申请提供了一种编码器的信号处理方法，首先根据磁传感器的输出参数确定用于区分每一周期内正弦参数所处区间的参考值，根据正弦参数和参考值的比较结果得到磁传感器输出的实际的正弦信号，然后计算出跟随该正弦信号的余弦信号，该正弦信号和计算出的余弦信号不存在相位差和幅值偏置，这两个信号合成的图形就是标准圆，通过标准圆解算单圈角度可以提高解算精度，相较于现有技术，本申请不需要采用额外的器件进行信号补偿，降低了硬件成本。本申请还提供了一种编码器的信号处理装置、电子设备及计算机可读存储介质，具有和上述信号处理方法相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请所提供的一种编码器的结构示意图；
图2为本申请所提供的一种编码器的结构示意图；
图3为本申请所提供的一种编码器的信号处理方法的步骤流程图；
图4为本申请所提供的一种磁传感器输出信号波形图；
图5为本申请所提供的一种编码器的信号处理装置的结构示意图；
图6为本申请所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种编码器的信号处理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，能够通过实际的正弦信号和计算出的余弦信号合成标准圆，提高单圈角度的解算精度，同时不需要采用额外的器件进行信号补偿，降低了硬件成本。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为便于理解本申请的信号处理方法，下面对本申请的信号处理方法所适用的编码器进行介绍，参见图1，其示出本申请实施例的一种编码器的结构图，包括电源、MCU、通信接口及AMR(指磁传感器，根据磁场的变化输出周期性的正、余弦信号)，可以理解的是，编码器是一种检测旋转体角度位置的装置，在磁编码器领域，参照图2所示，在旋转轴侧放置磁铁，在固定侧放置磁传感器及相关器件，旋转轴旋转一周，磁传感器输出正弦信号和余弦信号，MCU根据采集到的正弦信号和余弦信号进行角度位置解算，通过通信接口与外部控制装置进行数据交互，输出当前角度，完成编码器的单圈绝对值功能。
下面对本申请所提供的一种编码器的信号处理方法进行详细说明。
请参照图3，图3为本申请所提供的一种编码器的信号处理方法的步骤流程图，该信号处理方法包括：
S101：根据磁传感器的输出参数确定参考值，输出参数包括余弦参数和正弦参数；
具体的，在执行本步骤之前，可以存在将待补正编码器安装在一个待出厂的电机A上，利用一个普通的电机B带动电机A低速旋转的操作。随着电机旋转，编码器的磁传感器会生成对应的输出参数，这里的输出参数包括余弦参数和正弦参数，通过采样到的余弦参数和正弦参数即可拟合成对应的正弦信号波形和余弦信号波形。
进一步的，通过MCU对多个输出参数进行比对，可以得到正弦参数的最大值和最小值，作为一种优选的实施例，在每个周期内均可以得一个最大正弦参数和一个最小正弦参数，为减小误差，避免干扰数据的影响，可对多个周期内的最大正弦参数求平均值，将平均值作为正弦信号的最大值，同理，对多个周期内的最小正弦参数求平均值，将平均值作为正弦信号的最小值，然后计算最大值和最小值各自对应的余弦值，参照图4所示，其中A点为正弦信号的最大值，A点坐标为(xA，yA)，B点为正弦信号的最小值，B点坐标为(xB，yB)，直线x＝xA与余弦信号的交点为a，其中a即可看作本实施例中的一个参考值，通过该参考值可以确定正弦信号的增减区间。
S102：将实际余弦参数与参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；
可以理解的是，参照图4可以看出，正弦信号是关于x＝xA对称的，因此，可以根据余弦参数和参考值的比较结果确定出正弦参数在某一周期内的所在区间。具体的，在每个周期内，将实际余弦参数和参考值进行比较，若余弦参数大于参考值，则与该余弦参数同一采样时刻采样得到的正弦参数处于正弦信号的增区间，若余弦参数小于参考值，则与该余弦参数同一采样时刻采样得到的正弦参数处于正弦信号的减区间。
S103：获取与正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据正弦信号和余弦信号合成的标准圆解算单圈角度。
具体的，在得到实际的正弦信号后，根据单位圆关系式cos2α＝1-sin2α可以计算出一个跟随正弦信号的余弦信号，这两个信号不存在相位差和幅值偏置，根据这两个信号合成的圆就是一个标准圆，通过标准圆进行单圈角度解算，精度高。然后通过通信接口将解算出的单圈角度输出，以便外部控制器根据单圈角度调整电机的运行参数，以实现对电机的精确控制。
进一步的，本实施例中所有步骤可通过解码器中的MCU实现，不需要特意制作校准治具，也不需要高精度编码器，降低了硬件成本。
当然，作为一种优选的实施例，使用高精度编码器的数据和编码器单圈解算后的角度进行校准，也可以达到本申请的目的。
可见，本实施例首先根据磁传感器的输出参数确定用于区分每一周期内正弦参数所处区间的参考值，根据正弦参数和参考值的比较结果得到磁传感器输出的实际的正弦信号，然后计算出跟随该正弦信号的余弦信号，该正弦信号和计算出的余弦信号不存在相位差和幅值偏置，这两个信号合成的图形就是标准圆，通过标准圆解算单圈角度可以提高解算精度，相较于现有技术，本申请不需要采用额外的器件进行信号补偿，降低了硬件成本。
请参照图5，图5为本申请所提供的一种编码器的信号处理装置的结构示意图，该信号处理装置包括：
确定模块1，用于根据磁传感器的输出参数确定参考值，输出参数包括余弦参数和正弦参数；
比较模块2，用于将实际余弦参数与参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；
解算模块3，用于获取与正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据正弦信号和余弦信号合成的标准圆解算单圈角度。
可见，本实施例首先根据磁传感器的输出参数确定用于区分每一周期内正弦参数所处区间的参考值，根据正弦参数和参考值的比较结果得到磁传感器输出的实际的正弦信号，然后计算出跟随该正弦信号的余弦信号，该正弦信号和计算出的余弦信号不存在相位差和幅值偏置，这两个信号合成的图形就是标准圆，通过标准圆解算单圈角度可以提高解算精度，相较于现有技术，本申请不需要采用额外的器件进行信号补偿，降低了硬件成本。
作为一种优选的实施例，该信号处理装置还包括：
调整模块，用于根据单圈角度调整电机运行参数。
作为一种优选的实施例，确定模块1包括：
第一确定单元，用于确定正弦参数中的最大值和最小值；
第二确定单元，用于根据最大值对应的余弦参数及最小值对应的余弦参数确定参考值。
作为一种优选的实施例，第一确定单元具体用于：
获取多个周期内的最大正弦参数和最小正弦参数；
将多个最大正弦参数的平均值作为正弦参数中的最大值；
将多个最小正弦参数的平均值作为正弦参数中的最小值。
作为一种优选的实施例，比较模块2具体用于：
将实际余弦参数和参考值进行比较；
若实际余弦参数大于参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于正弦信号的增区间；
若实际余弦参数小于参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于正弦信号的减区间。
作为一种优选的实施例，获取与正弦信号合成标准圆的余弦信号的过程具体为：
根据单位圆关系式获取与正弦信号合成标准圆的余弦信号，单位圆关系式为cos2α＝1-sin2α。
另一方面，本申请还提供了一种电子设备，如参见图6，其示出了本申请实施例一种电子设备的一种组成结构示意图，本实施例的电子设备2100可以包括：处理器2101和存储器2102。
可选的，该电子设备还可以包括通信接口2103、输入单元2104和显示器2105和通信总线2106。
处理器2101、存储器2102、通信接口2103、输入单元2104、显示器2105、均通过通信总线2106完成相互间的通信。
在本申请实施例中，该处理器2101，可以为中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)，特定应用集成电路，数字信号处理器，现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件等。
该处理器可以调用存储器2102中存储的程序。具体的，处理器可以执行以下编码器的信号处理方法的实施例中电子设备侧所执行的操作。
存储器2102中用于存放一个或者一个以上程序，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令，在本申请实施例中，该存储器中至少存储有用于实现以下功能的程序：
根据磁传感器的输出参数确定参考值，输出参数包括余弦参数和正弦参数；
将实际余弦参数与参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；
获取与正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据正弦信号和余弦信号合成的标准圆解算单圈角度。
可见，本实施例首先根据磁传感器的输出参数确定用于区分每一周期内正弦参数所处区间的参考值，根据正弦参数和参考值的比较结果得到磁传感器输出的实际的正弦信号，然后计算出跟随该正弦信号的余弦信号，该正弦信号和计算出的余弦信号不存在相位差和幅值偏置，这两个信号合成的图形就是标准圆，通过标准圆解算单圈角度可以提高解算精度，相较于现有技术，本申请不需要采用额外的器件进行信号补偿，降低了硬件成本。
在一种可能的实现方式中，该存储器2102可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、以及至少一个功能(比如单圈角度解算功能等)所需的应用程序等；存储数据区可存储根据计算机的使用过程中所创建的数据。
此外，存储器2102可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件或其他易失性固态存储器件。
该通信接口2103可以为通信模块的接口，如GSM模块的接口。
本申请还可以包括显示器2104和输入单元2105等等。
当然，图6所示的物联网设备的结构并不构成对本申请实施例中物联网设备的限定，在实际应用中电子设备可以包括比图6所示的更多或更少的部件，或者组合某些部件。
另一方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文任意一项所述编码器的信号处理方法的步骤。
本申请所提供的一种计算机可读存储介质具有和上述信号处理方法相同的有益效果。
对于本申请所提供的一种计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种编码器的信号处理方法，所述编码器包括磁传感器，其特征在于，该信号处理方法包括：
根据所述磁传感器的输出参数确定参考值，所述输出参数包括余弦参数和正弦参数；
将实际余弦参数与所述参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；
获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据所述正弦信号和所述余弦信号合成的标准圆解算单圈角度；
所述根据所述磁传感器的输出参数确定参考值的过程具体为：
确定所述正弦参数中的最大值和最小值；
根据所述最大值对应的余弦参数或所述最小值对应的余弦参数确定参考值；
所述将实际余弦参数与所述参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间的过程具体为：
将实际余弦参数和所述参考值进行比较；
若实际余弦参数大于所述参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于所述正弦信号的增区间；
若实际余弦参数小于所述参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于所述正弦信号的减区间。
2.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述确定所述正弦参数中的最大值和最小值的过程具体为：
获取多个周期内的最大正弦参数和最小正弦参数；
将多个所述最大正弦参数的平均值作为所述正弦参数中的最大值；
将多个所述最小正弦参数的平均值作为所述正弦参数中的最小值。
3.根据权利要求1所述的信号处理方法，其特征在于，所述获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号的过程具体为：
根据单位圆关系式获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，所述单位圆关系式为cos2α＝1-sin2α。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的信号处理方法，其特征在于，所述获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据所述正弦信号和所述余弦信号合成的标准圆解算单圈角度之后，该信号处理方法还包括：
根据所述单圈角度调整电机运行参数。
5.一种编码器的信号处理装置，所述编码器包括磁传感器，其特征在于，该信号处理装置包括：
确定模块，用于根据所述磁传感器的输出参数确定参考值，所述输出参数包括余弦参数和正弦参数；
比较模块，用于将实际余弦参数与所述参考值进行比较，根据比较结果及实际正弦参数得到正弦信号的增/减区间；解算模块，用于获取与所述正弦信号合成标准圆的余弦信号，以便根据所述正弦信号和所述余弦信号合成的标准圆解算单圈角度；
所述确定模块包括：
第一确定单元，用于确定所述正弦参数中的最大值和最小值；
第二确定单元，用于根据所述最大值对应的余弦参数或所述最小值对应的余弦参数确定参考值；
所述比较模块具体用于：
将实际余弦参数和所述参考值进行比较；
若实际余弦参数大于所述参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于所述正弦信号的增区间；
若实际余弦参数小于所述参考值，则实际余弦参数对应的实际正弦参数处于所述正弦信号的减区间。
6.根据权利要求5所述的编码器的信号处理装置，其特征在于，该信号处理装置还包括：
调整模块，用于根据所述单圈角度调整电机运行参数。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任意一项所述编码器的信号处理方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任意一项所述编码器的信号处理方法的步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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