CN112434254A - 针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系统、装置、处理器及其存储介质 - Google Patents

针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系统、装置、处理器及其存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，包括获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息；进行增量脉冲计数初始值校正；指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正；进行增量脉冲计数值所指象限和正余弦相位角所指象限的一致性校正；进行高精度的角度插值。本发明还涉及相应的系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。采用了本发明的上述方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质，利用正余弦相位角对增量脉冲计数值进行修正，解决了由于硬件的滞后以及传播的延迟，锁存脉冲增量计数值和采样模拟量输入信号的同步不理想而导致粗略角和精确角合成总插值角度时会存在跳变点的问题。本发明的增量脉冲计数值的校正方法，可以保证余弦编码器解码的准确性和可靠性。

Description

针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系 统、装置、处理器及其存储介质
技术领域
本发明涉及正余弦编码器领域，尤其涉及增量脉冲计数值校正领域，具体是指一种针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
背景技术
正余弦编码器是一种测量角度和位移的精密传感器，其以分辨率高、精度高、可靠性高等优点，被广泛应用于电机、机床和精密测量等领域。
正余弦编码器输出正余弦模拟信号，其物理刻线分辨率一般和脉冲型增量式编码器相当。通过插值和补偿的方式，理论上其信号可以进行任意倍数的细分，从而得到高精度的电机速度和位置信息。因此正余弦编码器在高速、高精度的机床行业得以广泛的应用。
正余弦编码器信号通过硬件电路整形成脉冲信号以及正余弦模拟量信号，其分别送入处理器的脉冲计数模块和模拟量采样模块，并由处理器进行插值处理。总插值角位置由粗略角和精确角构成，其中粗略角由增量脉冲计数获得，精确角由该增量脉冲范围内的正余弦相位角获得。
高分辨率的插值角度：
Figure BDA0002798693670000011
其中，ΦTOTAL总插值角度，incr是四倍频后的脉冲增量计数值，N是编码器线数，θ是正余弦相位角。
但是，由于硬件的滞后以及传播的延迟，锁存增量脉冲计数值和采样模拟量输入信号的同步不理想，以及增量脉冲计数值未进行多次校正，从而导致粗略角和精确角合成总插值角度时会存在跳变点，进而影响系统的控制性能。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足准确性高、可靠性高、适用范围较为广泛的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：
该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息；
(2)进行增量脉冲计数初始值校正；
(3)指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正；
(4)进行增量脉冲计数值所指象限和正余弦相位角所指象限的一致性校正；
(5)进行高精度的角度插值。
较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)对相位差为90°的正余弦模拟信号进行采样，分别得到采样值A和B，对两路方波信号进行脉冲捕获，得到四倍频后的增量脉冲计数值；
(1.2)根据正余弦A和B的极性，判断正余弦相位角θ所在象限；
(1.3)根据增量脉冲计数值，判断增量脉冲计数所指象限；
(1.4)将正余弦曲线转换为正余切曲线，构建各个区间的正切表，得到正余弦相位角θ。
较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)根据正余弦相位角所指象限，将象限值减一，作为增量脉冲计数的初始值；
(2.2)在t0时刻进行脉冲计数初始值校正。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)判断正余弦相位角范围；
(3.2)计算增量脉冲偏差值；
(3.3)将增量脉冲计数值减去增量脉冲偏差值，得到校正后的增量脉冲计数值。
较佳地，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
判断增量脉冲计数值和正余弦相位角所指的象限，如果增量脉冲计数值所指的象限在第1象限，且正余弦相位角所指的象限在第4现象，则增量脉冲计数值减1；如果增量脉冲计数值所指的象限在第4象限，且正余弦相位角对应的象限在第1现象，则增量脉冲计数值加1。
较佳地，所述的步骤(5)中进行高精度的角度插值，具体为：
根据以下公式进行高精度的角度插值：
Figure BDA0002798693670000021
其中，ΦTOTAL总插值角度，incr是校正后的四倍频增量脉冲计数值，N是编码器线数，θ是正余弦相位角。
该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
增量脉冲信息获取模块，用于获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息；
增量脉冲计数初始值校正模块，用于进行增量脉冲计数初始值校正；
增量脉冲计数值实时校正模块，用于指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正；
象限一致性校正模块，用于进行增量脉冲计数值所指象限和正余弦相位角所指象限的一致性校正；
角度插值模块，用于进行高精度的角度插值。
该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的装置，其主要特点是，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的步骤。
该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的步骤。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的各个步骤。
采用了本发明的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质，与现有技术相比，现有技术的校正方法存在一定的问题，并未考虑增量脉冲计数值的初始校正以及指定角度范围内的精确校正。其有益效果是，利用正余弦相位角对增量脉冲计数值进行修正，解决了由于硬件的滞后以及传播的延迟，锁存脉冲增量计数值和采样模拟量输入信号的同步不理想而导致粗略角和精确角合成总插值角度时会存在跳变点的问题。本发明的增量脉冲计数值的校正方法，可以保证余弦编码器解码的准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的流程图。
图2为本发明的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的正余弦增量脉冲计数值校正波形图。
图3为本发明的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的磁滞现象导致的相位滞后图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其中包括以下步骤：
(1)获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息；
(1.1)对相位差为90°的正余弦模拟信号进行采样，分别得到采样值A和B，对两路方波信号进行脉冲捕获，得到四倍频后的增量脉冲计数值；
(1.2)根据正余弦A和B的极性，判断正余弦相位角θ所在象限；
(1.3)根据增量脉冲计数值，判断增量脉冲计数所指象限；
(1.4)将正余弦曲线转换为正余切曲线，构建各个区间的正切表，得到正余弦相位角θ；
(2)进行增量脉冲计数初始值校正；
(2.1)根据正余弦相位角所指象限，将象限值减一，作为增量脉冲计数的初始值；
(2.2)在t0时刻进行脉冲计数初始值校正；
(3)指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正；
(3.1)判断正余弦相位角范围；
(3.2)计算增量脉冲偏差值；
(3.3)将增量脉冲计数值减去增量脉冲偏差值，得到校正后的增量脉冲计数值；
(4)进行增量脉冲计数值所指象限和正余弦相位角所指象限的一致性校正；
(5)进行高精度的角度插值。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
判断增量脉冲计数值和正余弦相位角所指的象限，如果增量脉冲计数值所指的象限在第1象限，且正余弦相位角所指的象限在第4现象，则增量脉冲计数值减1；如果增量脉冲计数值所指的象限在第4象限，且正余弦相位角对应的象限在第1现象，则增量脉冲计数值加1。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(5)中进行高精度的角度插值，具体为：
根据以下公式进行高精度的角度插值：
Figure BDA0002798693670000051
其中，ΦTOTAL总插值角度，incr是校正后的四倍频增量脉冲计数值，N是编码器线数，θ是正余弦相位角。
本发明的该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的系统，其中包括：
增量脉冲信息获取模块，用于获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息；
增量脉冲计数初始值校正模块，用于进行增量脉冲计数初始值校正；
增量脉冲计数值实时校正模块，用于指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正；
象限一致性校正模块，用于进行增量脉冲计数值所指象限和正余弦相位角所指象限的一致性校正；
角度插值模块，用于进行高精度的角度插值。
本发明的该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的装置，其中包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的步骤。
该针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的处理器，其中，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的步骤。
该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的各个步骤。
本发明的具体实施方式中，提供了一种正余弦编码器增量脉冲计数值校正的方法，即在计算总插值角度之前，校正增量脉冲计数值，以解决总插值角存在跳变的问题，保证了正余弦编码器细分的准确性和可靠性。
如图1至图3所示为本发明的64线正余弦编码器的具体实施例。
步骤1：获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息。
对两路相位差90°的正余弦模拟信号进行采样，分别得到采样值A和B。同时对两路方波信号进行脉冲捕获，得到四倍频后的增量脉冲计数值。
根据正余弦A和B的极性，判断正余弦相位角θ所在象限，具体为：A>0且B>0时在第一象限；A>0且B<0时在第二象限；A<0且B<0时在第三象限；A<0且B>0时在第四象限。
根据增量脉冲计数值，判断增量脉冲计数所指象限，具体为增量脉冲计数值二进制的低两位数。其中，值0至3，分别对应第1象限至第4象限。
将正余弦曲线转换为正余切曲线，按如下计算：
Figure BDA0002798693670000061
根据函数的性质，正好将一个周期的曲线分成8个区间。构建第一区间的正切表，其他区间可以复用该区间表格，根据查表法得到正余弦相位角θ。
步骤2：进行增量脉冲计数初始值的校正。
根据正余弦相位角所指象限，将该象限值减一，作为增量脉冲计数的初始值。此步骤只需要在上电后初始化完成后进行1次。如图2所示，在t0时刻进行脉冲计数初始值校正，正余弦相位角所在象限为第一象限，增量脉冲计数的初始值为0。
步骤3：指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正。
如图3所示，由于硬件电路的磁滞现象，导致每转换到下一个象限，增量脉冲计数值不会立刻更新。如图2所示，步骤2在t0时刻对增量脉冲计数值进行了校正，但是在t1时刻，增量脉冲计数值更新后，增量脉冲计数值所指象限与正余弦相位角所指象限值差1。若不进行校正，则在正反转运动中，存在增量脉冲计数值所指象限与正余弦相位角所指象限值差2的情况，从而导致总插值角度存在跳变点。为了避开磁滞现象的影响，在正余弦相位角满足如下条件时刻，进行增量脉冲计数值实时校正。
30°+m*90°＜θ＜60+m*90°，(m＝0,1,2,3)；
满足以上条件后，计算增量脉冲偏差值：
Diff+＝Q1-Q2；
其中Diff为增量脉冲偏差值，Q1为增量脉冲计数值所指的象限，Q2为正余弦相位角所指象限。
将增量脉冲计数值减去增量脉冲偏差值得到校正后的增量脉冲计数值。
在本实施案例中，t2时刻，将增量脉冲计数值由1校正为0，此时增量脉冲计数值所指象限以及正余弦相位角θ所指象限一致。
步骤4：增量脉冲计数值所指象限与正余弦相位角所指象限的一致性的校正。
由于磁滞现象等原因，增量脉冲计数值所指象限与正余弦相位角所指象限值会存在差1的情况，需要进行如下校正：
若增量脉冲计数值所指的象限在第1象限，正余弦相位角所指的象限在第4现象，则增量脉冲计数值减1。
若增量脉冲计数值所指的象限在第4象限，正余弦相位角对应的象限在第1现象，则增量脉冲计数值加1。
步骤5：进行高精度的角度插值。
在完成以上校正步骤后，可以进行高精度的角度插值。总插值角位置由粗略角和精确角构成，其中粗略角由增量脉冲计数获得，精确角由该增量脉冲范围内的正余弦相位角获得。
高分辨率的插值角度：
Figure BDA0002798693670000071
其中，ΦTOTAL总插值角度，incr是校正后的四倍频增量脉冲计数值，N是编码器线数，θ是正余弦相位角。
本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
采用了本发明的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法、系统、装置、处理器及其计算机可读存储介质，与现有技术相比，现有技术的校正方法存在一定的问题，并未考虑增量脉冲计数值的初始校正以及指定角度范围内的精确校正。其有益效果是，利用正余弦相位角对增量脉冲计数值进行修正，解决了由于硬件的滞后以及传播的延迟，锁存脉冲增量计数值和采样模拟量输入信号的同步不理想而导致粗略角和精确角合成总插值角度时会存在跳变点的问题。本发明的增量脉冲计数值的校正方法，可以保证余弦编码器解码的准确性和可靠性。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息；
(2)进行增量脉冲计数初始值校正；
(3)指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正；
(4)进行增量脉冲计数值所指象限和正余弦相位角所指象限的一致性校正；
(5)进行高精度的角度插值。
2.根据权利要求1所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)对相位差为90°的正余弦模拟信号进行采样，分别得到采样值A和B，对两路方波信号进行脉冲捕获，得到四倍频后的增量脉冲计数值；
(1.2)根据正余弦A和B的极性，判断正余弦相位角θ所在象限；
(1.3)根据增量脉冲计数值，判断增量脉冲计数所指象限；
(1.4)将正余弦曲线转换为正余切曲线，构建各个区间的正切表，得到正余弦相位角θ。
3.根据权利要求1所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)根据正余弦相位角所指象限，将象限值减一，作为增量脉冲计数的初始值；
(2.2)在t0时刻进行脉冲计数初始值校正。
4.根据权利要求1所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)判断正余弦相位角范围；
(3.2)计算增量脉冲偏差值；
(3.3)将增量脉冲计数值减去增量脉冲偏差值，得到校正后的增量脉冲计数值。
5.根据权利要求1所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括以下步骤：
判断增量脉冲计数值和正余弦相位角所指的象限，如果增量脉冲计数值所指的象限在第1象限，且正余弦相位角所指的象限在第4现象，则增量脉冲计数值减1；如果增量脉冲计数值所指的象限在第4象限，且正余弦相位角对应的象限在第1现象，则增量脉冲计数值加1。
6.根据权利要求1所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法，其特征在于，所述的步骤(5)中进行高精度的角度插值，具体为：
根据以下公式进行高精度的角度插值：
Figure FDA0002798693660000021
其中，ΦTOTAL总插值角度，incr是校正后的四倍频增量脉冲计数值，N是编码器线数，θ是正余弦相位角。
7.一种针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的系统，其特征在于，所述的系统包括：
增量脉冲信息获取模块，用于获取增量脉冲计数信息和正余弦相位角信息；
增量脉冲计数初始值校正模块，用于进行增量脉冲计数初始值校正；
增量脉冲计数值实时校正模块，用于指定正余弦相位角范围内的增量脉冲计数值实时校正；
象限一致性校正模块，用于进行增量脉冲计数值所指象限和正余弦相位角所指象限的一致性校正；
角度插值模块，用于进行高精度的角度插值。
8.一种针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的装置，其特征在于，所述的装置包括：
处理器，被配置成执行计算机可执行指令；
存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至6中任一项所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的步骤。
9.一种针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1至6中任一项所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1至6中任一项所述的针对正余弦编码器实现增量脉冲计数值校正处理的方法的各个步骤。
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