CN113405572A - 传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法 - Google Patents

传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113405572A
CN113405572A CN202110237672.4A CN202110237672A CN113405572A CN 113405572 A CN113405572 A CN 113405572A CN 202110237672 A CN202110237672 A CN 202110237672A CN 113405572 A CN113405572 A CN 113405572A
Authority
CN
China
Prior art keywords
angular position
velocity
digital input
filtered
propagation delay
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110237672.4A
Other languages
English (en)
Inventor
J·J·伯廷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Components Industries LLC
Original Assignee
Semiconductor Components Industries LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Components Industries LLC filed Critical Semiconductor Components Industries LLC
Publication of CN113405572A publication Critical patent/CN113405572A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
    • H03M1/129—Means for adapting the input signal to the range the converter can handle, e.g. limiting, pre-scaling ; Out-of-range indication
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0626—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence by filtering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245—Housings for sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24471—Error correction
    • G01D5/2448—Correction of gain, threshold, offset or phase control
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H11/00—Networks using active elements
    • H03H11/02—Multiple-port networks
    • H03H11/04—Frequency selective two-port networks
    • H03H11/06—Frequency selective two-port networks comprising means for compensation of loss
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/08—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/48—Servo-type converters
    • H03M1/485—Servo-type converters for position encoding, e.g. using resolvers or synchros

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Technology Law (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

本发明涉及传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法。各种实施方案提供用于编码器数字信号处理中的传播延迟补偿和内插的滤波器。滤波器可包括：第一低通滤波器，被配置为降低包括测量角位置的数字输入的噪声；第一微分器，被配置为接收经滤波的数字输入并且根据测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；第二低通滤波器，被配置为降低来自速度的噪声；第二微分器，被配置为接收经滤波的速度并且使用经滤波的速度与先前速度的时间差来计算加速度；第三低通滤波器，被配置为降低加速度的噪声；和延迟补偿器，被配置为接收经滤波的数字输入、经滤波的速度和经滤波的加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出。

Description

传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法
技术领域
本发明涉及传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法。
背景技术
数字编码器用于控制制造机器人。通常，数字编码器的一个部件是被设计成确定移动设备的位置的位置传感器。对于旋转物体，位置传感器测量旋转设备相对于起始位置的角度。位置传感器向数字编码器的信号处理部件提供模拟信号。信号处理部件接收模拟信号并输出角度位置相对于时间的数字信号。信号处理部件可包括模拟信号处理器、模数转换器和数字信号处理器。用于处理信号的传播时间可延迟来自编码器的数字信号的输出，并且与旋转物体的实时角度位置相比提供不准确的角度位置。
补偿该传播时间延迟的一种解决方案是使用具有两个位置传感器的系统，每个位置传感器测量旋转物体的角度。来自传感器的该对信号被输入到并联的两个滤波器电路中，这提供用于补偿时间延迟的反馈回路。已知该解决方案易受不稳定性影响。此外，该解决方案受到用于补偿小动态范围内的时间延迟的反馈回路的限制。
需要新的解决方案来为旋转物体提供相对于时间的准确角度位置。
发明内容
本发明涉及传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法。
本发明解决的技术问题是，用于补偿传播时间延迟的常规解决方案与旋转物体的实时角度位置相比提供不准确的角度位置。
本发明的各种实施方案提供用于提供角度、速度和加速度的编码器数字信号处理中的传播延迟补偿和内插的滤波器。
根据第一方面，传播延迟补偿电路包括：第一低通滤波器，该第一低通滤波器被配置为接收数字输入并且降低包括测量角位置的数字输入的噪声；第一微分器，该第一微分器被配置为接收包括测量角位置的经滤波数字输入并且根据测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；第二低通滤波器，该第二低通滤波器被配置为降低来自速度的噪声；第二微分器，该第二微分器被配置为接收经滤波速度并且使用经滤波速度与先前速度的时间差来计算加速度；第三低通滤波器，该第三低通滤波器被配置为降低加速度的噪声；和延迟补偿器，该延迟补偿器被配置为接收经滤波数字输入、经滤波速度和经滤波加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，传播延迟补偿还包括外推发生器，该外推发生器被配置为接收经滤波加速度并且计算外推角位置。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定测量角位置在可接受范围内，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器；以及确定测量角位置不在可接受范围内，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器；以及确定未接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；将测量角位置与外推角位置进行比较以进行最佳拟合；以及将包括最佳拟合角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
根据第二方面，传播延迟补偿电路包括：第一电路，该第一电路被配置为接收包括测量角位置的数字输入，并且对数字输入的噪声进行滤波，然后根据先前角位置与包括测量角位置的经滤波数字输入的时间差来计算速度；第二电路，该第二电路被配置为接收速度，并且对来自该速度的噪声进行滤波，然后根据先前速度和经滤波速度的时间差计算加速度；和第三电路，该第三电路被配置为接收加速度、经滤波数字输入和经滤波速度，并且对加速度的噪声进行滤波，然后使用经滤波加速度、经滤波数字输入和经滤波速度来计算经传播延迟补偿的数字输出。
根据第三方面，计算传播延迟补偿的方法包括：接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入；将测量角位置与旋转物体的先前计算的角位置进行比较；基于该比较来确定测量角位置不是有效的；以及基于先前计算的角位置用外推角位置替换测量角位置；根据外推角位置和先前角位置的时间差来计算速度；使用速度和先前速度的时间差来计算加速度；在延迟补偿器中接收外推角位置、速度和加速度；以及在延迟补偿器中计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，该方法还包括：用外推角位置替换缺失的测量角位置，其中不接收包括测量角位置的数字输入；利用传感器测量角位置；将包括测量角位置的模拟信号发送到模数转换器；以及将模拟信号转换为包括测量角位置的数字输出。
根据第四方面，计算传播延迟补偿的方法包括：接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入；降低包括测量角位置的数字输入的噪声；根据经滤波测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；降低来自速度的噪声；使用经滤波速度和先前速度的时间差来计算加速度；降低加速度的噪声；在延迟补偿器中接收经滤波测量角位置、经滤波速度和经滤波加速度；以及在延迟补偿器中计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，该方法还包括：将测量角位置与旋转物体的先前角位置进行比较；基于该比较来确定测量角位置不是有效的；基于先前角位置用外推角位置替换测量角位置；利用传感器收集角位置；将包括测量角位置的模拟信号发送到模数转换器；以及将模拟信号转换为包括测量角位置的数字输出。
本发明实现的技术效果是为旋转物体提供相对于时间的准确角度位置。
附图说明
根据说明书和附图将更全面地理解本公开，其中：
图1是示出现有技术的测量输出的曲线图；
图2是示出根据各种实施方案的由传播延迟补偿滤波器校正的测量输出的曲线图；
图3是示出根据各种实施方案的测量系统的框图；
图4是示出根据各种实施方案的用于计算延迟补偿的示例性过程的流程图；
图5是示出根据各种实施方案的示例性传播延迟补偿和内插电路的框图；
图6是示出根据各种实施方案的示例性经传播延迟补偿的角测量结果的曲线图；并且
图7是示出根据各种实施方案的根据旋转物体在各种条件下的示例性测量结果计算的数据的复合图。
本文所述的附图仅用于所选实施方案的例示性目的，而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本文所公开的任何示例性实施方案或其任何等同物的范围。应当理解，这些附图未按比例绘制。为了清楚起见，附图中将使用相同参考标号来标识类似元件。
具体实施方式
以下公开内容本质上仅仅是示例性的，并且绝不旨在限制所述实施方案、它们的应用或用途。已参考各种示例性实施方案描述了本发明。在不脱离本发明的范围的前提下，可以对示例性实施方案进行各种修改和更改，并且所有此类修改旨在包括在本发明的范围内。
对于旋转设备，位置传感器诸如例如角传感器接口针对该设备并测量旋转设备相对于起始位置的角位置。通常，传感器接口的输出角度将由于模拟信号处理中的传播延迟和编码器中模数转换之后的数字信号处理中的延迟而表现出角度误差。如果传感器接口是嘈杂的，则附加数字低通滤波或平均化是有利的，然而，此类处理增加了传播延迟。此外，物体旋转速度的增大提高了由传感器接口测量的角度的误差的幅值。
使用恒定角速度来简化问题，该传播延迟在图1中示出。曲线图100具有时间的x轴105和旋转物体的角度位置的y轴106。曲线110示出了旋转物体在某个时间处的角度位置的一系列计算数据点111、112、113、114、115、116、117的输出。为了使问题复杂化，已确定数据点115无效。然而，曲线120示出了一系列数据点121、122、123、124、125、126、127的实际位置和时间。
曲线120中的实际数据点向右偏移到曲线110中的计算数据点的输出是由于以下项引起的传播延迟：处理来自传感器的模拟信号、将模拟信号转换成数字信号、处理数字信号以及输出角度位置的数字信号。由于传播延迟的问题，如图1所示，到曲线110中的旋转物体的位置的输出不准确地表示曲线120中的旋转物体的实际位置。尽管传播延迟可仅为几毫秒，但输出的不准确位置能够限制机器人制造微组件的能力。
本文所述的各种实施方案提供用于提供角度、速度和加速度的编码器数字信号处理中的传播延迟补偿和内插的滤波器。传播延迟补偿和内插滤波器可以实时提供角度位置的准确输出。传播延迟补偿和内插滤波器可被配置用于内插并比较新数据点，以确定新数据点是否有效。此外，传播延迟补偿和内插滤波器可被配置用于上采样，这用由滤波器计算的外推数据点替换无效数据点。
进入传播延迟补偿和内插滤波器的输入是来自编码器的经处理的数字信号，并且来自传播延迟补偿和内插滤波器的输出是由位置传感器测量的实际角度位置。
传播延迟补偿和内插滤波器具有用于位置传感器、角传感器接口和数字编码器的应用。此外，各种实施方案提供了通过提取速度和加速度并补偿模拟块和数字块中的延迟来降低该误差的方法和系统。
在一些配置中，传播延迟补偿和内插滤波器是后处理数字滤波器。例如，滤波器的输入是预处理数字角度，该预处理数字角度可以是嘈杂的并且具有来自预处理传播的延迟。滤波器可移除噪声，然而，这增加了延迟。滤波器包括一系列低通滤波器以及用于计算低噪声的角速度和加速度的微分器。假设加速度恒定或缓慢变化，则滤波器可补偿传感器信号预处理所有延迟和由滤波器添加的延迟。例如，来自模拟和数字处理的延迟是设计已知的，并且可与片上RC时间常数成比例。如本文数学上所示，两个系数足以通过添加与测量速度和测量加速度成比例的校正来计算不含传播延迟的实际角度。一旦确定加速度，滤波器就可外推未来速度和角度。由于可以比输入角度快的速率对输出角度进行采样，因此未来速度和角度的外推可用于内插。例如，外推还可用于信号完整性验证。在输入角度未计算或不是有效的情况下，可使用外推值来替换此类输入角度。
如图2所示，传播延迟误差问题的示例通过传播延迟补偿和内插滤波器的实施方案来校正。曲线图200具有时间的x轴205和旋转物体的角度位置的y轴206。曲线210示出了由旋转物体在某个时间处的角度位置的一系列计算数据点211、212、213、214、215定义的计算速度的输出。传播延迟230已将计算速度向右偏移到实际速度，如曲线220所示。曲线210的输出是到传播延迟补偿和内插滤波器的输入，该传播延迟补偿和内插滤波器输出曲线220的校正速度。如本文所述，滤波器确定速度和加速度233，该速度和加速度用于校正235计算数据点211并输出校正数据点221。此外，滤波器可校正236计算数据点212并输出校正数据点222，校正237计算数据点214并输出校正数据点224，并且校正238计算数据点215并输出校正数据点225。
然而，已确定数据点213无效。滤波器确定速度和加速度240并外推用于数据点213的值，然后校正242外推数据点213并输出校正数据点223。在一些实施方案中，曲线220是校正速度，该校正速度是旋转物体的实际速度。
如果速度是已知的或被测量并且传播延迟是已知的，则来自编码器的经处理的数字信号可通过传播延迟补偿和内插滤波器针对延迟和/或缺失的数据点进行校正。因此，曲线220中的传播延迟补偿和内插滤波器的输出准确地表示旋转物体的由编码器测量的位置和速度。
现在转到图3，框图示出了示例性测量系统300。例如，测量系统300可以是用于控制制造机器人的数字编码器。测量系统300可与需要输入在时间和空间上都准确的角位置的任何控制处理器通信或结合到该控制处理器中。测量系统300对于在测量以高速(例如超过6000rpm)旋转的物体时必需的高采样速率是特别有利的。在一个应用中，测量系统300结合到电动马达中。
测量系统300被设计成测量旋转物体301的角位置并计算表示为经传播延迟补偿的数字输出320的角位置。传感器303被定位成测量旋转物体301的角位置。
被配置为测量旋转物体301的角位置的传感器303的示例是本领域熟知的。传感器303可为换能器。例如，换能器可被配置为将物理量诸如位置转换为另一物理量诸如电信号。传感器303可为光学检测器。传感器303可为磁性检测器。传感器303可为电感式检测器。传感器303可为电容式检测器。传感器303可为霍尔效应检测器。如果温度是测量中的变量，则传感器303可为红外检测器。
传感器303可与角传感器接口通信，该角传感器接口处理模拟电信号并将该模拟电信号转换为数字信号。角传感器接口可包括模拟信号处理器305、数字转换器307和数字信号处理器309，该数字信号处理器输出经处理的数字输入312。在一些配置中，角传感器接口可包括传播延迟补偿滤波器315。通过角传感器接口进行的电模拟信号处理以及将电模拟信号转换为数字信号产生信号时间传播延迟。
传感器303将角位置转换为电气量值的模拟信号，该模拟信号可为例如电压、电流、阻抗或频率。由传感器303测量的角位置可作为模拟信号发送到模拟信号处理器305。模拟信号的噪声可由模拟信号处理器305降低。模拟信号处理器305处理模拟信号，这调节模拟信号以进行数字转换。模拟信号处理器305所使用的过程可包括放大、滤波和复用中的一者或多者。
经调节的模拟信号被发送到模数转换器307，并且所得的数字信号可被发送到数字信号处理器309，该数字信号处理器处理数字信号并输出经处理的数字输入312。
如经处理的数字输入312所表示的角位置被发送到传播延迟补偿滤波器315，该传播延迟补偿滤波器计算经传播延迟补偿的数字输出320。传播延迟补偿滤波器315可被配置为输出经延迟补偿的角位置角度、速度和加速度。
计算经传播延迟补偿的数字输出320的操作的示例在图4中示出，如下所述。
在一些实施方案中，测量系统300可包括：传感器303，该传感器被配置为测量旋转物体301的角位置；模数转换器307，该模数转换器被配置为接收角位置并且将角位置转换为包括测量角位置的数字输入312；和传播延迟补偿电路315，该传播延迟补偿电路被配置为接收数字输入312并且计算经传播延迟补偿的数字输出320。
传播延迟补偿电路315可以是用于编码器数字信号处理中的传播延迟补偿和内插的滤波器的任何配置，如本文所述。所得的经传播延迟补偿的数字输出320可表示为经传播延迟补偿的测量角位置。
例如，传播延迟补偿电路315可包括：第一低通滤波器，该第一低通滤波器被配置为接收包括测量角位置的数字输入312并且降低测量角位置的噪声；第一微分器，该第一微分器被配置为接收经滤波测量角位置并且根据经滤波测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；第二低通滤波器，该第二低通滤波器被配置为降低来自速度的噪声；第二微分器，该第二微分器被配置为接收经滤波速度并且使用经滤波速度与先前速度的时间差来计算加速度；第三低通滤波器，该第三低通滤波器被配置为降低加速度的噪声；和延迟补偿器，该延迟补偿器被配置为接收经滤波数字输入、经滤波速度和经滤波加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出320。
传播延迟补偿电路315的另一个示例在图5中示出，如下所述。
在一些配置中，测量系统300还可包括模拟信号处理器305，该模拟信号处理器被配置为：接收来自传感器303的角位置；处理包括角位置的电信号；以及将经处理的角位置发送到模数转换器315。例如，处理电信号可以是对电信号进行滤波、降低电信号的噪声、放大电信号以及复用电信号中的至少一者。
在一些配置中，测量系统300还可包括数字信号处理器309，该数字信号处理器被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；处理包括测量角位置的数字信号；以及将包括测量角位置的经处理的数字输入发送到传播延迟补偿电路315。
转到图4，流程图示出了用于计算延迟补偿的示例性过程。过程400以数字信号401的输入开始。例如，数字信号401可以是上文所述的数字输入312。数字信号401包括旋转物体在某个时间处的角位置。决策402：新输入是否可用？如果是404，则转到决策406。如果否405，则转到步骤412。数字信号401可能不可用，因为该数字信号尚未计算或由于信号处理的先前阶段中的已知问题而被延迟。决策406：新输入是否合理？如果是408，则转到步骤410，该步骤选择数字信号401以进行处理。如果否407，则转到步骤412，该步骤为该过程选择外推值。由于传播延迟补偿知道旋转物体的速度和加速度，因此可验证数字信号401足够接近预期，例如数字信号401不能与外推成180度。如果选择外推值，则丢弃数字信号401。
所选择的信号进入降低噪声的第一低通滤波器414。然后，信号进入第一微分器416，该第一微分器通过计算连续角位置之间的时间差来确定速度。计算速度进入降低噪声的第二低通滤波器418；然后，该计算速度进入第二微分器420，该第二微分器通过计算连续速度之间的时间差来确定加速度。计算加速度进入降低噪声的第三低通滤波器422；然后，该计算加速度进入延迟补偿424。基于测量角度、速度和加速度，数字输出430可被测量旋转物体的角度的换能器与延迟补偿器424之间的多个延迟补偿。多个延迟的示例可包括换能器中的延迟、由于模拟信号处理引起的延迟、用于模数转换的延迟、由于数字信号处理引起的延迟、由于到外部设备的通信引起的延迟以及过程400的延迟。数字输出430是经补偿的经滤波角度测量结果。外推426计算可用于补偿在传播延迟补偿滤波器中执行的该过程400的延迟。
在一些实施方案中，计算传播延迟补偿的方法400可包括：接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入401；降低包括测量角位置的数字输入的噪声；根据经滤波测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；降低来自速度的噪声；使用经滤波速度和先前速度的时间差来计算加速度；降低加速度的噪声；在延迟补偿器中接收经滤波测量角位置、经滤波速度和经滤波加速度；以及在延迟补偿器424中计算经传播延迟补偿的数字输出430。
图5是示出传播延迟补偿和内插滤波器500中的示例性部件的框图。数字输入502是由于模拟和数字处理而具有一些传播延迟的角度的数字表示。数字输入502进入滤波器500并且被评估503以确定数字输入502是否存在并且是否在可接受性的范围内。如果数字输入502满足标准，则其为所选择的输入504以用于处理。如果数字输入502不满足标准，则其被拒绝，并且外推值520变为所选择的输入504。所选择的输入504进入第一低通滤波器505，该第一低通滤波器降低噪声并产生经低通滤波的角度信号515。经滤波信号被引导至第一微分器506以确定计算速度507。第二低通滤波器509接收计算速度507，这降低噪声并产生经低通滤波的速度信号516。经滤波信号被引导至第二微分器510以确定计算加速度511。第三低通滤波器512接收计算加速度511，这降低噪声并产生经低通滤波的加速度信号517。
经滤波角度信号515、经滤波速度信号516和经滤波加速度信号517被引导至延迟补偿电路518，该延迟补偿电路计算传播延迟。延迟补偿电路518包括第一系数值526(“k1”)和第二系数值525(“k2”)，它们在下面的等式中进一步定义。
在滤波器500的该示例中，已仅使用针对角度、速度和加速度的一阶低通滤波器，然而，可使用更高阶的低通滤波器。
在确定输入信号502无效或执行上采样的情况下，滤波器输入可以在数字输入502和外推值520之间切换。一旦到滤波器500的新数字输入502可从预处理块获得，就可将该新数字输入与由滤波器输出的外推角度520进行比较。如果存在大的差异，则可丢弃新数字输入502并用外推角度520替换该新数字输入。过滤器500可拒绝作为轮廓线或具有非常嘈杂的输入的新数字输入520。如果出于某种原因，新数字输入502不可用(例如，模拟块正在运行自动调零特征部)，则使用外推值520，而不是保持先前输入。
反馈到输入以进行内插或上采样的信号使用不同的补偿系数(k1 i和k2 i)，因为数字输入502受到前一阶段中延迟的影响，而外推值520不受到延迟的影响。
反馈到输入以进行内插或上采样的信号使用第一外推系数528(“k1 i”)和第二外推系数527(“k2 i”)。在一个示例中，第一外推系数528(“k1 i”)可以是来自先前数字输入的第一系数值526(“k1”)，并且第二外推系数527(“k2 i”)可以是来自先前数字输入的第二系数值525(“k2”)。
在一些实施方案中，传播延迟补偿电路500可包括：第一低通滤波器505，该第一低通滤波器被配置为接收数字输入502并且降低包括测量角位置的数字输入502的噪声；第一微分器506，该第一微分器被配置为接收包括测量角位置的经滤波数字输入515并且根据测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度507；第二低通滤波器509，该第二低通滤波器被配置为降低来自速度507的噪声；第二微分器510，该第二微分器被配置为接收经滤波速度516并且使用经滤波速度516与先前速度的时间差来计算加速度511；第三低通滤波器512，该第三低通滤波器被配置为降低加速度511的噪声；和延迟补偿器518，该延迟补偿器被配置为接收经滤波数字输入515、经滤波速度516和经滤波加速度517，并且计算经传播延迟补偿的数字输出530。
传播延迟补偿电路500可包括外推发生器519，该外推发生器被配置为接收经滤波加速度517并且计算外推角位置520。
传播延迟补偿电路可包括预处理块503，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入502；确定测量角位置在可接受范围内，然后将包括测量角位置的数字输入502发送到第一低带通滤波器505；以及确定测量角位置不在可接受范围内，然后将包括外推角位置520的数字输入发送到第一低带通滤波器505。
预处理块503可被配置为确定未接收到数字输入502，然后将包括外推角位置520的数字输出504发送到第一低带通滤波器505。
传播延迟补偿电路505可包括预处理块503，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入502；确定接收到包括测量角位置的数字输入502，然后将包括测量角位置的数字输入502发送到第一低带通滤波器505；以及确定未接收到包括测量角位置的数字输入502，然后将包括外推角位置520的数字输入504发送到第一低带通滤波器505。
传播延迟补偿电路500可包括预处理块503，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入502；将测量角位置与外推角位置进行比较以进行最佳拟合；以及将包括最佳拟合角位置的数字输入504发送到第一低带通滤波器505。
在一些应用中，经传播延迟补偿的数字输出530是经传播延迟补偿的测量角位置。在一些应用中，经传播延迟补偿的数字输出530是经传播延迟补偿的外推角位置。在一些应用中，经传播延迟补偿的数字输出530是经滤波测量角位置。
滤波器500可使用外推特征部以比预处理块高的采样频率运行。如果传感器输出的采样与内部时钟异步，则这是特别有益的，因为其减少了抖动。如果用作抗混叠滤波器，则滤波器500带宽也可以是有限的，而不会引入附加滞后。
在运行的电路500的非限制性示例中，以下等式可用于校正传播延迟。假设在信号预处理中加速度恒定并且N个时钟延迟，则以间隔T采样的Z域中的位置为：
IN(Z)＝[Acc T2 Z-1(1+Z-1)/(1-Z-1)3+Speed T Z-1/(1-Z-1)2+Pos/(1-Z-1)]Z-N (等式1)
对于等式1，Acc为加速度，Pos为位置，IN(Z)为Z域中的位置，并且T为时间间隔。在Z域中，Z为变量。Z域需要固定的采样时间间隔T。在该示例中，等式1计算传播延迟。
第一滤波器确定如在等式2中计算的平均低通滤波的位置，其中H1是降噪滤波器505的传递函数，并且IN(Z)来自等式1：
INa(Z)＝H1(Z)IN(Z) (等式2)
微分和第二滤波器确定如等式3中计算的平均速度，其中H2是降噪滤波器509的传递函数，并且INa(Z)来自等式2：
Sa(Z)＝(1-Z-1)H2(Z)INa(Z) (等式3)
等式3可被重排并表示为等式4：
Sa(Z)＝(1-Z-1)H2(Z)H1(Z)IN(Z) (等式4)
微分和第三滤波器确定如由等式5计算的平均加速度，其中H3是降噪滤波器5012的传递函数，并且Sa(Z)来自等式3：
Aa(Z)＝(1-Z-1)H3(Z)Sa(Z) (等式5)
等式5可被重排并表示为等式6：
Aa(Z)＝(1-Z-1)2H3(Z)H2(Z)H1(Z)IN(Z) (等式6)
第三滤波器输出是加速度，其被假定为恒定的。在各种应用中，加速度可改变，并且第三滤波器可能需要一些时间来稳定。一旦第三滤波器稳定，就可在没有任何残余误差的情况下补偿传播延迟。
通过等式7计算补偿速度，其中Sa(Z)来自等式3，Aa(Z)来自等式5，并且k2是系数：
Sc(Z)＝Sa(Z)+k2 Aa(Z) (等式7)
等式7可被重排并表示为等式8：
Sc(Z)＝[(1-Z-1)+k2(1-Z-1)2H3(Z)]H2(Z)H1(Z)IN(Z) (等式8)
通过等式9计算补偿位置，其中INa(Z)来自等式2，Sc(Z)来自等式7，并且k1是系数：
OUT(Z)＝INa(Z)+k1 Sc(Z) (等式9)
等式9可被重排并表示为等式10：
OUT(Z)＝H1(Z)IN(Z)+k1((1-Z-1)H2(Z)H1(Z)IN(Z)+k2(1-Z-1)2H3(Z)H2(Z)H1(Z)IN(Z)) (等式10)
等式9可被重排并表示为等式11：
OUT(Z)＝[1+k1(1-Z-1)H2(Z)+k1k2(1-Z-1)2H3(Z)H2(Z)]H1(Z)IN(Z) (等式11)
滤波器输出和实际位置(滤波器输入之前的N个时钟)之间的误差为：
E(Z)＝OUT(Z)-IN(Z)ZN (等式12)
系数k1和系数k2可被插入等式12中并表示为等式13：
E(Z)＝[H1(Z)+k1(1-Z-1)H2(Z)H1(Z)+k1k2(1-Z-1)2H3(Z)H2(Z)H1(Z)-ZN]IN(Z) (等式13)
等式13计算用于任何转子运动的误差动态。接下来，假设转子不断加速，确定在误差收敛于0时的系数k1和系数k2。当出现以下情况时，误差将稳定在零：
LimZ->1(1-Z-1)E(Z)＝0 (等式14)
因此，需要3个条件来求解k1系数和k2系数：
条件1：加速度＝0，速度＝0，而位置≠0
LimZ->1(1-Z-1)E(Z)＝0，意味着H1(1)＝1，意味着第一滤波器必须具有1的DC增益。
条件2：加速度＝0，速度≠0，位置≠0
LimZ->1(1-Z-1)E(Z)＝0，意味着k1＝(N-d{H1(1)})/H2(1)
条件3：加速度≠0，速度≠0，位置≠0
LimZ->1(1-Z-1)E(Z)＝0，意味着
k2＝[N2+N-d2{H1(1)}-2d{H1(1)}-2k1 d{H2(1)H1(1)}]/[2H3(1)(N-d{H1(1)})]，其中：d{H1(1)}为H1(Z)在Z＝1时的导数；
系数(k1和k2)可使用上述等式求解。反馈到输入以进行内插或上采样的信号使用不同的补偿系数(k1 i和k2 i)，该补偿系数可以是来自先前数字输入的系数(k1和k2)。对于内插，不存在传播延迟N，因为信号不包括来自角传感器接口的信号处理延迟和数字转换延迟。
在Z域中，滤波器表示为包含变量Z的倍增因子。例如，每T秒更新数字寄存器505。如果505的输出是延迟T秒的输入，则该数字延迟在Z域中被标记为Z-1。在该示例中，OUTregister(Z)＝Z-1INregister(Z)。
为了计算时间t处的输入与时间t-T处的先前输入之间的差值，等式为：OUT(Z)＝IN(Z)-Z-1IN(Z)或者OUT(Z)＝(1-Z-1)IN(Z)。可被称为传递函数的因子(1-Z-1)是执行时间差的滤波器。可设计更复杂的传递函数或滤波器，并且一般表示为Hn(Z)。
在时域中，t是表示以秒为单位的时间的变量。在时域中，输入500是IN(t)。在时域中，等式变化很快，变得非常复杂并且不可能译解。
在一些应用中，系数(k1和k2)可使用顶层仿真来确定。在一些应用中，系数(k1和k2)可通过建立测试模型并进行工作台测量以求解系数来确定。
现在转到图6，曲线图600示出了将进入传播延迟补偿和内插滤波器的输入610与所得的输出620进行比较的示例。曲线图600具有以毫秒为单位的时间(图6上未示出)的x轴605和以毫伏为单位的位置的y轴606。输出620可表示为线，其为角度630。还可计算对传感器和主系统之间的通信延迟的延迟补偿。
在该示例中，预处理信号输入610由于模拟和数字前端而延迟6.75μs。前端采样周期为2μs。输出620被延迟补偿并以因子4上采样该输出。在具有正确系数的情况下，输出620的每个数据点与旋转物体的转子位置精确地对准。例如，输入610的数据点615具有传播延迟627并且被校正为输出620的数据点625。在该示例中，输入数据点615是9.6355ms、779.53mV；校正数据点625为9.62875ms、779.53mV；并且传播延迟627为6.75μs。速度为311.001mV/s。
最后，图7示出了示出覆盖在同一时间标度上的来自示例性仿真的数据的复合图700。在曲线图701中，传感器输出710(其为传播延迟补偿和内插滤波器的输出)精确地覆盖角度715(其为实际转子位置)。在曲线图702中，传感器速度720(其为来自传播延迟补偿和内插滤波器的计算速度)覆盖速度725(其为转子的实际速度)。在曲线图702中，加速度可以是恒定的，这产生精确速度和精确位置。在曲线图703中，传感器加速度730(其为来自传播延迟补偿和内插滤波器的计算加速度)的增大和减小根据加速度735(其为转子的实际加速度)略微延迟。在曲线图704中，误差后740(其为滤波器后处理之后的传感器误差)示出了误差后处理，该误差后处理与计算加速度相比于实际加速度的轻微延迟主要相关。计算后处理误差为<+/-35uV/1V＝<+/-12.6mdeg/360deg。在曲线图705中，误差前750(其为延迟补偿之前的传感器误差)示出了角度测量结果的可通过使用传播延迟补偿和内插滤波器来消除的显著误差。延迟补偿之前的计算传感器误差为+/-750uV/1V＝+/-270mdeg/360deg。
在一些实施方案中，传播延迟补偿电路可包括：第一低通滤波器，该第一低通滤波器被配置为接收数字输入并且降低包括测量角位置的数字输入的噪声；第一微分器，该第一微分器被配置为接收包括测量角位置的经滤波数字输入并且根据测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；第二低通滤波器，该第二低通滤波器被配置为降低来自速度的噪声；第二微分器，该第二微分器被配置为接收经滤波速度并且使用经滤波速度与先前速度的时间差来计算加速度；第三低通滤波器，该第三低通滤波器被配置为降低加速度的噪声；和延迟补偿器，该延迟补偿器被配置为接收经滤波数字输入、经滤波速度和经滤波加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出。
传播延迟补偿电路可包括外推发生器，该外推发生器被配置为接收经滤波加速度并且计算外推角位置。
传播延迟补偿电路可包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定测量角位置在可接受范围内，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器；以及确定测量角位置不在可接受范围内，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
预处理块可被配置为确定未接收到数字输入，然后将包括外推角位置的数字输出发送到第一低带通滤波器。
传播延迟补偿电路可包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器；以及确定未接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
传播延迟补偿电路可包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；将测量角位置与外推角位置进行比较以进行最佳拟合；以及将包括最佳拟合角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
在一些应用中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的测量角位置。在一些应用中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的外推角位置。在一些应用中，经传播延迟补偿的数字输出是经滤波测量角位置。
在一些实施方案中，系统可包括：传感器，该传感器被配置为测量旋转物体的角位置；模数转换器，该模数转换器被配置为接收角位置并且将角位置转换为包括测量角位置的数字输入；和传播延迟补偿电路，该传播延迟补偿电路包括：第一低通滤波器，该第一低通滤波器被配置为接收包括测量角位置的数字输入并且降低测量角位置的噪声；第一微分器，该第一微分器被配置为接收经滤波测量角位置并且根据经滤波测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；第二低通滤波器，该第二低通滤波器被配置为降低来自速度的噪声；第二微分器，该第二微分器被配置为接收经滤波速度并且使用经滤波速度与先前速度的时间差来计算加速度；第三低通滤波器，该第三低通滤波器被配置为降低加速度的噪声；和延迟补偿器，该延迟补偿器被配置为接收经滤波数字输入、经滤波速度和经滤波加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出。
系统可包括模拟信号处理器，该模拟信号处理器被配置为：接收来自传感器的角位置；处理包括角位置的电信号；以及将经处理的角位置发送到模数转换器。处理电信号可包括以下项中的任一者或任何组合：对电信号进行滤波、降低电信号的噪声、放大电信号以及复用电信号。
系统可包括数字信号处理器，该数字信号处理器被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；处理包括测量角位置的数字信号；以及将包括测量角位置的经处理的数字输入发送到传播延迟补偿电路。
传感器可为换能器、光学检测器、磁性检测器、电感式检测器、电容式检测器或霍尔效应检测器。经传播延迟补偿的数字输出可以是经传播延迟补偿的测量角位置。
在一些实施方案中，计算传播延迟补偿的方法可包括：接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入；降低包括测量角位置的数字输入的噪声；根据经滤波测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；降低来自速度的噪声；使用经滤波速度和先前速度的时间差来计算加速度；降低加速度的噪声；在延迟补偿器中接收经滤波测量角位置、经滤波速度和经滤波加速度；以及在延迟补偿器中计算经传播延迟补偿的数字输出。
该方法可包括：将测量角位置与旋转物体的先前角位置进行比较；基于该比较来确定测量角位置不是有效的；以及基于先前角位置用外推角位置替换测量角位置。
该方法可包括：利用传感器收集角位置；将包括测量角位置的模拟信号发送到模数转换器；以及将模拟信号转换为包括测量角位置的数字输出。
该方法可包括将经传播延迟补偿的数字输出发送到控制器。在该方法的一些应用中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的测量角位置。
在上述描述中，已结合具体示例性实施方案描述了本发明。所示和所述特定实施方式用于展示本发明及其最佳模式，而不旨在以任何方式另外限制本发明的范围。实际上，为简洁起见，方法和系统的常规制造、连接、制备和其它功能方面可能未详细描述。此外，多张图中示出的连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或步骤。在实际系统中可能存在多个替代的或另外的功能关系或物理连接。
应当理解，方法内的步骤可以不同的顺序执行，而不改变本公开的原理。例如，本文可根据各种功能部件和处理步骤来描述各种实施方案。应当理解，此类部件和步骤可通过被配置为执行指定功能的任何数量的硬件部件来实现。
另外，任何装置实施方案中列举的部件和/或元件可以多种排列组装或者以其它方式进行操作配置，以产生与本技术基本上相同的结果，因此不限于具体示例中阐述的具体配置。
如本文所用，短语“A、B和C中的至少一者”可理解为意指逻辑(A或B或C)，然而，使用非排他性逻辑“或”可与意指(A、B和C)相反，此外，可理解为意指(A和B)或(A和C)或(B和C)。如本文所用，短语“A、B和/或C”应理解为意指(A、B和C)或者另选地(A或B或C)，使用非排他性逻辑“或”。
上文已结合各种示例性实施方案和示例描述了本发明，这些示例性实施方案和示例并非旨在限制本发明的系统和方法的全部范围。然而，本领域的技术人员将认识到，实施方案、材料、系统和方法的等同变化、修改和变型可在本发明的范围内进行，具有基本上类似的结果，并且旨在包括在本发明的范围内，如以下权利要求书阐述的。
根据第一方面，传播延迟补偿电路包括：第一低通滤波器，该第一低通滤波器被配置为接收数字输入并且降低包括测量角位置的数字输入的噪声；第一微分器，该第一微分器被配置为接收包括测量角位置的经滤波数字输入并且根据测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；第二低通滤波器，该第二低通滤波器被配置为降低来自速度的噪声；第二微分器，该第二微分器被配置为接收经滤波速度并且使用经滤波速度与先前速度的时间差来计算加速度；第三低通滤波器，该第三低通滤波器被配置为降低加速度的噪声；和延迟补偿器，该延迟补偿器被配置为接收经滤波数字输入、经滤波速度和经滤波加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括外推发生器，该外推发生器被配置为接收经滤波加速度并且计算外推角位置。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定测量角位置在可接受范围内，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器；以及确定测量角位置不在可接受范围内，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
在一个实施方案中，预处理块被配置为确定未接收到数字输入，然后将包括外推角位置的数字输出发送到第一低带通滤波器。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器；以及确定未接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；将测量角位置与外推角位置进行比较以进行最佳拟合；以及将包括最佳拟合角位置的数字输入发送到第一低带通滤波器。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的测量角位置。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的外推角位置。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经滤波测量角位置。
根据第二方面，系统包括：传感器，该传感器被配置为测量旋转物体的角位置；模数转换器，该模数转换器被配置为接收角位置并且将角位置转换为包括测量角位置的数字输入；和传播延迟补偿电路，该传播延迟补偿电路包括：第一低通滤波器，该第一低通滤波器被配置为接收包括测量角位置的数字输入并且降低测量角位置的噪声；第一微分器，该第一微分器被配置为接收经滤波测量角位置并且根据经滤波测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；第二低通滤波器，该第二低通滤波器被配置为降低来自速度的噪声；第二微分器，该第二微分器被配置为接收经滤波速度并且使用经滤波速度与先前速度的时间差来计算加速度；第三低通滤波器，该第三低通滤波器被配置为降低加速度的噪声；和延迟补偿器，该延迟补偿器被配置为接收经滤波数字输入、经滤波速度和经滤波加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，该系统还包括模拟信号处理器，该模拟信号处理器被配置为：接收来自传感器的角位置；处理包括角位置的电信号；以及将经处理的角位置发送到模数转换器。
在一个实施方案中，处理电信号是对电信号进行滤波、降低电信号的噪声、放大电信号以及复用电信号中的至少一者。
在一个实施方案中，该系统还包括数字信号处理器，该数字信号处理器被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；处理包括测量角位置的数字信号；以及将包括测量角位置的经处理的数字输入发送到传播延迟补偿电路。
在一个实施方案中，传感器包括换能器、光学检测器、磁性检测器、电感式检测器、电容式检测器或霍尔效应检测器。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的测量角位置。
根据第三方面，计算传播延迟补偿的方法包括：接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入；降低包括测量角位置的数字输入的噪声；根据经滤波测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；降低来自速度的噪声；使用经滤波速度和先前速度的时间差来计算加速度；降低加速度的噪声；在延迟补偿器中接收经滤波测量角位置、经滤波速度和经滤波加速度；以及在延迟补偿器中计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，该方法还包括：将测量角位置与旋转物体的先前角位置进行比较；基于该比较来确定测量角位置不是有效的；以及基于先前角位置用外推角位置替换测量角位置。
在一个实施方案中，该方法还包括：利用传感器收集角位置；将包括测量角位置的模拟信号发送到模数转换器；以及将模拟信号转换为包括测量角位置的数字输出。
在一个实施方案中，该方法还包括将经传播延迟补偿的数字输出发送到控制器。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的测量角位置。
根据第四方面，传播延迟补偿电路包括：第一电路，该第一电路被配置为接收包括测量角位置的数字输入，并且对数字输入的噪声进行滤波，然后根据先前角位置与包括测量角位置的经滤波数字输入的时间差来计算速度；第二电路，该第二电路被配置为接收速度，并且对来自该速度的噪声进行滤波，然后根据先前速度和经滤波速度的时间差计算加速度；和第三电路，该第三电路被配置为接收加速度、经滤波数字输入和经滤波速度，并且对加速度的噪声进行滤波，然后使用经滤波加速度、经滤波数字输入和经滤波速度来计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括外推发生器，该外推发生器被配置为接收经滤波加速度并且计算外推角位置。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定测量角位置在可接受范围内，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一电路；以及确定测量角位置不在可接受范围内，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一电路。
在一个实施方案中，预处理块被配置为确定未接收到数字输入，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一电路。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；确定接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括测量角位置的数字输入发送到第一电路；以及确定未接收到包括测量角位置的数字输入，然后将包括外推角位置的数字输入发送到第一电路。
在一个实施方案中，传播延迟补偿电路还包括预处理块，该预处理块被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；将测量角位置与外推角位置进行比较以进行最佳拟合；以及将包括最佳拟合角位置的数字输入发送到第一电路。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的测量角位置。
在一个实施方案中，外推角位置是经传播延迟补偿的外推角位置。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经延迟补偿的角位置。
根据第五方面，系统包括：传感器，该传感器被配置为测量旋转物体的角位置；模数转换器，该模数转换器被配置为接收角位置并且将角位置转换为包括测量角位置的数字输入；和传播延迟补偿电路，该传播延迟补偿电路包括：第一电路，该第一电路被配置为接收包括测量角位置的数字输入，并且对数字输入的噪声进行滤波，然后根据先前角位置与包括测量角位置的经滤波数字输入的时间差来计算速度；第二电路，该第二电路被配置为接收速度，并且对来自该速度的噪声进行滤波，然后根据先前速度和经滤波速度的时间差计算加速度；和第三电路，该第三电路被配置为接收加速度、经滤波数字输入和经滤波速度，并且对加速度的噪声进行滤波，然后使用经滤波加速度、经滤波数字输入和经滤波速度来计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，该系统还包括模拟信号处理器，该模拟信号处理器被配置为：接收来自传感器的角位置；处理包括角位置的电信号；以及将经处理的角位置发送到模数转换器。
在一个实施方案中，处理电信号是对电信号进行滤波、降低电信号的噪声、放大电信号以及复用电信号中的至少一者。
在一个实施方案中，该系统还包括数字信号处理器，该数字信号处理器被配置为：接收包括测量角位置的数字输入；处理包括测量角位置的数字信号；以及将包括测量角位置的经处理的数字输入发送到传播延迟补偿电路。
在一个实施方案中，传感器包括换能器、光学检测器、磁性检测器、电感式检测器、电容式检测器或霍尔效应检测器。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的角位置。
本发明公开了一种计算传播延迟补偿的方法，该方法包括：接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入；将测量角位置与旋转物体的先前计算的角位置进行比较；基于该比较来确定测量角位置不是有效的；以及基于先前计算的角位置用外推角位置替换测量角位置；根据外推角位置和先前角位置的时间差来计算速度；使用速度和先前速度的时间差来计算加速度；在延迟补偿器中接收外推角位置、速度和加速度；以及在延迟补偿器中计算经传播延迟补偿的数字输出。
在一个实施方案中，该方法还包括：用外推角位置替换缺失的测量角位置，其中不接收包括测量角位置的数字输入。
在一个实施方案中，该方法还包括：利用传感器测量角位置；将包括测量角位置的模拟信号发送到模数转换器；以及将模拟信号转换为包括测量角位置的数字输出。
在一个实施方案中，该方法还包括将经传播延迟补偿的数字输出发送到控制器。
在一个实施方案中，经传播延迟补偿的数字输出是经传播延迟补偿的角位置。

Claims (10)

1.一种传播延迟补偿电路，其特征在于包括：
第一低通滤波器，所述第一低通滤波器被配置为接收数字输入并且降低包括测量角位置的所述数字输入的噪声；
第一微分器，所述第一微分器被配置为接收包括所述测量角位置的经滤波的数字输入并且根据所述测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；
第二低通滤波器，所述第二低通滤波器被配置为降低来自所述速度的噪声；
第二微分器，所述第二微分器被配置为接收经滤波的速度并且使用所述经滤波的速度与先前速度的时间差来计算加速度；
第三低通滤波器，所述第三低通滤波器被配置为降低所述加速度的噪声；和
延迟补偿器，所述延迟补偿器被配置为接收所述经滤波的数字输入、所述经滤波的速度和经滤波的加速度，并且计算经传播延迟补偿的数字输出。
2.根据权利要求1所述的传播延迟补偿电路，其特征还在于包括外推发生器，所述外推发生器被配置为接收经滤波的加速度并且计算外推角位置。
3.根据权利要求2所述的传播延迟补偿电路，其特征还在于包括预处理块，所述预处理块被配置为：
接收包括所述测量角位置的所述数字输入；
确定所述测量角位置在可接受范围内，然后将包括所述测量角位置的所述数字输入发送到第一低带通滤波器；并且
确定所述测量角位置不在可接受范围内，然后将包括所述外推角位置的数字输入发送到所述第一低带通滤波器。
4.根据权利要求2所述的传播延迟补偿电路，其特征还在于包括预处理块，所述预处理块被配置为：
接收包括所述测量角位置的所述数字输入；
确定接收到包括所述测量角位置的所述数字输入，然后将包括所述测量角位置的所述数字输入发送到所述第一低带通滤波器；并且
确定未接收到包括所述测量角位置的所述数字输入，然后将包括所述外推角位置的数字输入发送到所述第一低带通滤波器。
5.根据权利要求2所述的传播延迟补偿电路，其特征还在于包括预处理块，所述预处理块被配置为：
接收包括所述测量角位置的所述数字输入；
将所述测量角位置与所述外推角位置进行比较以进行最佳拟合；并且
将包括最佳拟合角位置的数字输入发送到所述第一低带通滤波器。
6.一种传播延迟补偿电路，其特征在于包括：
第一电路，所述第一电路被配置为接收包括测量角位置的数字输入，并且对所述数字输入的噪声进行滤波，然后根据先前角位置与包括所述测量角位置的经滤波的数字输入的时间差来计算速度；
第二电路，所述第二电路被配置为接收所述速度，并且对来自所述速度的噪声进行滤波，然后根据先前速度和经滤波的速度的时间差计算加速度；和
第三电路，所述第三电路被配置为接收所述加速度、所述经滤波的数字输入和所述经滤波的速度，并且对所述加速度的噪声进行滤波，然后使用经滤波的加速度、所述经滤波的数字输入和所述经滤波的速度来计算经传播延迟补偿的数字输出。
7.一种计算传播延迟补偿的方法，所述方法的特征在于包括：
接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入；
将所述测量角位置与所述旋转物体的先前计算的角位置进行比较；
基于所述比较来确定所述测量角位置不是有效的；以及
基于所述先前计算的角位置用外推角位置替换所述测量角位置；
根据所述外推角位置和先前角位置的时间差来计算速度；
使用所述速度和先前速度的时间差来计算加速度；
在延迟补偿器中接收所述外推角位置、所述速度和所述加速度；以及
在所述延迟补偿器中计算经传播延迟补偿的数字输出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征还在于包括：
用所述外推角位置替换缺失的测量角位置，
其中不接收包括所述测量角位置的所述数字输入；
利用传感器测量角位置；
将包括测量角位置的模拟信号发送到模数转换器；以及
将所述模拟信号转换为包括所述测量角位置的数字输出。
9.一种计算传播延迟补偿的方法，所述方法的特征在于包括：
接收包括旋转物体的测量角位置的数字输入；
降低包括所述测量角位置的所述数字输入的噪声；
根据所述经滤波的测量角位置和先前角位置的时间差来计算速度；
降低来自所述速度的噪声；
使用经滤波的速度和先前速度的时间差来计算加速度；
降低所述加速度的噪声；
在延迟补偿器中接收所述经滤波的测量角位置、所述经滤波的速度和经滤波的加速度；以及
在所述延迟补偿器中计算经传播延迟补偿的数字输出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征还在于包括：
将所述测量角位置与所述旋转物体的先前角位置进行比较；
基于所述比较来确定所述测量角位置不是有效的；
基于所述先前角位置用外推角位置替换所述测量角位置；
利用传感器收集角位置；
将包括所述测量角位置的模拟信号发送到模数转换器；以及
将所述模拟信号转换为包括所述测量角位置的数字输出。
CN202110237672.4A 2020-03-16 2021-03-04 传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法 Pending CN113405572A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/820,192 US10855303B1 (en) 2020-03-16 2020-03-16 Propagation delay compensation and interpolation filter
US16/820,192 2020-03-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113405572A true CN113405572A (zh) 2021-09-17

Family

ID=73554768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110237672.4A Pending CN113405572A (zh) 2020-03-16 2021-03-04 传播延迟补偿电路以及计算传播延迟补偿的方法

Country Status (2)

Country Link
US (3) US10855303B1 (zh)
CN (1) CN113405572A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116594593A (zh) * 2023-07-13 2023-08-15 上海芯炽科技集团有限公司 一种基于理查森外推法的数字微分器及其优化结构

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2623762A (en) * 2022-10-24 2024-05-01 Dalmatic Tnv As A rotary encoder

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1429355A (zh) * 2000-05-15 2003-07-09 株式会社安川电机 定位伺服控制器
CN1523465A (zh) * 2003-02-20 2004-08-25 ������������ʽ���� 伺服控制装置
CN101171497A (zh) * 2005-05-11 2008-04-30 丰田自动车株式会社 角位置检测器以及包括其的旋转电装置驱动单元
JP2009031989A (ja) * 2007-07-26 2009-02-12 Yaskawa Electric Corp サーボ制御装置
US20100164851A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Wen-Chun Wang Liquid crystal display and pixel unit thereof
CN103278178A (zh) * 2013-04-26 2013-09-04 哈尔滨工程大学 在传递对准中考虑传输延迟的挠曲变形测量方法
US20130335063A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Sick Stegmann Gmbh Position encoder
CN104169687A (zh) * 2012-03-16 2014-11-26 三菱电机株式会社 角度检测装置
CN105452815A (zh) * 2013-08-09 2016-03-30 ams有限公司 用于确定移动装置的位置的位置传感器装置
CN105492871A (zh) * 2013-08-26 2016-04-13 三菱电机株式会社 位置检测器的角度误差校正装置以及角度误差校正方法
EP3120112A1 (de) * 2014-03-15 2017-01-25 Schneider Electric Automation GmbH Verfahren zur erfassung einer zeitlich veränderlichen physikalischen messgrösse und korrespondierende messeinrichtung und messwert-verarbeitungsvorrichtung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6370038B2 (ja) * 2013-02-07 2018-08-08 キヤノン株式会社 位置姿勢計測装置及び方法
EP2975364B1 (en) 2014-07-14 2017-08-30 ams AG Position sensor device and method for providing a filtered position signal
JP6775969B2 (ja) * 2016-02-29 2020-10-28 キヤノン株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
EP3355032B1 (de) * 2017-01-30 2019-03-27 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Sensor zur positionsmessung
EP3517897B1 (en) * 2018-01-25 2020-10-28 Melexis Technologies SA Position sensing device

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1429355A (zh) * 2000-05-15 2003-07-09 株式会社安川电机 定位伺服控制器
CN1523465A (zh) * 2003-02-20 2004-08-25 ������������ʽ���� 伺服控制装置
CN101171497A (zh) * 2005-05-11 2008-04-30 丰田自动车株式会社 角位置检测器以及包括其的旋转电装置驱动单元
JP2009031989A (ja) * 2007-07-26 2009-02-12 Yaskawa Electric Corp サーボ制御装置
US20100164851A1 (en) * 2008-12-26 2010-07-01 Wen-Chun Wang Liquid crystal display and pixel unit thereof
CN104169687A (zh) * 2012-03-16 2014-11-26 三菱电机株式会社 角度检测装置
US20130335063A1 (en) * 2012-06-15 2013-12-19 Sick Stegmann Gmbh Position encoder
CN103278178A (zh) * 2013-04-26 2013-09-04 哈尔滨工程大学 在传递对准中考虑传输延迟的挠曲变形测量方法
CN105452815A (zh) * 2013-08-09 2016-03-30 ams有限公司 用于确定移动装置的位置的位置传感器装置
CN105492871A (zh) * 2013-08-26 2016-04-13 三菱电机株式会社 位置检测器的角度误差校正装置以及角度误差校正方法
EP3120112A1 (de) * 2014-03-15 2017-01-25 Schneider Electric Automation GmbH Verfahren zur erfassung einer zeitlich veränderlichen physikalischen messgrösse und korrespondierende messeinrichtung und messwert-verarbeitungsvorrichtung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116594593A (zh) * 2023-07-13 2023-08-15 上海芯炽科技集团有限公司 一种基于理查森外推法的数字微分器及其优化结构
CN116594593B (zh) * 2023-07-13 2023-09-26 上海芯炽科技集团有限公司 一种基于理查森外推法的数字微分器及其优化结构

Also Published As

Publication number Publication date
US10855303B1 (en) 2020-12-01
US20240178856A1 (en) 2024-05-30
US20210285753A1 (en) 2021-09-16
US11929757B2 (en) 2024-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240178856A1 (en) Propagation delay compensation and interpolation filter
US7482956B2 (en) Calibration apparatus for mismatches of time-interleaved analog-to-digital converter
US7856464B2 (en) Decimation filter
JP6317437B2 (ja) 運動体の位置を検出するポジションセンサ装置
EP1341311A2 (en) Signal processing apparatus for encoder
CN110244116B (zh) 直流瞬时功率的计量电路及其准同步计算方法
JP2007003524A (ja) 測定変換器の出力信号を処理する方法、および力測定デバイス
WO2014163842A1 (en) Digitally compensated process transmitter with minimal dead time
US20210054799A1 (en) Gas flow rate measurement device and gas flow rate measurement method
JP3602078B2 (ja) 人工衛星の姿勢検出装置
JP2019020756A (ja) センサ信号処理装置
CN113678003A (zh) 用于同步信号的方法
JPH01269297A (ja) 標本化周波数変換装置
JP4163824B2 (ja) 計量装置
US11693066B2 (en) Signal processing circuit for reducing ripple in an output signal of a spinning current hall sensor and signal processing method
US7548836B2 (en) Method and apparatus for compensating for AC coupling errors in RMS measurements
JP2002068100A (ja) 人工衛星のオフライン広帯域姿勢検出装置及びその方法
CN109631895B (zh) 一种物体的位姿估计方法和装置
CN109768784B (zh) 抽取滤波器
JP2905212B2 (ja) デジタルレベル検出器
CN118010119A (zh) 一种具有压力补偿的电磁流量精准测量方法
WO2022089829A1 (en) Method of accurately determining angular rotor position from a raw signal
Horn van der et al. Calibration and linearization method for microcontroller-based sensor systems
KR950002421B1 (ko) 매스 플로우 콘트롤러의 독출 신호의 잡음 제거 방법
CN117330812A (zh) 一种微伏级信号采集识别方法及一种星载计算机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination