CN116182924A - 相位补偿方法、装置以及磁编码器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种相位补偿方法、装置以及磁编码器，所述方法包括：根据系统时钟周期，基于采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；根据系统时钟周期，基于第一旋转角度和磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，更新第一相位补偿值；若第一旋转角度发生更新且磁编码器完成初始化，则将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期之后，确定第一相位补偿值作为目标补偿相角，目标补偿相角用于补偿第一旋转角度。通过更新第一相位补偿值，在第一旋转角度发生更新的情况下，将第一相位补偿值作为目标补偿相角，实现消除传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种相位补偿方法、装置以及磁编码器。
背景技术
随着工业4.0和物联网不断发展，自动化设备的应用快速增多，伺服电机系统作为自动化系统的重要组成部分，对其极端环境工作的稳定性与可靠性要求也与日俱增。伺服电机系统需要获得精确的转子位置信息来实现高精度控制，获得转子位置信息则需要位置传感器。位置传感器作为伺服电机系统中的反馈驱动模块，其灵敏度和可靠性直接决定着整个伺服驱动系统的分辨率、精度和性能。
主流的位置传感器主要包括：接触式位置传感器在冲击、振动等环境下，接触面易产生磨损，使位置采集失真，在盐雾、低温等环境下，接触面易产生多余物，易发生设备故障；光电编码器作为非接触式位置传感器可以减小物理冲击的影响，但其码盘对粉尘等多余物敏感，导致其适应性较差，为满足光学要求，其结构复杂，且价格高昂；磁编码器基于磁感应原理，通过霍尔传感器利用磁场的变化来感知位置变化，无接触面，且对接触面多余物不敏感，具有响应速度快，抗震能力强，环境适应能力强，可靠性高等优点，逐渐成为市场主流。
霍尔传感器产生正余弦信号，经过放大器放大，再通过模数转换器(Analog toDigital Converter，ADC)采样，将所得数字信号送入数字信号处理(Digital SignalProcessing，DSP)模块进行角度计算。为了提高计算精度，磁编码器在实际解码前都先对信号进行处理，霍尔传感器输出结果经过滤波器和数据处理，传感器输出结果和处理后输出结果存在一定的相位延迟，过大的相位延迟会严重影响数据处理的实时性，导致无法获取到较为精准的实时位置信号。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种相位补偿方法、装置以及磁编码器。
第一方面，本发明提供一种相位补偿方法，应用于磁编码器，包括：
根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值；
若确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化，则将所述第一旋转角度存入寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角，所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值，包括：
确定所述第一旋转角度和所述第二旋转角度之间的第一差值；
在本周期是首个周期的情况下，确定第二相位补偿值为0；或，在本周期非首个周期的情况下，获取所述磁编码器在上一个周期所记录的第二相位补偿值；
基于所述第二相位补偿值，更新所述第一相位补偿值；
对所述第一相位补偿值进行二进制左移N位的乘法操作，确定第一变量；
确定所述第一变量和所述第一相位补偿值之间的第二差值；
基于所述第二差值，进行除以M并取整的操作，确定第二变量；
基于所述第一差值和所述第二变量，更新所述第二相位补偿值；
其中，所述N为4或5或6，所述M为2的N次方。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，所述确定所述磁编码器完成初始化，包括：
判断计数值是否大于预设数值；
若确定所述计数值大于所述预设数值，则确定所述磁编码器完成初始化；
所述计数值用于表示所述第一旋转角度发生更新的次数。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，还包括：
计算所述目标补偿相角和所述第一旋转角度的和值，并确定所述和值作为所述磁编码器的输出。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，所述根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度，包括：
基于所述第一数字正弦波信号和所述第一数字余弦波信号，进行低通滤波，生成第二数字正弦波信号和第二数字余弦波信号；
基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过反正切计算，生成所述第一旋转角度和触发信号，所述触发信号用于指示所述第一旋转角度发生更新。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，所述通过反正切计算，生成所述第一旋转角度，包括：
基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过相除取绝对值的计算方式，获取正切量；
基于所述正切量，通过反正切计算，获取初始角度；
基于预设反正切修正表，修正所述初始角度，生成所述第一旋转角度；
所述预设反正切修正表用于将所述初始角度调整至0～2π。
第二方面，本发明还提供一种相位补偿装置，应用于磁编码器，包括：旋转角度确定模块和相位补偿模块，所述旋转角度确定模块的输出端与所述相位补偿模块的输入端连接；
所述旋转角度确定模块，用于根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
所述相位补偿模块，用于根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值，所述第二旋转角度为所述磁编码器的寄存器所存储的旋转角度；
若在确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化的情况下，将所述第一旋转角度存入所述寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角；所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
第三方面，本发明还提供一种磁编码器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述相位补偿方法。
本发明提供的相位补偿方法、装置以及磁编码器，通过比较第一旋转角度和第二旋转角度，可以确定第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，第一旋转角度为基于正弦波信号和余弦波信号，通过实时地旋转角度计算所确定的旋转角度，第二旋转角度是磁编码器的寄存器所存储的旋转角度，两者之间的差异可以反映传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟程度，进而可以基于两者之间的差异周期性更新第一相位补偿值，进而在确定第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化的情况下，可以将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期(以便在后续的系统时钟周期分析第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异)之后，将当前的第一相位补偿值作为目标补偿相角，目标补偿相角可以用于补偿第一旋转角度，实现消除传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟，能够精准地获取实时位置信号。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是相关技术提供的磁编码器的结构示意图；
图2是相关技术提供的霍尔传感器工作原理的示意图；
图3是相关技术提供的霍尔传感器所采集到的正余弦波的示意图；
图4是本发明提供的相位补偿方法的流程示意图；
图5是本发明提供的系统输出稳定后周期性更新相位补偿值的流程示意图；
图6是本发明提供的系统初始化阶段周期性更新相位补偿值的流程示意图；
图7是本发明提供的相位补偿装置的结构示意图；
图8是本发明提供的相位补偿装置的工作原理示意图；
图9是本发明提供的磁编码器的结构示意图。
具体实施方式
为了便于更加清晰地理解本发明各实施例，首先对一些相关的背景知识进行如下介绍。
图1是相关技术提供的磁编码器的结构示意图，如图1所示，可以包括：磁传感器101、两路低噪声放大器(包括第一放大器102和第二放大器103)、两路ADC(包括第一ADC104和第二ADC105)、两路增益调节模块(包括第一增益调节模块106和第二增益调节模块107)和用于解码的数字处理模块108。
图2是相关技术提供的霍尔传感器工作原理的示意图，如图2所示，磁传感器101包括：磁转子201和两路霍尔传感器(包括第一霍尔传感器202和第二霍尔传感器203)，磁转子201的轴线与霍尔传感器所在平面垂直，根据霍尔效应，磁转子201的磁场将使霍尔传感器输出对应电压值。两路霍尔传感器以90°夹角放置，当磁转子201匀速旋转一周，两路霍尔传感器感应到的电压波形为相位相差90°的正弦波，将第一霍尔传感器202的输出定义为sinθ，将第二霍尔传感器203的输出定义为cosθ。其中，θ为磁转子201相对霍尔传感器的旋转角度。
图3是相关技术提供的霍尔传感器所采集到的正余弦波的示意图，如图1、图2和图3所示，第一霍尔传感器202的输出sinθ，连接至第一放大器102，放大后的模拟信号送入第一ADC104采样并转化为数字信号Dig_sinθ，同时第一ADC104根据当前输入信号模拟量，通过第一增益调节模块106，改变第一放大器102的直流偏置电压，调节其增益；同理，第二霍尔传感器203的输出cosθ，连接至第二放大器103，放大后的模拟信号送入第二ADC105采样并转化为数字信号Dig_cosθ，同时第二ADC105根据当前输入信号模拟量，通过第二增益调节模块107，改变第二放大器103的直流偏置电压，调节其增益。
如图1所示，产生的两路数字信号输出Dig_sinθ和Dig_cosθ连接至数字处理模块108，进行后续解码。
为了克服上述缺陷，本发明提供一种相位补偿方法、装置以及磁编码器，通过相位补偿，可以消除传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图4是本发明提供的相位补偿方法的流程示意图，如图4所示，所述相位补偿方法的执行主体可以是磁编码器。该方法包括：
步骤401，根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度。
具体地，磁编码器可以通过磁转子201和霍尔传感器，获取模拟正弦波信号和模拟余弦波信号，再经过放大和ADC采样，可以获取模拟正弦波信号对应的第一数字正弦波信号，以及模拟余弦波信号对应的第一数字余弦波信号，进而可以根据系统时钟周期，基于第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，实时地获取第一旋转角度。
步骤402，根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值。
具体地，为了实现磁编码器的相位补偿，可以读取预存储的第二旋转角度，通过比较第一旋转角度和第二旋转角度，可以确定第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，两者之间的差异可以反映传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟程度，进而可以基于两者之间的差异周期性更新第一相位补偿值。
可以理解的是，第二旋转角度可以预存储在寄存器中，预存储的第二旋转角度可以是历史时刻下的第一旋转角度，该历史时刻可以是最近一次确定第一旋转角度发生更新的时刻，可以将寄存器所存储的旋转角度作为第二旋转角度。该寄存器所存储的初始值可以是0。
可以理解的是，磁编码器可以基于系统时钟周期执行步骤401和步骤402，也即磁编码器可以并行执行步骤401和步骤402。
步骤403，若确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化，则将所述第一旋转角度存入寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角，所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
具体地，可以实时监听第一旋转角度是否发生更新，在监听到第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化的情况下，可以将第一旋转角度存入寄存器(在后续的系统时钟周期中寄存器所存储的值作为预存储的第二旋转角度)以及等待一个系统时钟周期(以便在后续的系统时钟周期分析第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异)之后，将当前的第一相位补偿值作为目标补偿相角，目标补偿相角可以用于补偿第一旋转角度。
可以理解的是，磁编码器可以基于系统时钟周期执行步骤402，每执行一次步骤402后，可以监听第一旋转角度是否发生更新，在监听到第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化的情况下，可以执行步骤403中的将第一旋转角度存入所述寄存器以及等待一个系统时钟周期之后，确定第一相位补偿值作为目标补偿相角。执行完步骤402之后，磁编码器可以继续基于系统时钟周期执行步骤402，直到下一次监听到第一旋转角度发生更新，以此类推。
可以理解的是，磁编码器可以基于正弦波信号和余弦波信号，通过实时地旋转角度计算，生成旋转角度(也即第一旋转角度)，生成一次旋转角度也即是第一旋转角度发生一次更新。
可以理解的是，磁编码器的运行工作分为两个阶段，第一阶段为磁编码器复位后到系统输出稳定的系统初始化阶段，在系统输出稳定后进入第二阶段，因而为了保证稳定地进行相位补偿，确定磁编码器完成初始化是执行相位补偿的前提条件。
本发明提供的相位补偿方法，通过比较第一旋转角度和第二旋转角度，可以确定第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，第一旋转角度为基于正弦波信号和余弦波信号，通过实时地旋转角度计算所确定的旋转角度，第二旋转角度是磁编码器的寄存器所存储的旋转角度，两者之间的差异可以反映传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟程度，进而可以基于两者之间的差异周期性更新第一相位补偿值，进而在确定第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化的情况下，可以将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期(以便在后续的系统时钟周期分析第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异)之后，将当前的第一相位补偿值作为目标补偿相角，目标补偿相角可以用于补偿第一旋转角度，实现减小传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟，能够精准地获取实时位置信号。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值，包括：
确定所述第一旋转角度和所述第二旋转角度之间的第一差值；
在本周期是首个周期的情况下，确定第二相位补偿值为0；或，在本周期非首个周期的情况下，获取所述磁编码器在上一个周期所记录的第二相位补偿值；
基于所述第二相位补偿值，更新所述第一相位补偿值；
对所述第一相位补偿值，进行二进制左移N位的乘法操作，确定第一变量；
确定所述第一变量和所述第一相位补偿值之间的第二差值；
基于所述第二差值，进行除以M并取整的操作，确定第二变量；
基于所述第一差值和所述第二变量，更新所述第二相位补偿值；
其中，所述N为4或5或6，所述M为2的N次方。
具体地，图5是本发明提供的系统输出稳定后周期性更新相位补偿值的流程示意图，如图5所示，磁编码器的运行工作为第二阶段(系统输出稳定)的情况下，周期性更新第一相位补偿值可以包括步骤501至步骤505：
步骤501，计算当前变量θ_pre(也即第二旋转角度)和正切运算结果θ(也即第一旋转角度)的差值，并将结果赋值给变量θ_diff(也即第一差值)；
步骤502，更新变量avg_acc(也即第一相位补偿值)，将变量next_avg_acc(也即第二相位补偿值)赋值给变量avg_acc；
步骤503，对变量avg_acc基于二进制进行左移5(也即N取值为5)位乘法操作后与原变量avg_acc相减后赋值给变量fab_acc(也即第二差值)；
步骤504，对变量fab_acc除以32(也即M为2的5次方)后四舍五入取整，得变量fab_acc_round(也即第二变量)。
可以理解的是，如果步骤503中为“二进制进行左移4位乘法操作”，则相应地步骤504中为“除以16后四舍五入取整”；如果步骤503中为“二进制进行左移5位乘法操作”，则相应地步骤504中为“除以32后四舍五入取整”；如果步骤503中为“二进制进行左移6位乘法操作”，则相应地步骤504中为“除以64后四舍五入取整”。
可以理解的是，通过步骤503和步骤504，是为了针对变量fab_acc计算小数值以及四舍五入取整。
步骤505，更新变量next_avg_acc，将变量θ_diff与变量fab_acc_round相加，结果赋值给变量next_avg_acc。
通过上述步骤，基于相近两次反正切运算结果θ的差值，能够估测并输出当前系统的实时相位延迟avg_acc。
具体地，如图5所示，磁编码器的运行工作为第二阶段的情况下，磁编码器可以实时监听第一旋转角度是否发生更新，例如磁编码器可以针对第一旋转角度的更新事件配置一个使能信号θ_vaild，通过判断使能信号θ_vaild的电平高低来确定第一旋转角度是否发生更新；若监听到第一旋转角度发生更新，则将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期之后，确定第一相位补偿值作为目标补偿相角。具体可以执行如下步骤：
步骤500，实时监听第一旋转角度是否发生更新(使能信号θ_vaild取值为1，也即为高电平则表明发生更新)；
步骤506，若监听到第一旋转角度发生更新，则将当前反正切运算结果θ(也即第一旋转角度)送入寄存器，等待一个系统时钟周期；
步骤507，将寄存器中值赋值给变量θ_pre(也即第二旋转角度)；
步骤508，输出当前变量avg_acc(也即第一相位补偿值)的值用于相位补偿。
因此，可以基于第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，分析传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟程度，周期性更新第一相位补偿值，能够估测并输出当前系统的实时相位延迟，实现对反正切运算结果θ进行实时相位补偿。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，所述确定所述磁编码器完成初始化，包括：
判断计数值是否大于预设数值；
若确定所述计数值大于所述预设数值，则确定所述磁编码器完成初始化；
所述计数值用于表示所述第一旋转角度发生更新的次数。
具体地，为了确定磁编码器的运行工作所处的阶段，可以配置一个计数器，通过计数器记录第一旋转角度发生更新的次数，进而可以判断计数值是否大于预设数值，若确定计数值大于预设数值，则确定磁编码器完成初始化。
可以理解的是，磁编码器的运行工作分为两个阶段，第一阶段为磁编码器复位后到系统输出稳定的系统初始化阶段，在系统输出稳定后进入第二阶段，因而为了保证稳定地进行相位补偿，确定磁编码器完成初始化是执行相位补偿的前提条件。上述预设数值可以通过对磁编码器进行实验测试来获得，以保证第一旋转角度发生更新的次数达到预设数值之后，磁编码器已进入第二阶段。
可选地，当磁编码器复位，会重置模块内计数器。
可选地，图6是本发明提供的系统初始化阶段周期性更新相位补偿值的流程示意图，如图6所示，磁编码器的运行工作为第一阶段的情况下，可以对当前反正切运算结果θ进行跟踪，周期性更新第一相位补偿值可以包括以下步骤601至步骤605：
步骤601，计算当前变量θ_pre(也即第二旋转角度)和正切运算结果θ(也即第一旋转角度)的差值，并将结果赋值给变量θ_diff(也即第一差值)；
步骤602，对变量θ_diff基于二进制进行左移5位乘法操作，将结果赋值给变量avg_acc(也即第一相位补偿值)；
步骤603，对变量avg_acc基于二进制进行左移5位乘法操作后与原变量avg_acc相减后赋值给变量fab_acc(也即第二差值)；
步骤604，对变量fab_acc除以32后四舍五入取整，得变量fab_acc_round(也即第二变量)；
步骤605，判断θ是否稳定，也即判断磁编码器是否已完成初始化。
可选地，如图6所示，若确定磁编码器已完成初始，则跟踪结束，也即停止跟踪当前反正切运算结果θ。进而磁编码器从第一阶段进入第二阶段，磁编码器的运行工作为第二阶段(系统输出稳定)的情况下，周期性更新第一相位补偿值可以包括前述步骤501至步骤505。
可选地，如图6所示，磁编码器的运行工作为第一阶段的情况下，磁编码器可以实时监听第一旋转角度是否发生更新，例如磁编码器可以针对第一旋转角度的更新事件配置一个使能信号θ_vaild，通过判断使能信号θ_vaild的电平高低来确定第一旋转角度是否发生更新；若监听到第一旋转角度发生更新，则将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期后更新第二旋转角度。具体可以执行如下步骤：
步骤600，实时监听第一旋转角度是否发生更新(使能信号θ_vaild取值为1，也即为高电平则表明发生更新)；
步骤606，若监听到第一旋转角度发生更新，则将当前反正切运算结果θ(也即第一旋转角度)送入寄存器，等待一个系统时钟周期；
步骤607，将寄存器中值赋值给变量θ_pre(也即第二旋转角度)。
因此，通过计数值记录第一旋转角度发生更新的次数，进而可以通过判断计数值是否大于预设数值，来确定磁编码器是否输出稳定。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，还包括：
计算所述目标补偿相角和所述第一旋转角度的和值，并确定所述和值作为所述磁编码器的输出。
具体地，可以通过加法器来计算目标补偿相角和第一旋转角度的和值，并将该和值作为磁编码器的输出，实现消除传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟，能够精准地获取实时位置信号。
可以理解的是，若监听到第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化，则等待一个系统时钟周期之后，确定第一相位补偿值作为目标补偿相角，实现更新目标补偿相角。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，所述根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度，包括：
基于所述第一数字正弦波信号和所述第一数字余弦波信号，进行低通滤波，生成第二数字正弦波信号和第二数字余弦波信号；
基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过反正切计算，生成所述第一旋转角度和触发信号，所述触发信号用于指示所述第一旋转角度发生更新。
具体地，为了生成第一旋转角度，可以磁编码器可以对采集到的正弦波信号进行数字化以获取第一数字正弦波信号，磁编码器可以对采集到的余弦波信号进行数字化以获取第一数字余弦波信号，进而可以对第一数字正弦波信号进行低通滤波处理，生成第二数字正弦波信号，可以对第一数字余弦波信号进行低通滤波处理，获取第二数字余弦波信号，进而可以通过反正切计算，生成第一旋转角度并输出触发信号。
可选地，磁编码器可以包括霍尔传感器、放大器以及ADC，霍尔传感器可以产生正余弦信号，经过放大器放大，再通过ADC采样，将所得数字信号送入DSP模块。获取第一数字正弦波信号可以是接收ADC输出的数字化正弦波信号，获取第一数字余弦波信号可以是接收ADC输出的数字化余弦波信号。
可选地，磁编码器可以针对第一旋转角度的更新事件配置一个使能信号θ_vaild，触发信号可以是使能信号θ_vaild会置高电平一个时钟周期，后恢复为低电平。
可选地，可以通过数字滤波器，对第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号进行滤波处理，数字滤波器可以具有刷新周期，按刷新周期进行低通滤波，以生成第二数字正弦波信号和第二数字余弦波信号。
可选地，可以按数字滤波器的刷新周期，进行反正切计算，以生成第一旋转角度，也即每一个刷新周期更新一次第一旋转角度。
因此，通过对数字化的正余弦信号进行滤波处理以及反正切计算，可以生成第一旋转角度并输出触发信号，触发信号能够指示第一旋转角度发生更新。
可选地，根据本发明提供的一种相位补偿方法，所述通过反正切计算，生成所述第一旋转角度，包括：
基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过相除取绝对值的计算方式，获取正切量；
基于所述正切量，通过反正切计算，获取初始角度；
基于预设反正切修正表，修正所述初始角度，生成所述第一旋转角度；
所述预设反正切修正表用于将所述初始角度调整至0～2π。
具体地，可以通过以下正切量计算公式，获取正切量：
其中，tanθ′表示正切量，sinθ表示第二数字正弦波信号，cosθ表示第二数字余弦波信号。
具体地，可以通过以下反正切计算，获取初始角度：
其中，θ′表示初始角度，
表示正切量。
具体地，可以通过表1，对初始角度进行修正，生成第一旋转角度，表1用于将初始角度调整至0～2π。
表1预设反正切修正表
因此，基于数字化的正弦波信号，通过正切量计算、反正切计算以及角度修正，能够生成旋转角度。
本发明提供的相位补偿方法，通过比较第一旋转角度和第二旋转角度，可以确定第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，第一旋转角度为基于正弦波信号和余弦波信号，通过实时地旋转角度计算所确定的旋转角度，第二旋转角度是磁编码器的寄存器所存储的旋转角度，两者之间的差异可以反映传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟程度，进而可以基于两者之间的差异周期性更新第一相位补偿值，进而在确定第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化的情况下，可以将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期(以便在后续的系统时钟周期分析第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异)之后，将当前的第一相位补偿值作为目标补偿相角，目标补偿相角可以用于补偿第一旋转角度，实现减小传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟，能够精准地获取实时位置信号。
下面对本发明提供的相位补偿装置进行描述，下文描述的相位补偿装置与上文描述的相位补偿方法可相互对应参照。
图7是本发明提供的相位补偿装置的结构示意图，如图7所示，所述装置应用于磁编码器，包括：旋转角度确定模块701和相位补偿模块702，所述旋转角度确定模块701的输出端与所述相位补偿模块702的输入端连接，其中：
所述旋转角度确定模块701，用于根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
所述相位补偿模块702，用于根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值；
在确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化的情况下，将所述第一旋转角度存入寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角，所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
本发明提供的相位补偿装置，通过比较第一旋转角度和第二旋转角度，可以确定第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，第一旋转角度为基于正弦波信号和余弦波信号，通过实时地旋转角度计算所确定的旋转角度，第二旋转角度是磁编码器的寄存器所存储的旋转角度，两者之间的差异可以反映传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟程度，进而可以基于两者之间的差异周期性更新第一相位补偿值，进而在确定第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化的情况下，可以将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期(以便在后续的系统时钟周期分析第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异)之后，将当前的第一相位补偿值作为目标补偿相角，目标补偿相角可以用于补偿第一旋转角度，实现减小传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟，能够精准地获取实时位置信号。
可选地，所述相位补偿模块702具体用于：
确定所述第一旋转角度和所述第二旋转角度之间的第一差值；
在本周期是首个周期的情况下，确定第二相位补偿值为0；或，在本周期非首个周期的情况下，获取所述磁编码器在上一个周期所记录的第二相位补偿值；
基于所述第二相位补偿值，更新所述第一相位补偿值；
对所述第一相位补偿值，进行二进制左移N位的乘法操作，确定第一变量；
确定所述第一变量和所述第一相位补偿值之间的第二差值；
基于所述第二差值，进行除以M并取整的操作，确定第二变量；
基于所述第一差值和所述第二变量，更新所述第二相位补偿值；
其中，所述N为4或5或6，所述M为2的N次方。
可选地，所述相位补偿模块702具体用于：
判断计数值是否大于预设数值；
若确定所述计数值大于所述预设数值，则确定所述磁编码器完成初始化；
所述计数值用于表示所述第一旋转角度发生更新的次数。
可选地，所述装置还包括加法模块，所述加法模块的第一输入端和所述相位补偿模块702的输出端连接，所述加法模块的第二输入端和所述旋转角度确定模块701的输出端连接，所述加法模块用于：
计算所述目标补偿相角和所述第一旋转角度的和值，并确定所述和值作为所述磁编码器的输出。
可选地，所述旋转角度确定模块701包括滤波单元和反正切计算单元，所述滤波单元的输出端与所述反正切计算单元的输入端连接，所述反正切计算单元的输出端为所述旋转角度确定模块701的输出端；
所述滤波单元，用于基于所述第一数字正弦波信号和所述第一数字余弦波信号，进行低通滤波，生成第二数字正弦波信号和第二数字余弦波信号；
所述反正切计算单元，用于基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过反正切计算，生成所述第一旋转角度并输出触发信号，所述触发信号用于指示所述第一旋转角度发生更新。
可选地，所述反正切计算单元具体用于：
基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过相除取绝对值的计算方式，获取正切量；
基于所述正切量，通过反正切计算，获取初始角度；
基于预设反正切修正表，修正所述初始角度，生成所述第一旋转角度；
所述预设反正切修正表用于将所述初始角度调整至0～2π。
可选地，图8是本发明提供的相位补偿装置的工作原理示意图，如图8所示，相位补偿装置包括旋转角度确定模块701、相位补偿模块702和加法模块703，旋转角度确定模块701包括滤波单元7011和反正切计算单元7012，滤波单元7011包括第一数字低通滤波器7013和第二数字低通滤波器7014，反正切计算单元7012和相位补偿模块702由系统时钟信号Clk控制。前级输入的数字信号Dig_sinθ(也即第一数字正弦波信号)经过第一数字低通滤波器7013处理后，输出至反正切计算单元7012的第一输入端，前级输入的数字信号Dig_cosθ(也即第一数字余弦波信号)经过第二数字低通滤波器7014处理后，输出至反正切计算单元7012的第二输入端。系统时钟信号输出至反正切计算单元7012的第三输入端和相位补偿模块702的第三输入端。反正切计算单元7012的第一输出端为反正切运算结果θ(也即第一旋转角度)，输出至加法模块703的第二输入端和相位补偿模块702的第一输入端，加法模块703的第一输入端和相位补偿模块702的输出端连接。反正切计算单元7012的第二输出端为使能信号θ_vaild，输出至相位补偿模块702的第二输入端。加法模块703计算avg_acc_out(也即目标补偿相角)和θ的和值θ_out，并确定和值作为磁编码器的输出。
可以理解的是，通过相位补偿模块702，自适应补偿上述数据处理过程中对位置解析引入的相位延迟，进而提高角度结算精度，提高系统的动态精确性，且本发明为自适应补偿系统对位置解析引入的相位延迟，无关系统本身产生相位延迟的原因，易于在各类基于反正切算法实现的磁编码器系统中移植实施。
本发明提供的相位补偿装置，通过比较第一旋转角度和第二旋转角度，可以确定第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异，第一旋转角度为基于正弦波信号和余弦波信号，通过实时地旋转角度计算所确定的旋转角度，第二旋转角度是磁编码器的寄存器所存储的旋转角度，两者之间的差异可以反映传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟程度，进而可以基于两者之间的差异周期性更新第一相位补偿值，进而在确定第一旋转角度发生更新且确定磁编码器完成初始化的情况下，可以将第一旋转角度存入寄存器以及等待一个系统时钟周期(以便在后续的系统时钟周期分析第一旋转角度和第二旋转角度之间的差异)之后，将当前的第一相位补偿值作为目标补偿相角，目标补偿相角可以用于补偿第一旋转角度，实现减小传感器输出结果和数据处理后的输出结果之间的相位延迟，能够精准地获取实时位置信号。
图9是本发明提供的磁编码器的结构示意图，如图9所示，该磁编码器可以包括：处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910可以调用存储器930中的逻辑指令，以执行相位补偿方法，例如该方法包括：
根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值；
若确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化，则将所述第一旋转角度存入寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角，所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
此外，上述的存储器930中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的相位补偿方法，例如该方法包括：
根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值；
若确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化，则将所述第一旋转角度存入寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角，所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的相位补偿方法，例如该方法包括：
根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值；
若确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化，则将所述第一旋转角度存入寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角，所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种相位补偿方法，其特征在于，应用于磁编码器，包括：
根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值；
若确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化，则将所述第一旋转角度存入寄存器，以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角，所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
2.根据权利要求1所述相位补偿方法，其特征在于，根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值，包括：
确定所述第一旋转角度和所述第二旋转角度之间的第一差值；
在本周期是首个周期的情况下，确定第二相位补偿值为0；或，在本周期非首个周期的情况下，获取所述磁编码器在上一个周期所记录的第二相位补偿值；
基于所述第二相位补偿值，更新所述第一相位补偿值；
对所述第一相位补偿值进行二进制左移N位的乘法操作，确定第一变量；
确定所述第一变量和所述第一相位补偿值之间的第二差值；
基于所述第二差值，进行除以M并取整的操作，确定第二变量；
基于所述第一差值和所述第二变量，更新所述第二相位补偿值；
其中，所述N为4或5或6，所述M为2的N次方。
3.根据权利要求1所述相位补偿方法，其特征在于，所述确定所述磁编码器完成初始化，包括：
判断计数值是否大于预设数值；
若确定所述计数值大于所述预设数值，则确定所述磁编码器完成初始化；
所述计数值用于表示所述第一旋转角度发生更新的次数。
4.根据权利要求1所述相位补偿方法，其特征在于，还包括：
计算所述目标补偿相角和所述第一旋转角度的和值，并确定所述和值作为所述磁编码器的输出。
5.根据权利要求1-4任一项所述相位补偿方法，其特征在于，所述根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度，包括：
基于所述第一数字正弦波信号和所述第一数字余弦波信号，进行低通滤波，生成第二数字正弦波信号和第二数字余弦波信号；
基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过反正切计算，生成所述第一旋转角度和触发信号，所述触发信号用于指示所述第一旋转角度发生更新。
6.根据权利要求5所述相位补偿方法，其特征在于，所述通过反正切计算，生成所述第一旋转角度，包括：
基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过相除取绝对值的计算方式，获取正切量；
基于所述正切量，通过反正切计算，获取初始角度；
基于预设反正切修正表，修正所述初始角度，生成所述第一旋转角度；
所述预设反正切修正表用于将所述初始角度调整至0～2π。
7.一种相位补偿装置，其特征在于，应用于磁编码器，包括：旋转角度确定模块和相位补偿模块，所述旋转角度确定模块的输出端与所述相位补偿模块的输入端连接；
所述旋转角度确定模块，用于根据系统时钟周期，基于所述磁编码器所采集到的第一数字正弦波信号和第一数字余弦波信号，获取第一旋转角度；
所述相位补偿模块，用于根据所述系统时钟周期，基于所述第一旋转角度和所述磁编码器预存储的第二旋转角度之间的差异，周期性更新第一相位补偿值；
在确定所述第一旋转角度发生更新且确定所述磁编码器完成初始化的情况下，将所述第一旋转角度存入寄存器以及等待一个所述系统时钟周期之后，确定所述第一相位补偿值作为目标补偿相角；所述目标补偿相角用于补偿所述第一旋转角度。
8.根据权利要求7所述相位补偿装置，其特征在于，还包括加法模块，所述加法模块的第一输入端和所述相位补偿模块的输出端连接，所述加法模块的第二输入端和所述旋转角度确定模块的输出端连接，所述加法模块用于：
计算所述目标补偿相角和所述第一旋转角度的和值，并确定所述和值作为所述磁编码器的输出。
9.根据权利要求8所述相位补偿装置，其特征在于，所述旋转角度确定模块包括滤波单元和反正切计算单元，所述滤波单元的输出端与所述反正切计算单元的输入端连接，所述反正切计算单元的输出端为所述旋转角度确定模块的输出端；
所述滤波单元，用于基于所述第一数字正弦波信号和所述第一数字余弦波信号，进行低通滤波，生成第二数字正弦波信号和第二数字余弦波信号；
所述反正切计算单元，用于基于所述第二数字正弦波信号和所述第二数字余弦波信号，通过反正切计算，生成所述第一旋转角度和触发信号，所述触发信号用于指示所述第一旋转角度发生更新。
10.一种磁编码器，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述相位补偿方法。
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