CN116662731B - 信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于对磁场信号或光学信号进行检测处理的技术领域，信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统，方法包括：建立表征输入信号与输出信号的坐标曲线图，针对坐标曲线图建立输入值等距四个参考点：n1、n0、p0、p1，该四个参考点分别对应的输入值为：Xr(n‑1)、Xr(n)、Xr(n+1)、Xr(n+2)，输出值为：Yr(n‑1)、Yr(n)、Yr(n+1)、Yr(n+2)，在参考点n0和p0之间找到两个锚点B点和C点，其中n0标记为A，p0标记为D，获取传感器来的信号的输入值Xin，令：及Rout=rn+t(rp‑rn)，对式子Rout=rn+t(rp‑rn)进行六次复用，得到输入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的输出值。本发明基于贝塞尔曲线插值算法，提高插值精度，采用高效的数值计算方法，实现了在多点数据插值拟合方面的应用。

Description

信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统
技术领域
本发明属于对磁场信号或光学信号进行检测处理的技术领域，更具体地说，是涉及一种基于贝塞尔曲线插值算法非线性修正的信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统。
背景技术
插值算法是一种数值分析方法，用于在有限数量的数据点之间插值或外推函数的值。下面是差值算法的一般要求：
数据点的间距相等，插值算法通常要求在相邻的数据点之间间距相等。这样可以简化计算，并且结果更加准确。
要求数据点数量足够：为了得到准确的插值结果，必须保证有足够的数据点。数据点的数量应该足够多，以确保插值函数与原函数之间的误差最小。
要求数据点满足一定的分布规律：如果数据点是随机分布的，那么使用差值算法可能会得到较差的结果。因此，数据点的分布应该满足一定的规律，例如等间距分布。
要求插值函数具有足够的连续性光滑性：插值函数具有足够的光滑性通常指的是插值函数在数据点之间具有一定的导数连续性和平滑性，即插值函数的一阶导数和二阶导数存在且连续。
如果插值函数不光滑，则可能导致插值结果的精度不够高，例如可能出现插值函数在数据点之间出现跳跃或震荡等现象，这些现象通常是不符合实际情况的。为了确保插值函数具有足够的光滑性，可以使用一些具有光滑性质的插值方法，例如样条插值方法。此外，对于非光滑的数据，也可以使用局部加权回归等方法来进行插值处理。在数学上，插值函数的光滑性可以用函数的导数的连续性和平滑性来描述，这通常可以通过求解插值函数的高阶导数来实现。
因此，亟需一种基于贝塞尔曲线插值算法的非线性修正的信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于贝塞尔曲线插值算法的非线性修正的信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：
第一方面，提供一种信号拟合方法，对传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出值，其特征在于，包括如下步骤：
建立用于表征输入信号与输出信号的坐标曲线图，其中，横坐标用于表征所述输入信号的输入值，纵坐标用于表征所述输出信号的输出值；
针对所述坐标曲线图建立输入值等距的至少四个参考点：n1、n0、p0、p1，该四个参考点分别对应的输入值为：Xr(n-1)、Xr(n)、Xr(n+1)、Xr(n+2)，该四个参考点分别对应的输出值为：Yr(n-1)、Yr(n)、Yr(n+1)、Yr(n+2)，且相邻两个参考点的输入差值为：T=Xr(n+1)- Xr(n)；
对n0至p0之间的坐标曲线进行拟合：
在参考点n0和p0之间找到两个锚点B点和C点，其中n0标记为A，p0标记为D；
令A点的输入值为XA，锚点B的输入值为XB，锚点C的输入值为XC，D点的输入值为XD，A点的输出值为YA，锚点B的输出值为YB，锚点C的输出值为YC，D点的输出值为YD，其中：
YB=YA+ (1)；
YC=YD- (2)；
其中，N的取值为通过赋值得到；
获取传感器来的信号的输入值Xin，且当Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)时进行拟合，并输出Rout，令：
(3)；
令：
Rout=rn+t(rp - rn) (4)；
第一次复用式子(4)：
输入rn =YA，rp =YB，输出Rout1 =YAB；和/或，
第二次复用上述式子(4)：
输入rn = YB，rp =YC，输出Rout2 =YBC；和/或，
第三次复用上述式子(4)：
输入rn =YC，rp =YD，输出Rout3 =YCD；和/或，
第四次复用上述式子(4)：
输入rn =YAB，rp =YBC，输出Rout4 =YABC；和/或，
第五次复用上述式子(4)：
输入rn =YBC，rp =YCD，输出Rout5 =YBCD；和/或，
第六次复用上述式子(4)：
输入rn =YABC，rp =YBCD，输出Rout6 =Yout；
如此得到输入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的输出值。
所述第一次复用上述式子(4)：具体是在线段AB上复用上述式子(4)，找到E点，输出YAB=YE；
所述第二次复用上述式子(4)：具体是在线段BC上复用上述式子(4)，找到F点，输出YBC=YF；
所述第三次复用上述式子(4)：具体是在线段CD上复用上述式子(4)，找到G点，输出YCD=YG；
所述第四次复用上述式子(4)：具体是在线段EF上复用上述式子(4)，找到H点，输出YABC =YEF=YH；
所述第五次复用上述式子(4)：具体是在线段FG上复用上述式子(4)，找到I点，输出YBCD =YFG=YI；
所述第六次复用上述式子(4)：具体是在线段HI上复用上述式子(4)，找到J点，输出Yout =YHI=YJ；
还包括输出拟合后的信号曲线的方法，即依次连接点AEHJIGD得到输入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的信号曲线。
N的取值为大于2的自然数。
还包括获取B点输入值XB的步骤：
过n0点，做直线n1p0的平行线，并在平行线上取B点，且B点的输入值XB：
(XB- Xr(n))：(Xr(n+1)- XB)=1：m (5)；
还包括获取C点输入值XC的步骤：
过p0点，做直线n0p1的平行线，并在平行线上取C点，且C点的输入值XC：
(XC- Xr(n))：(Xr(n+1)- XC)=m：1 (6)；
以上通过上述式子(3)和(4)可得出XB和XC的输入值；
其中，m为反应系数。
m的取值为2M-1， M为自然数。
所述第一次复用上述式子(4)，具体是在所述第一滤波器上实现的；
所述第二次复用上述式子(4)，具体是在所述第二滤波器上实现的；
所述第三次复用上述式子(4)，具体是在所述第三滤波器上实现的；
所述第四次复用上述式子(4)，具体是在所述第四滤波器上实现的；
所述第五次复用上述式子(4)，具体是在所述第五滤波器上实现的；
所述第六次复用上述式子(4)，具体是在所述第六滤波器上实现的。
还包括四点计算器，通过所述四点计算器计算第一控制点YA、第二控制点YD、第一锚点YB及第二锚点YC的值，其中，将参考点n0和p0，分别定义为第一控制点YA及第二控制点YD，并通过所述第一控制点YA、第二控制点YD的值及式子(1)和(2)分别计算所述第一锚点YB及第二锚点YC的值。
所述四点计算器获取传感器来的信号Xin，并判断Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)是否成立，如成立，则进行拟合。
所述第一滤波器的算法为：Rout1=YA+t(YB- YA)= YAB；
所述第二滤波器的算法为：Rout2=YB+t(YC- YB) = YBC；
所述第三滤波器的算法为：Rout3=YC+t(YD- YC) = YCD；
所述第四滤波器的算法为：Rout4=YAB+t(YBC- YAB) = YABC；
所述第五滤波器的算法为：Rout5=YBC+t(YCD- YBC) = YBCD；
所述第六滤波器的算法为：Rout6=YABC+t(YBCD- YABC) = YOUT。
第二方面，本发明提供的技术方案为，提供一种磁性编码器，包括：
所述磁性编码器包括磁性传感器和信号处理电路，信号处理电路根据所述的信号拟合方法对磁性传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，且所述输出信号用于计算可产生磁场的转动件相对于磁性传感器转动的角度。
第三方面，本发明提供的技术方案为，提供一种光学编码器，包括：
所述光学编码器包括光学传感器和信号处理电路，信号处理电路根据所述的信号拟合方法，并用于对传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，且所述输出信号用于计算转动件相对于光学传感器转动的角度。
第四方面，本发明提供的技术方案为，提供一种控制系统，包括：
所述控制系统包括磁性编码器及控制器，所述磁性编码器包括磁性传感器和信号处理电路，信号处理电路根据所述的信号拟合方法对磁性传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，并输出给所述控制器，所述控制器根据所述输出信号执行相关动作。
与现有技术相比，本发明信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统的有益效果，能够通过贝塞尔曲线插值算法提高插值精度，降低计算量，采用高效的数值计算方法，实现了在多点数据插值拟合方面的应用。本发明可广泛应用于各种芯片实现的领域。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1所示为输入信号和输出信号的逻辑原理图。
图2所示为输入信号与输出信号的坐标曲线图。
图3a所示为在坐标曲线1上找E、F、G点的示意图。
图3b所示为通过E、F、G点找到H、I点，再通过H、I点找到J点的示意图。
图4所示为本发明的滤波器同步计算的结构示意图。
图5所示为本发明的滤波器异步计算的结构示意图。
图6所示为磁性编码器的结构示意图。
图7所示为光学编码器的结构示意图。
图8所示为控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
在下文中，若在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，若本发明涉及到术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
本发明提出了一种信号拟合方法、磁性编码器、光学编码器及控制系统，其中，磁性编码器，其包括磁性传感器和信号处理电路，所述磁性传感器检测由所述磁性传感器与磁介质之间的相对运动而在所述磁性传感器处产生的变化磁场，并输出表征磁场的第一分量信号和第二分量信号，所述信号处理电路根据信号误差修调方法计算磁介质相对于所述磁性传感器转动的角度θ。在一些示例中，第一分量信号和第二分量信号分别是正弦信号和余弦信号，或者第一分量信号和第二分量信号分别是余弦信号和正弦信号。作为示例，本发明的磁性编码器的结构和基本原理亦可参考专利文献CN114216486A公开的磁性编码器。
磁介质可以是可产生磁场的任何磁性材料，例如磁铁。磁介质可以作为转动件的一个示例。
磁性编码器通过磁性传感器检测变化的磁信号，并且将检测的磁信号提供给信号处理电路。磁性传感器可以是磁阻效应传感器、霍尔效应传感器等能够检测变化的磁信号的磁性编码器。磁性传感器可以呈现为封装好的芯片，也可以呈现为芯片内部的结构。在一些示例中，磁性传感器和信号处理电路可以一起集成于同一个芯片，而该芯片可称为磁性编码器，简称磁编。在另一些示例中，磁性编码器可以呈现为PCBA，而磁性传感器和信号处理电路为该PCBA上的电路器件。
本发明提供的磁性传感器可参考专利文献CN114459511A的图4所公开的电路结构，其通过两个惠斯通电桥分别输出第一分量信号和第二分量信号。
也可参考专利文献CN114216486A的图1、图2和图3及其对应的说明书内容来理解本发明提供的磁性传感器和磁性编码器。
需要说明的是，参考图2，图2所示为输入值与输出值的坐标曲线图。本发明中，横坐标表示为磁性传感器的输入值，纵坐标表示为磁性传感器的其中一个输出值，即是可以表示为上文描述的第一分量信号或者第二分量信号。本文的主旨是能够基于贝塞尔曲线插值算法而对传感器的第一分量信号和/或第二分量信号进行拟合，得到拟合后的输出信号。
本发明提出了一种光学编码器，其包括光学传感器和信号处理电路，信号处理电路根据信号误差修调方法计算转动件相对于光学传感器转动的角度。所述光学编码器的结构和布置方式可参考本发明提供的磁性编码器的方案，也可参考现有的通常与伺服电机配套使用的光编码器的方案。
为了获得优异的运算速度，本发明的一个实施例应用了硬件描述语言，所述信号拟合方法可以通过硬件描述语言实现数据的运算。可以理解的是，所述信号拟合方法也可以通过其他方式来实现数据的运算。本发明应用的硬件描述语言可以是VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)，也可以是Verilog HDL 、SystemVerilog、SystemC等其它硬件描述语言(HDL)。与微处理器MCU相比，硬件描述语言具有运算速度快的显著优点。就数学计算而言，硬件描述语言实现加法和减法的计算速度是非常快的，但实现复杂的乘法或除法的计算速度较慢，其中除法的计算速度又慢于乘法，所以本发明尽量避免复杂的除法计算。此外值得注意的是，硬件描述语言在计算时，2的指数次幂的乘除法使用移位运算来实现，所以2的指数次幂的乘除法的计算速度也是比较快的。
参考图1，本发明实施例公开的是一种信号拟合方法，对传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，而得到拟合后的输出信号。首先对本发明所需要用的数据的预先准备：
传感器来的输入信号或者说输入数据(即传感器输出的数据)，和实际的数据会有非线性误差，两者需要通过查表格得到对应值，这是本领域技术人员所公知的；
参考图2，将X表示传感器来的输入信号，该输入信号包括线性误差，将该输入信号进行拟合，去除线性误差得到最接近真实值的Y。
而由于表格存储数据是有限的，所以我们可以通过拟合系统(实现本发明信号拟合方法的系统)，在一定数据范围内，每隔相同步长取得有限N对(输入与输出)参考数据X[1:N]→Y[1:N]，存在芯片内部，即对数据进行插值，这N对数据的步长为T，下文会以T=Xr(n+1)- Xr(n)实施例来对本发明的技术方案进行说明。
当拟合系统当前的输入信号Xin满足Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)时，通过临近四个参考点拟合出一个接近真实的数值Xout。
下面对本发明进行详细说明：
参考图1和2，本发明实施例提供一种信号拟合方法，对传感器1来的输入信号在拟合系统2基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号。具体地，参考图2，图2所示为输入信号与输出信号的坐标曲线图，坐标曲线1是还没通过本发明公开的信号拟合方法拟合前的信号曲线，而信号曲线2表示经过拟合后的信号曲线。
需要说明的是，图1中拟合系统2的作用是执行本发明公开的信号拟合方法，信号拟合系统2连接在传感器1的后面，对传感器来的输入信号进行基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，例如可以是磁性编码器、光学编码器等等。
如图2所示，坐标曲线1中B点和C点具有明显的拐角而不够光滑，是明显不符合磁性传感器转动角度θ的实际变化趋势的，因此需要对其进行基于贝塞尔曲线插值算法拟合，使得传感器的输出更加符合磁性传感器转动角度θ的实际变化趋势。
参考图2，本发明实施例提供的信号拟合方法包括如下步骤：
建立用于表征输入信号与输出信号的坐标曲线图，其中，横坐标用于表征所述输入信号的输入值，纵坐标用于表征所述输出信号的输出值；
具体到图2，横坐标X轴表示信号处理电路的输入值，而纵坐标Y轴则表示信号处理电路的输出值。
针对所述坐标曲线图建立输入值等距的至少四个参考点：n1、n0、p0、p1，该四个参考点分别对应的输入值为：Xr(n-1)、Xr(n)、Xr(n+1)、Xr(n+2)，该四个参考点分别对应的输出值为：Yr(n-1)、Yr(n)、Yr(n+1)、Yr(n+2)，且相邻两个参考点的输入差值为：T=Xr(n+1)- Xr(n)；
需要说明的是，该四个参考点的输入值：Xr(n-1)、Xr(n)、Xr(n+1)、Xr(n+2)，对应的输出值：Yr(n-1)、Yr(n)、Yr(n+1)、Yr(n+2)是可以通过查表格得到的。
需要说明的是，上述四个参考点中，参考点n0和p0两个点限定了坐标曲线1的输入值在Xr(n)、Xr(n+1)之间，本实施例示例性地对曲线1(图2中的虚线)的输入值在Xr(n)、Xr(n+1)之间的部分曲线进行拟合，以相应地得到输入值在Xr(n)、Xr(n+1)之间的信号曲线2(图2中的实线)的部分曲线。
而需要说明的是，坐标曲线1 中输入值在Xr(n)、Xr(n+1)之外的部分，亦参考该部分的拟合方法，即可完成曲线1中输入值在Xr(n)、Xr(n+1)之外的部分曲线的拟合，而得到相应的拟合后的曲线，即是输入值在Xr(n)、Xr(n+1)之外的信号曲线2的部分曲线。
上文中提到，磁性传感器一般输出两个分量信号，即第一分量信号和第二分量信号，本文中的坐标曲线1可以表征磁性传感器所输出的第一分量信号或表征第二分量信号，当磁性传感器输出的分量信号出现如上文说的具有明显的拐角而不够光滑，明显不符合磁性传感器转动角度θ的实际变化趋势时，可以通过本发明公开的信号拟合方法，以对磁性传感器的第一分量信号和/或第二分量信号进行拟合，得到拟合后的输出，即得到信号曲线2的光滑曲线。
参考图2，在参考点n0和p0之间找到两个锚点B点和C点，其中n0标记为A，p0标记为D，且AB、BC、CD为三段线段。
需要说明的是，锚点B和C即是通过插值得到，需要通过以下的函数来对锚点B和C的坐标值是不能通过查表得到的，即锚点B和C的X值和Y值进行计算。
令A的输入值为Xr(n)=XA，锚点B的输入值为XB，锚点C的输入值为XC，D的输入值为Xr(n+1)=XD，A点的输出值为Yr(n)=YA，锚点B的输出值为YB，锚点C的输出值为YC，D点的输出值为Yr(n+1)=YD，其中：
YB=YA+ (1)；
YC=YD- (2)；
由式子(1)可得到：
YB=YA+ =Yr(n)+ /> (1a)；
由式子(2)可得到：
YC=YD- = Yr(n+1)- /> (1b)；
从上述式子(1)及(1a)，(2)及(2a)，结合图2可以计算出YB和YC。
其中，N的取值为通过赋值得到；
较佳者，N的取值为大于等于2自然数，也即是N的取值可以是2、4、5、6等等。
获取传感器来的信号的输入值Xin，且当Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)时进行拟合，并输出Rout，令：
(3)；
令：
Rout=rn+t(rp– rn) (4)；
具体地，传感器例如是磁性传感器来的信号的输入值Xin进行判断，当Xin的范围符合Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)时进行拟合：
第一次复用上述式子(4)：
输入rn =YA，rp =YB，输出Rout1 =YAB，具体地：
Rout1=rn+t(rp– rn)= YA+t(YB-YA)=YAB，在该式子中， YA是查表获得的，YB是通过式子(1)计算出来的，如此能够将YAB计算出来。
第二次复用上述式子(4)：
输入rn = YB，rp =YC，输出Rout2 =YBC，具体地：
Rout2=rn+t(rp– rn)= YB+t(YC-YB)=YBC，在该式子中，YB和YC分别是通过式子(1)和(2)计算出来的，如此能够将YBC计算出来。
第三次复用上述式子(4)：
输入rn =YC，rp =YD，输出Rout3 =YCD，具体地：
Rout3=rC+t(rp– rn)= YC+t(YD-YC)=YCD，在该式子中，YD是查表获得的，YC是通过式子(2)计算出来的，如此能够将YCD计算出来。
第四次复用上述式子(4)：
输入rn =YAB，rp =YBC，输出Rout4 =YABC，具体地：
Rout4=rn+t(rp– rn)= YAB+t(YBC-YAB)，由于YAB、YBC分别是在第一次复用及第二次复用时计算出来的因此能够将Rout4 =YABC计算出来。
第五次复用上述式子(4)：
输入rn =YBC，rp =YCD，输出Rout5 =YBCD，具体地：
Rout5=rn+t(rp– rn)= YBC+t(YCD-YBC)，由于YBC、YCD分别是在第二次复用及第三次复用时计算出来的，因此能够将Rout5 =YBCD计算出来。
第六次复用上述式子(4)：
输入rn =YABC，rp =YBCD，输出Rout6 =Yout，具体地：
Rout6=rn+t(rp– rn)= YABC+t(YBCD-YABC)，由于YABC、YBCD分别是在第四次复用及第五次复用时计算出来的，因此能够将Rout =YOUT计算出来。
如此得到输入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的输出值。
其中上文中，为了更好地进行区分，分别用：Rout1、Rout2、Rout3、Rout4、Rout5、Rout6来表示第一、二、三、四、五、六次复用上述式子(4)后输出的结果。
一个实施例中，参考图3a、3b，所述第一次复用上述式子(4)： 具体是在线段AB上复用上述式子(4)，找到E点，输出YAB=YE：
具体地，在线段AB上第一次复用上述式子(4)，找到E点：
输入rn =YA，rp=YB，输出Rout 1= YAB=YE；
Rout1=YA +t(YB - YA) = YE；
即是，用YA、YB的值来替代rn和rp，进而通过式子(4)来进行计算，得到输出Rout1 =YE，即找到如图3a所示的E点所在的位置。
一个实施例中，所述第二次复用上述式子(4)：具体是在线段BC上复用上述式子(4)，找到F点，输出YBC=YF：
在线段BC上第二次复用上述式子(4)，找到F点；
输入rn =YB，rp=YC，输出Rout2 =YF；
Rout2= YB +t(YC – YB) = YF；
即是，用YB、YC的值来替代rn和rp，进而通过式子(4)来进行计算，得到输出Rout2 =YF，即找到如图3a所示的F点所在的位置。
一个实施例中，所述第三次复用上述式子(4)：具体是在线段CD上复用上述式子(4)，找到G点，输出YCD=YG：
在线段CD上第三次复用上述式子(4)，找到G点；
输入rn =YC，rp=YD，输出Rout3 =YG；
Rout3= YC +t(YD – YC) = YG；
即是，用YC、YD的值来替代rn和rp，进而通过式子(4)来进行计算，得到输出Rout3 =YG，即找到如图3a所示的G点所在的位置。
一个实施例中，所述第四次复用上述式子(4)：具体是在线段EF上复用上述式子(4)，找到H点，输出YABC =YEF=YH：
在线段EF上第四次复用上述式子(4)，找到H点；
输入rn =YE，rp=YF，输出Rout4 =YH；
Rout4= YE +t(YF – YE) = YH；
即是，用YE、YF的值来替代rn和rp，进而通过式子(4)来进行计算，得到输出Rout4 =YH，即找到如图3b所示的H点所在的位置。
一个实施例中，所述第五次复用上述式子(4)：具体是在线段FG上复用上述式子(4)，找到I点，输出YBCD =YFG=YI：
在线段FG上第五次复用上述式子(4)，找到I点；
输入rn =YF，rp=YG，输出Rout5 =YI；
Rout5= YF +t(YG – YF) = YI；
即是，用YF、YG的值来替代rn和rp，进而通过式子(4)来进行计算，得到输出Rout5 =YI，即找到如图3b所示的I点所在的位置。
一个实施例中，所述第六次复用上述式子(4)：具体是在线段HI上复用上述式子(4)，找到J点，输出Yout =YHI=YJ：
在线段HI上第六次复用上述式子(4)，找到J点；
输入rn =YH，rp=YI，输出Rout6 =YJ；
Rout6= YH +t(YI – YH) = YJ；
即是，用YH、YI的值来替代rn和rp，进而通过式子(4)来进行计算，得到输出Rout6 =YJ，即找到如图3b所示的J点所在的位置。
如此，得到入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的输出值。
一个实施例中，参考图2、3a、3b，连接点AEHJIGD得到输入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的信号曲线，即是如图2中的信号曲线2所示的曲线，信号曲线2足够光滑，更加符合磁性传感器所输出的准确度更高的信号曲线。
因此，上述实施例中，通过给出四个等距的参考点：n1、n0、p0、p1，该四个参考点分别对应的输入值为：Xr(n-1)、Xr(n)、Xr(n+1)、Xr(n+2)，在通过拟合后，将位于n0和p0之间的坐标曲线1拟合成信号曲线2。
参考图3a、3b、4所示的实施例中，所述在线段AB上第一次复用上述式子(4)，找到E点，具体是在所述第一滤波器a1上实现的，所述第一滤波器a1的输出为YE；
所述在线段BC上第二次复用上述式子(4)，找到F点，具体是在所述第二滤波器a2上实现的，所述第二滤波器a2的输出为YF；
所述在线段CD上第三次复用上述式子(4)，找到G点，具体是在所述第三滤波器a3上实现的，所述第三滤波器a3的输出为YG；
所述在线段EF上第四次复用上述式子(4)，找到H点，具体是在所述第四滤波器a4上实现的，所述第四滤波器a4的输出为YH；
所述在线段FG上第五次复用上述式子(4)，找到I点，具体是在所述第五滤波器a5上实现的，所述第五滤波器a5的输出为YI；
所述在线段HI上第六次复用上述式子(4)，找到J点，具体是在所述第六滤波器a6上实现的，所述第六滤波器a6的输出为YJ。
参考图4所示，所述第一滤波器a1、第二滤波器a2、第三滤波器a3是可以同步计算的，并同时输出YE、YF、YG，接下来第四滤波器a4和第五滤波器a5亦是可以的同步计算的，并同时输出YH、YI，而第六滤波器a6则在最后一步计算并输出YJ。如此，该六个滤波器a6可以最快可以分三步即可计算完成，如此计算速度快，效率高。
参考图4所示的实施例中，还包括四点计算器10，通过所述四点计算器10计算第一控制点YA、第二控制点YD、第一锚点YB及第二锚点YC的值，其中，将参考点n0和p0，定义为第一控制点YA及第二控制点YD，并通过所述第一控制点YA、第二控制点YD的值及式子(1)和(2)计算所述第一锚点YC及第二锚点YD的值。
需要说明的是，第一控制点YA、第二控制点YD、第一锚点YB及第二锚点YC的值，即YA、YB、YC、YD，第一控制点YA、第二控制点YD的值为通过查表得到，而过n0点，做直线n1p0的平行线，并在平行线上取B点，且B点的值为YB，过p0点，做直线n0p1的平行线，并在平行线上取C点，且C点的值为YC。上文已经描述过，YB、YC的值是可以通过式子(1)、(2)计算得到。
本发明的实施例，还公开了获取B点输入值XB的步骤：
过n0点，做直线n1p0的平行线，并在平行线上取B点，且B点的输入值XB：
(XB- Xr(n))：(Xr(n+1)- XB)=1:m (5)；
本发明的实施例，还公开了获取C点输入值XC的步骤：
过p0点，做直线n0p1的平行线，并在平行线上取C点，且C点的输入值XC：
(XC- Xr(n))：(Xr(n+1)- XC)=m:1 (6)；
以上通过上述式子(5)和(6)可得出XB和XC的输入值；
其中，m为反应系数。
m的取值为2M-1， M为自然数。
参考图3a、3b、4所示的实施例中，所述四点计算器10获取传感器来的信号Xin，并判断Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)是否成立，如成立，则进行拟合：
所述第一滤波器a1的算法为：Rout1=YA+t(YB- YA)=YAB=YE；
所述第二滤波器a2的算法为：Rout2=YB+t(YC- YB)=YBC=YF；
所述第三滤波器a3的算法为：Rout3=YC+t(YD- YC)=YCD=YG；
所述第四滤波器a4的算法为：Rout4=YE+t(YF- YE)=YABC=YH；
所述第五滤波器a5的算法为：Rout5=YF+t(YG- YF)=YBCD=YI；
所述第六滤波器a6的算法为：Rout6=YH+t(YI- YH) =YJ。
通过上述算法，t为通过预先赋值，由此可以便于数字电路的计算，提高数据处理效率。
一个实施例中，参考图5，图5所示为本发明的滤波器异步计算的结构示意图。
图4所示各个滤波器a1～a6是可以实现同步步计算，图5所示为给出一个滤波器a1，只需要一个滤波器a1，依靠该滤波器a1实现异步计算。
图5所示中，本实施例公开的技术方案，同样包括一四点计算器10，还包括一寄存器20，一个滤波器a1、控制器30，Rout表示滤波器a1每次滤波计算的输出，Yout表示滤波器a1最终的输出。即是在图5所示中的滤波器a1每次的计算原理与图4所示的滤波器a1-a6的6六次的计算的原理相同，只不过图5所示的技术方案，滤波器a1是分六步来进行计算完成，控制器30则用于控制四点计算器10、寄存器20、滤波器a1工作，四点计算器10计算输出YA、YB、YC、YD，将存储于寄存器20内，滤波器a1每次计算完成需要所述寄存器20来进行寄存，并对寄存器20所寄存的数据及性能更新，其是一个异步的计算过程。图5所示的技术方案的计算速度将比图4所示的技术方案的计算速度慢，但是成本更低，价格便宜。
参考图6，本发明提供的技术方案为，提供一种磁性编码器100，包括：
所述磁性编码器100包括磁性传感器100a和信号处理电路100b，信号处理电路100b根据所述的信号拟合方法对磁性传感器100a来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，且所述输出信号用于计算可产生磁场的转动件相对于磁性传感器100a转动的角度。
参考图7，本发明提供的技术方案为，提供一种光学编码器200，包括：
所述光学编码器200包括光学传感器200a和信号处理电路200b，信号处理电路200b根据所述的信号拟合方法，并用于对传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，且所述输出信号用于计算转动件相对于光学传感器转动的角度。
参考图8，本发明提供的技术方案为，提供一种控制系统300，包括：
所述控制系统300包括磁性编码器301及控制器302，所述磁性编码器301包括磁性传感器301a和信号处理电路301b，信号处理电路301b根据所述的信号拟合方法对磁性传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，并输出给所述控制器302，所述控制器302根据所述输出信号执行相关动作。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种信号拟合方法，其特征在于，对传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出值，包括如下步骤：
建立用于表征输入信号与输出信号的坐标曲线图，其中，横坐标用于表征所述输入信号的输入值，纵坐标用于表征所述输出信号的输出值；
针对所述坐标曲线图建立输入值等距的至少四个参考点：n1、n0、p0、p1，该四个参考点分别对应的输入值为：Xr(n-1)、Xr(n)、Xr(n+1)、Xr(n+2)，该四个参考点分别对应的输出值为：Yr(n-1)、Yr(n)、Yr(n+1)、Yr(n+2)，且相邻两个参考点的输入差值为：T=Xr(n+1)- Xr(n)；
对n0至p0之间的坐标曲线进行拟合：
在参考点n0和p0之间找到两个锚点B点和C点，其中n0标记为A，p0标记为D；
令A点的输入值为XA，锚点B的输入值为XB，锚点C的输入值为XC，D点的输入值为XD，A点的输出值为YA，锚点B的输出值为YB，锚点C的输出值为YC，D点的输出值为YD，其中：
(1)；
(2)；
其中，N的取值为通过赋值得到，N的取值为大于2的自然数；
获取传感器来的信号的输入值Xin，且当Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)时进行拟合，并输出Rout，令：
(3)；
令：
Rout=rn+t(rp - rn) (4)；
第一次复用式子(4)：
输入rn =YA，rp =YB，输出Rout1 =YAB；
第二次复用上述式子(4)：
输入rn = YB，rp =YC，输出Rout2 =YBC；
第三次复用上述式子(4)：
输入rn =YC，rp =YD，输出Rout3 =YCD；
第四次复用上述式子(4)：
输入rn =YAB，rp =YBC，输出Rout4 =YABC；
第五次复用上述式子(4)：
输入rn =YBC，rp =YCD，输出Rout5 =YBCD；
第六次复用上述式子(4)：
输入rn =YABC，rp =YBCD，输出Rout6 =Yout；
如此得到输入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的输出值。
2.如权利要求1所述的信号拟合方法，其特征在于，
所述第一次复用上述式子(4)：具体是在线段AB上复用上述式子(4)，找到E点，输出YAB=YE；
所述第二次复用上述式子(4)：具体是在线段BC上复用上述式子(4)，找到F点，输出YBC=YF；
所述第三次复用上述式子(4)：具体是在线段CD上复用上述式子(4)，找到G点，输出YCD=YG；
所述第四次复用上述式子(4)： 具体是在线段EF上复用上述式子(4)，找到H点，输出YABC =YEF=YH；
所述第五次复用上述式子(4)：具体是在线段FG上复用上述式子(4)，找到I点，输出YBCD=YFG=YI；
所述第六次复用上述式子(4)：具体是在线段HI上复用上述式子(4)，找到J点，输出Yout=YHI=YJ。
3.如权利要求2所述的信号拟合方法，其特征在于，还包括输出拟合后的信号曲线的方法，即依次连接点AEHJIGD得到输入值为Xr(n)、Xr(n+1)之间的拟合后的信号曲线。
4.如权利要求1～3任一项所述的信号拟合方法，其特征在于，
还包括获取B点输入值XB的步骤：
过n0点，做直线n1p0的平行线，并在平行线上取B点，且B点的输入值XB：
(XB- Xr(n))：(Xr(n+1)- XB)=1:m (5)；
还包括获取C点输入值XC的步骤：
过p0点，做直线n0p1的平行线，并在平行线上取C点，且C点的输入值XC：
(XC- Xr(n))：(Xr(n+1)- XC)=m:1 (6)；
以上通过上述式子(3)和(4)可得出XB和XC的输入值；
其中，m为反应系数，m的取值为2M-1， M为自然数。
5.如权利要求1或2所述的信号拟合方法，其特征在于：
所述第一次复用上述式子(4)，具体是在第一滤波器上实现的；
所述第二次复用上述式子(4)，具体是在第二滤波器上实现的；
所述第三次复用上述式子(4)，具体是在第三滤波器上实现的；
所述第四次复用上述式子(4)，具体是在第四滤波器上实现的；
所述第五次复用上述式子(4)，具体是在第五滤波器上实现的；
所述第六次复用上述式子(4)，具体是在第六滤波器上实现的。
6.如权利要求1～3任一项所述的信号拟合方法，其特征在于，还包括四点计算器，通过所述四点计算器计算第一控制点YA、第二控制点YD、第一锚点YB及第二锚点YC的值，其中，将参考点n0和p0，分别定义为第一控制点YA及第二控制点YD，并通过所述第一控制点YA、第二控制点YD的值及式子(1)和(2)分别计算所述第一锚点YB及第二锚点YC的值。
7.如权利要求6所述的信号拟合方法，其特征在于，所述四点计算器获取传感器来的信号Xin，并判断Xr(n)≤Xin＜Xr(n+1)是否成立，如成立，则进行拟合。
8.如权利要求5所述的信号拟合方法，其特征在于，
所述第一滤波器的算法为：Rout1=YA+t(YB- YA)= YAB；
所述第二滤波器的算法为：Rout2=YB+t(YC- YB) = YBC；
所述第三滤波器的算法为：Rout3=YC+t(YD- YC) = YCD；
所述第四滤波器的算法为：Rout4=YAB+t(YBC- YAB) = YABC；
所述第五滤波器的算法为：Rout5=YBC+t(YCD- YBC) = YBCD；
所述第六滤波器的算法为：Rout6=YABC+t(YBCD- YABC) = YOUT。
9.一种磁性编码器，其特征在于，包括：
所述磁性编码器包括磁性传感器和信号处理电路，信号处理电路根据权利要求1～8任一项所述的信号拟合方法对磁性传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，且所述输出信号用于计算可产生磁场的转动件相对于磁性传感器转动的角度。
10.一种光学编码器，其特征在于，包括：
所述光学编码器包括光学传感器和信号处理电路，信号处理电路根据权利要求1～8任一项所述的信号拟合方法，并用于对传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，且所述输出信号用于计算转动件相对于光学传感器转动的角度。
11.一种控制系统，其特征在于，包括：
所述控制系统包括磁性编码器及控制器，所述磁性编码器包括磁性传感器和信号处理电路，信号处理电路根据权利要求1～8任一项所述的信号拟合方法对磁性传感器来的输入信号基于贝塞尔曲线插值算法而进行拟合，得到拟合后的输出信号，并输出给所述控制器，所述控制器根据所述输出信号执行相关动作。
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