CN117249846B - 一种编码器预解码处理方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种编码器预解码处理方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种编码器预解码处理方法、系统及存储介质，包括获取目标编码器的输出信息，同步生成标准时钟信号，区分目标编码器的类型；若为增量式编码器，获取A相脉冲波形和B相脉冲波形，提取A相脉冲波形和B相脉冲波形在标准时钟信号下的上升沿和下降沿并进行滤波；根据A相脉冲波形和B相脉冲波形的上升沿/下降沿的相位差，得到增量式编码器的实时预解码信号；若为绝对值编码器，分别获取绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在标准时钟信号下的模拟量信号并根据对应关系确定补偿时间，根据补偿时间对绝对值编码器的数字信号进行偏移，得到偏移后的绝对值编码器的预解码信号。本发明可实现增量式编码器和绝对值编码器稳定、精确的解码。

Description

一种编码器预解码处理方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及编码器信号处理技术领域，具体涉及一种编码器预解码处理方法、系统及存储介质。
背景技术
使用电机时通常会遇到编码器的应用，编码器是通过码盘和相关传感器可以测量电机的转动数据，因此读取编码器的信号是十分重要的。
编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，包括增量式编码器和绝对值编码器。
增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小，通常为A相、B相、Z相输出，A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。增量式编码器中A相脉冲信号、B相脉冲信号的采集稳定性和准确性的水平，是伺服电机发挥其性能的重要因素。然而增量式编码器在实际应用中受到的干扰无法完全避免，其低抗干扰能力是伺服电机性能无法进一步提升的关键原因。
绝对值编码器由机械位置确定编码，无需记忆、无需找参考点，在定位方面明显地优于增量式编码器，且不用一直计数，任何时候都可以去读取它的位置，但采集绝对值编码器位置数据的时间较长，牺牲了信号响应速度，导致绝对值编码器通信输出存在时间上的误差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种编码器预解码处理方法，包括：
获取目标编码器的输出信息，同步生成标准时钟信号，并根据所述目标编码器的输出信息，区分所述目标编码器的类型；
若所述目标编码器的类型为增量式编码器，获取所述增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形，提取所述A相脉冲波形和所述B相脉冲波形在所述标准时钟信号下的上升沿和下降沿并进行滤波；根据所述A相脉冲波形的上升沿/下降沿和所述B相脉冲波形的上升沿/下降沿的相位差，得到所述增量式编码器的实时预解码信号；
若所述目标编码器的类型为绝对值编码器，分别获取所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在所述标准时钟信号下的模拟量信号，根据所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在所述标准时钟信号下的模拟量信号的对应关系确定补偿时间，根据所述补偿时间对所述绝对值编码器的数字信号进行偏移，得到偏移后的所述绝对值编码器的预解码信号。
本发明进一步设置为在获取目标编码器的输出信息的同时，还生成锁存控制信号；在所述锁存控制信号处于使能状态时，对所述增量式编码器的实时预解码信号或偏移后的所述绝对值编码器的预解码信号进行锁存；
在所述锁存控制信号中断后，还生成清零控制信号；在所述清零控制信号处于使能状态时，对已锁存的预解码信号进行清零。
本发明进一步设置为所述锁存控制信号与所述标准时钟信号同步生成，所述锁存控制信号延时于所述标准时钟信号中断。
本发明进一步设置为采用脉宽滤波信号对所述增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形进行滤波；当所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的高电平持续时间大于或等于所述脉宽滤波信号的滤波宽度时，则保留相应的所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的脉冲波形；当所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的高电平持续时间小于所述脉宽滤波信号的滤波宽度时，则过滤相应的所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的脉冲波形。
本发明进一步设置为所述脉宽滤波信号的频率高于所述目标编码器的响应频率。
本发明进一步设置为截取所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端模拟量信号，将所述前端模拟量信号转化为所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端数字量信号；将所述前端数字量信号与所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号进行拟合，确定补偿时间，将所述绝对值编码器的数字信号按所述补偿时间进行偏移。
本发明进一步设置为将所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端模拟量信号按时序分解为至少两段前端子模拟量信号partAnalog并进行标记，分别对所述前端子模拟量信号partAnalog进行N级流水线ADC采样，得到前端子数字量信号partDigital；根据时序标记，将所述前端子数字量信号partDigital进行拼接，得到前端数字量信号；所述N级流水线ADC采样得到前端子数字量信号partDigital的公式为：，其中，为前端子数字量信号partDigital的输出，/>为每一级流水线数字量的输出，N为流水线的级联数量。
本发明进一步设置为所述标准时钟信号和所述绝对值编码器在内置时钟均包括标准时间信息和时间周期信息。
本发明进一步设置为根据所述目标编码器的输出信息是否包含内置时钟信号；若包含所述内置时钟信号，则判定所述目标编码器为绝对值编码器；若不包含所述内置时钟信号，则判定所述目标编码器为增量式编码器。
一种编码器预解码系统，采用上述的编码器预解码处理方法，包括：
编码器输入单元，获取目标编码器的输出信息；
编码器区分单元，根据所述目标编码器的输出信息区分编码器的类型；
标准时钟信号生成单元，在获取目标编码器的输出信息时同步生成标准时钟信号；
增量式编码器波形滤波单元，对增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形在标准时钟信号下的上升沿和下降沿并进行滤波；
相位差计算单元，计算A相脉冲波形和B相脉冲波形之间上升沿和下降沿的相位差；
绝对值编码器信号补偿单元，根据绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在标准时钟信号下的模拟量信号的对应关系确定补偿时间；
数字信号调整单元，根据所述补偿时间对绝对值编码器的数字信号进行偏移；
预解码信号输出单元，输出目标编码器的预解码信号。
一种存储介质，该存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的编码器预解码处理方法。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本技术方案编码器预解码处理方法可以实现增量式编码器和绝对值编码器的解码，在获取目标编码器的输出信息时，同步产生标准时钟信号；针对增量式编码器，在标准时钟信号中提取A相和B相的上升沿和下降沿并进行滤波，能有效地过滤耦合在信号线上电磁干扰，提高增量式编码器在实际工况中运行的稳定性；针对绝对值编码器，通过拟合标准时钟信号下的前端数字量信号和内置时钟下的数字信号得到时间修正量，立即调整绝对值编码器的数字信号相位，克服绝对值编码器自身模数转化带来相应速度的牺牲，提高绝对值编码器的时效性和反馈精确度。
附图说明
图1为本发明实施例编码器预解码处理方法流程图。
图2为本发明实施例编码器预解码系统结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合附图1，本发明技术方案是一种编码器预解码处理方法，包括：
S110，获取目标编码器的输出信息，同步生成标准时钟信号，并根据所述目标编码器的输出信息；
S120，区分所述目标编码器的类型；
S131，若所述目标编码器的类型为增量式编码器，获取所述增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形；
S132，提取所述A相脉冲波形和所述B相脉冲波形在所述标准时钟信号下的上升沿和下降沿并进行滤波；
S133，根据所述A相脉冲波形的上升沿/下降沿和所述B相脉冲波形的上升沿/下降沿的相位差；
S150，得到所述增量式编码器的实时预解码信号；
S141，若所述目标编码器的类型为绝对值编码器，分别获取所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在所述标准时钟信号下的模拟量信号；
S142，根据所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在所述标准时钟信号下的模拟量信号的对应关系确定补偿时间；
S143，根据所述补偿时间对所述绝对值编码器的数字信号进行偏移；
S150，得到偏移后的所述绝对值编码器的预解码信号。
在上述实施例中，需要说明的是，步骤S131至步骤S133和步骤S141至步骤S143是并列的两种编码器处理路径，根据实际应用场合，可以择一实施或同步实施；若择一实施时，标准时钟信号可以由一个单元生成；若同步实施时，可以设置多个时钟单元以满足标准时钟生成的需要。
在本实施例中，在获取目标编码器的输出信息的同时，还生成锁存控制信号；在所述锁存控制信号处于使能状态时，对所述增量式编码器的实时预解码信号或偏移后的所述绝对值编码器的预解码信号进行锁存；
在所述锁存控制信号中断后，还生成清零控制信号；在所述清零控制信号处于使能状态时，对已锁存的预解码信号进行清零。
在本实施例中，所述锁存控制信号与所述标准时钟信号同步生成，所述锁存控制信号延时于所述标准时钟信号中断。
在上述实施例中，无论是增量式编码器还是绝对值编码器，将预解码信号进行锁存，得到解码数据。
在本实施例中，采用脉宽滤波信号对所述增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形进行滤波；当所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的高电平持续时间大于或等于所述脉宽滤波信号的滤波宽度时，则保留相应的所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的脉冲波形；当所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的高电平持续时间小于所述脉宽滤波信号的滤波宽度时，则过滤相应的所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的脉冲波形。
在上述实施例中，当A相脉冲波形滞后B相脉冲波形90°相位时，判定增量式编码器正向转动，当A相脉冲波形超前B相脉冲波形90°相位时，判定增量式编码器反向转动。
在本实施例中，所述脉宽滤波信号的频率高于所述目标编码器的响应频率。
在上述实施例中，采用脉宽滤波信号对A相脉冲波形和B相脉冲波形进行滤波，以脉宽滤波信号的滤波宽度为基准，筛选掉A相脉冲波形/B相脉冲波形中窄脉宽信号，避免电磁干扰对编码器输出波形的影响。
在上述实施例中，还可以采集增量式编码器的Z相脉冲波形，同样对Z相脉冲波形进行脉宽滤波，提取Z相脉冲波形的上升沿或下降沿，对Z相脉冲波形的脉冲数进行计数。
在本实施例中，截取所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端模拟量信号，将所述前端模拟量信号转化为所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端数字量信号；将所述前端数字量信号与所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号进行拟合，确定补偿时间，将所述绝对值编码器的数字信号按所述补偿时间进行偏移。
在上述实施例中，绝对值编码器内部存在模数转换，牺牲了响应速度，特别是磁电绝对值编码器，容易导致绝对值编码器输出的信号存在相位滞后或周期性滞后；为了保证响应的时效性，通过获取绝对值编码器在标准时钟信号下的前端数字量信号，与绝对值编码器在内置时钟下的数字信号进行拟合来确定补偿时间，即绝对值编码器输出信号的相位调整。
在本实施例中，将所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端模拟量信号按时序分解为至少两段前端子模拟量信号partAnalog并进行标记，分别对所述前端子模拟量信号partAnalog进行N级流水线ADC采样，得到前端子数字量信号partDigital；根据时序标记，将所述前端子数字量信号partDigital进行拼接，得到前端数字量信号；所述N级流水线ADC采样得到前端子数字量信号partDigital的公式为，其中，为前端子数字量信号partDigital的输出，/>为每一级流水线数字量的输出，N为流水线的级联数量。
在上述实施例中，为了兼顾前端模数信号转化的时效性和转化精度，采用分段进行转化，以对前端模拟量信号进行并行处理，并且，采用流水线型ADC对每一前端子模拟量信号partAnalog进行模数转化，具有高分辨率、高速以及优良动态性能的优点。
在本实施例中，所述标准时钟信号和所述绝对值编码器在内置时钟均包括标准时间信息和时间周期信息，以明确补偿时间的数值Ts。
在本实施例中，根据所述目标编码器的输出信息是否包含内置时钟信号；若包含所述内置时钟信号，则判定所述目标编码器为绝对值编码器；若不包含所述内置时钟信号，则判定所述目标编码器为增量式编码器。
在另外的实施例中，也可以是通过目标编码器的输出信息的数量进行区分。
本发明实施例编码器预解码处理方法可以实现增量式编码器和绝对值编码器的解码，在获取目标编码器的输出信息时，同步产生标准时钟信号；针对增量式编码器，在标准时钟信号中提取A相和B相的上升沿和下降沿并进行滤波，能有效地过滤耦合在信号线上电磁干扰，提高增量式编码器在实际工况中运行的稳定性；针对绝对值编码器，通过拟合标准时钟信号下的前端数字量信号和内置时钟下的数字信号得到时间修正量，立即调整绝对值编码器的数字信号相位，克服绝对值编码器自身模数转化带来相应速度的牺牲，提高绝对值编码器的时效性。
实施例2
结合附图2，本发明技术方案是一种编码器预解码系统，采用实施例1所述的编码器预解码处理方法，包括：
编码器输入单元210，获取目标编码器290的输出信息；
编码器区分单元220，根据所述目标编码器290的输出信息区分编码器的类型；
标准时钟信号生成单元230，在获取目标编码器290的输出信息时同步生成标准时钟信号；
增量式编码器波形滤波单元240，对增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形在标准时钟信号下的上升沿和下降沿并进行滤波；
相位差计算单元250，计算A相脉冲波形和B相脉冲波形之间上升沿和下降沿的相位差；
绝对值编码器信号补偿单元260，根据绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在标准时钟信号下的模拟量信号的对应关系确定补偿时间；
数字信号调整单元270，根据所述补偿时间对绝对值编码器的数字信号进行偏移；
预解码信号输出单元280，输出目标编码器290的预解码信号。
在本实施例中，所述标准时钟信号生成单元230可以配置有一个或多个，具体根据应用场景进行配置。
实施例3
一种存储介质，该存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1所述的编码器预解码处理方法。
特别地，根据本申请公开的实施例，上述任一实施例描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行上述任一实施例描述的方法的程序代码。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明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)

1.一种编码器预解码处理方法，其特征在于，包括：
获取目标编码器的输出信息，同步生成标准时钟信号，并根据所述目标编码器的输出信息，区分所述目标编码器的类型；
若所述目标编码器的类型为增量式编码器，获取所述增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形，提取所述A相脉冲波形和所述B相脉冲波形在所述标准时钟信号下的上升沿和下降沿并进行滤波；根据所述A相脉冲波形的上升沿/下降沿和所述B相脉冲波形的上升沿/下降沿的相位差，得到所述增量式编码器的实时预解码信号；
若所述目标编码器的类型为绝对值编码器，分别获取所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在所述标准时钟信号下的模拟量信号，根据所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在所述标准时钟信号下的模拟量信号的对应关系确定补偿时间，根据所述补偿时间对所述绝对值编码器的数字信号进行偏移，得到偏移后的所述绝对值编码器的预解码信号；
确定所述绝对值编码器补偿时间包括：截取所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端模拟量信号，将所述前端模拟量信号转化为所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端数字量信号；将所述前端数字量信号与所述绝对值编码器在内置时钟下的数字信号进行拟合，确定补偿时间，将所述绝对值编码器的数字信号按所述补偿时间进行偏移；将所述绝对值编码器在所述标准时钟信号下的前端模拟量信号按时序分解为至少两段前端子模拟量信号partAnalog并进行标记，分别对所述前端子模拟量信号partAnalog进行N级流水线ADC采样，得到前端子数字量信号partDigital；根据时序标记，将所述前端子数字量信号partDigital进行拼接，得到前端数字量信号；所述N级流水线ADC采样得到前端子数字量信号partDigital的公式为：，其中，/>为前端子数字量信号partDigital的输出，/>为每一级流水线数字量的输出，N为流水线的级联数量。
2.根据权利要求1所述的一种编码器预解码处理方法，其特征在于，在获取目标编码器的输出信息的同时，还生成锁存控制信号；在所述锁存控制信号处于使能状态时，对所述增量式编码器的实时预解码信号或偏移后的所述绝对值编码器的预解码信号进行锁存；
在所述锁存控制信号中断后，还生成清零控制信号；在所述清零控制信号处于使能状态时，对已锁存的预解码信号进行清零。
3.根据权利要求2所述的一种编码器预解码处理方法，其特征在于，所述锁存控制信号与所述标准时钟信号同步生成，所述锁存控制信号延时于所述标准时钟信号中断。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种编码器预解码处理方法，其特征在于，采用脉宽滤波信号对所述增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形进行滤波；当所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的高电平持续时间大于或等于所述脉宽滤波信号的滤波宽度时，则保留相应的所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的脉冲波形；当所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的高电平持续时间小于所述脉宽滤波信号的滤波宽度时，则过滤相应的所述A相脉冲波形/B相脉冲波形的脉冲波形；所述脉宽滤波信号的频率高于所述目标编码器的响应频率。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种编码器预解码处理方法，其特征在于，所述标准时钟信号和所述绝对值编码器在内置时钟均包括标准时间信息和时间周期信息。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种编码器预解码处理方法，其特征在于，根据所述目标编码器的输出信息是否包含内置时钟信号；若包含所述内置时钟信号，则判定所述目标编码器为绝对值编码器；若不包含所述内置时钟信号，则判定所述目标编码器为增量式编码器。
7.一种编码器预解码系统，其特征在于，采用权利要求1至6中任意一项所述的编码器预解码处理方法，包括：
编码器输入单元，获取目标编码器的输出信息；
编码器区分单元，根据所述目标编码器的输出信息区分编码器的类型；
标准时钟信号生成单元，在获取目标编码器的输出信息时同步生成标准时钟信号；
增量式编码器波形滤波单元，对增量式编码器的A相脉冲波形和B相脉冲波形在标准时钟信号下的上升沿和下降沿并进行滤波；
相位差计算单元，计算A相脉冲波形和B相脉冲波形之间上升沿和下降沿的相位差；
绝对值编码器信号补偿单元，根据绝对值编码器在内置时钟下的数字信号和在标准时钟信号下的模拟量信号的对应关系确定补偿时间；
数字信号调整单元，根据所述补偿时间对绝对值编码器的数字信号进行偏移；
预解码信号输出单元，输出目标编码器的预解码信号。
8.一种存储介质，其特征在于，该存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任意一项所述的编码器预解码处理方法。
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