CN117516596B - 一种磁电编码器的高精度在线补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，用于提高磁电编码器对电机转子角度位置的检测精度，包括如下步骤：S1、电机转子每旋转一圈，均获取多个采样点；S2、对多个采样点进行运算得到平均偏移量，利用平均偏移量进行偏移量补偿，并对多个采样点进行FFT计算；S3、FFT计算完毕后得到谐波，并将模值转化为幅值后取最大幅值，将每个采样点的幅值均除以该最大幅值以完成归一化；S4、去除X、Y通道信号中的谐波分量；S5、计算X通道和Y通道的初相，将初相归零，对X,Y通道进行非正交修正，修正正交性误差；S6、根据修正后的X,Y通道函数得到精确的转子角度位置，重复执行步骤S1‑S5，不断进行谐波更新并将结果迭代，实现在线补偿。
Description
技术领域
本发明涉及磁电编码器技术领域，尤其是涉及一种磁电编码器的高精度在线补偿方法。
背景技术
磁电编码器是一种用于测量转动角度的传感器，它由磁性材料和电感器组成，主要通过测量磁场的变化来确定转动角度。磁电编码器的基本原理是通过相关的磁传感器芯片感知转子转动时所产生的变化磁场，并将其转化为模拟量的正余弦信号进行输出，之后将其送到单片机的ADC（模数转换）通道进行采样，对采样值进行细分解码并最终得到转子的精确位置。磁传感器芯片的工作原理是电机转子与圆形磁铁同轴连接且中心重合，转子转动时，传感器芯片和与其平行放置的圆形磁铁之间发生相对运动，产生周期性变化的磁场，转子旋转的角度与该磁场的角度相同，而且磁场的方向和芯片表面平行，传感器芯片捕捉到变化的磁场，进而检测到转子的角度信息。
常用的配套磁传感器芯片，输出的信号中的线性因素如直流偏置、幅值等受温度变化影响；考虑到信号中的非线性因素——谐波也受温度影响较大，在不同温度下信号的谐波分量不同，这就致使单片机的ADC通道采样后计算得的电机转子位置与实际位置仍有偏差。
传统的应对方法是利用校正工装装置，离线时记录在不同温度下磁电编码器的输出角度，制成温度补偿表，使用时进行查表补偿；该校正装置虽然具有一定规律性，但是由于谐波随温度波动，且工况有限，在宽温域下工作时，结果与真实值间有较大差距。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明采取的技术方案为：
一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，用于提高磁电编码器对电机转子角度位置的检测精度，包括如下步骤：
S1、电机转子每旋转一圈，均获取多个采样点；
S2、对多个采样点进行运算得到平均偏移量，利用平均偏移量进行偏移量补偿，并对多个采样点进行FFT计算；
S3、FFT计算完毕后得到谐波，并将模值转化为幅值后取最大幅值，将每个采样点的幅值均除以该最大幅值以完成归一化；
S4、去除X、Y通道信号中的谐波分量；
S5、计算X通道和Y通道的初相，将初相归零，对X、Y通道进行非正交修正，修正正交性误差；
S6、根据修正后的X、Y通道函数得到精确的转子角度位置，重复执行步骤S1-S5，不断进行谐波更新并将结果迭代，实现在线补偿。
在一些实施例中，在步骤S1中，电机转子每旋转一圈的过程中，以步长为360°/1024=0.3515625°采样1024个点。
在一些实施例中，在步骤S2中，通过如下式子计算得到平均偏移量：
Ox=（X1+X2+…+X1024)/1024
Oy=（Y1+Y2+…+Y1024)/1024
其中，Xn、Yn为采样点n对应的X、Y通道函数值，n=1,2,3…1024；
Ox、Oy为X、Y通道的平均偏移量；
利用平均偏移量进行偏移量补偿后，得到的X、Y通道函数为：X1=X-Ox，Y1=Y-Oy，其中X、Y表示进行偏移量补偿的X、Y通道函数，X1、Y1表示进行偏移量补偿后的X、Y通道函数。
在一些实施例中，步骤S3中，X、Y通道对应的最大幅值分别用Ax、Ay表示，则归一化后的X、Y通道函数为：X2=X1/Ax，Y2=Y2/Ay。
在一些实施例中，步骤S4中，X、Y通道信号中的谐波分量表示为X0,Y0，则去除谐波分量后的X、Y通道函数为：X3=X2-X0，Y3=Y2-Y0。
在一些实施例中，在步骤S5中，通过下式对X、Y通道进行非正交修正，修正正交性误差：
X4=(X3+sin(phiy)*sin(z))/cos(phix);
Y4=(Y3-sin(phiy)*cos(z))/cos(phiy);
式中，phix为X通道相位与零相位的差，phiy为Y通道相位与零相位的差，z为据采样值返回的角度位置值，X4、Y4表示进行非正交修正后的X、Y通道函数。
在一些实施例中，在步骤S1中，电机转子旋转首圈时，还对检测得到的模拟量信号进行离线补偿。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的磁电编码器的高精度在线补偿方法，该算法消耗低、速度快，可实现温度在线补偿和谐波自动更新，从而在宽温度范围内保证低消耗地提高磁电编码器对电机转子位置的检测精度。
附图说明
图1为本发明提供的地铁磁电编码器的高精度在线补偿方法的模块连接示意图；
图2为本发明具体实施例中采用FFT算法的流程示意图。
实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明是如何实施的。
参照图1所示，本发明提供了一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，用于提高磁电编码器对电机转子角度位置的检测精度，包括如下步骤：
S1、电机转子每旋转一圈，均获取多个采样点。
在具体实施例中，电机转子每旋转一圈的过程中，可以步长为360°/1024=0.3515625°采样1024个点。
S2、对多个采样点进行运算得到平均偏移量，利用平均偏移量进行偏移量补偿，并对多个采样点进行FFT（快速傅里叶变换）计算；
具体地，通过如下式子计算得到平均偏移量：
Ox=（X1+X2+…+X1024)/1024
Oy=（Y1+Y2+…+Y1024)/1024
其中，Xn、Yn为采样点n对应的X、Y通道函数值，n=1,2,3…1024；Ox、Oy为X、Y通道的平均偏移量；利用平均偏移量进行偏移量补偿后，得到的X、Y通道函数为：X1=X-Ox，Y1=Y-Oy，其中X、Y表示进行偏移量补偿的X、Y通道函数，X1、Y1表示进行偏移量补偿后的X、Y通道函数。
S3、FFT计算完毕后得到谐波，并将模值转化为幅值后取最大幅值，将每个采样点的幅值均除以该最大幅值以完成归一化。
具体地，对采样的1024个点进行 FFT计算可得到谐波；X、Y通道对应的最大幅值分别用Ax、Ay表示，则归一化后的X、Y通道函数为：X2=X1/Ax，Y2=Y2/Ay。
S4、去除X、Y通道信号中的谐波分量。
具体地，X、Y通道信号中的谐波分量表示为X0,Y0，则去除谐波分量后的X、Y通道函数为：X3=X2-X0，Y3=Y2-Y0。
S5、计算X通道和Y通道的初相，将初相归零，对X、Y通道进行非正交修正，修正正交性误差。
具体地，通过下式对X、Y通道进行非正交修正，修正正交性误差：
X4=(X3+sin(phiy)*sin(z))/cos(phix);
Y4=(Y3-sin(phiy)*cos(z))/cos(phiy);
式中，phix为X通道相位与零相位的差，phiy为Y通道相位与零相位的差，z为据采样值返回的角度位置值，X4、Y4表示进行非正交修正后的X、Y通道函数。
S6、根据修正后的X、Y通道函数得到精确的转子角度位置，重复执行步骤S1-S5，不断进行谐波更新并将结果迭代，实现在线补偿。
可以理解的是，尽管FFT运算过程可能需要花费转子旋转数周的时间，但由于温度变化缓慢，从开始采样到FFT运算出结果，可认为温度不变。进一步参照图2所示，在一个具体实施例中，本发明采用的FFT算法，通过FFT运算得到谐波。在转子转动的起始数圈，若FFT运算还未能出结果，未能得到谐波，则跳过涉及FFT运算的相关步骤，先利用偏移量补偿去除线性误差得到的X1、Y1，通过X1、Y1粗略计算转子角度位置即可。并且，电机转子旋转首圈或首数圈时，还可对检测得到的模拟量信号进行离线补偿，进行离线补偿时，采用现有技术，参照使用手册或其他方式对其进行离线补偿即可。直到在电机转动数圈并得到FFT运算的结果之后，得到谐波，进而归一化得到X2、Y2，再去除谐波得到X3、Y3。通过FFT算法得到X3、Y3后，再进行非正交修正，修正非正交误差，可得到X4、Y4。可将运算结果作为在此温度下的补偿，补偿掉温度带来的误差，得出当前温度下精确的转子位置。后续不断进行谐波更新，将结果迭代，达到在线补偿的目的。
综上，本发明提供的磁电编码器的高精度在线补偿方法，该算法消耗低、速度快，可实现温度在线补偿和谐波自动更新，从而在宽温度范围内保证低消耗地提高磁电编码器对电机转子位置的检测精度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (4)
1.一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，用于提高磁电编码器对电机转子角度位置的检测精度，其特征在于，包括如下步骤：
S1、电机转子每旋转一圈，均获取多个采样点；
S2、对多个采样点进行运算得到平均偏移量，利用平均偏移量进行偏移量补偿，并对多个采样点进行FFT计算；
以Ox、Oy表示X、Y通道的平均偏移量，则利用平均偏移量进行偏移量补偿后，得到的X、Y通道函数为：X1=X-Ox，Y1=Y-Oy，其中X、Y表示进行偏移量补偿的X、Y通道函数，X1、Y1表示进行偏移量补偿后的X、Y通道函数；
S3、FFT计算完毕后得到谐波，并将模值转化为幅值后取最大幅值，将每个采样点的幅值均除以该最大幅值以完成归一化；
X、Y通道对应的最大幅值分别用Ax、Ay表示，则归一化后的X、Y通道函数为：X2=X1/Ax，Y2=Y1/Ay；
S4、去除X、Y通道信号中的谐波分量；
X、Y通道信号中的谐波分量表示为X0,Y0，则去除谐波分量后的X、Y通道函数为：X3=X2-X0，Y3=Y2-Y0；
S5、计算X通道和Y通道的初相，将初相归零，对X、Y通道进行非正交修正，修正正交性误差；
通过下式对X、Y通道进行非正交修正，修正正交性误差：
X4=(X3+sin(phiy)*sin(z))/cos(phix);
Y4=(Y3-sin(phiy)*cos(z))/cos(phiy);
式中，phix为X通道相位与零相位的差，phiy为Y通道相位与零相位的差，z为据采样值返回的角度位置值，X4、Y4表示进行非正交修正后的X、Y通道函数；
S6、根据修正后的X、Y通道函数得到精确的转子角度位置，重复执行步骤S1-S5，不断进行谐波更新并将结果迭代，实现在线补偿。
2.根据权利要求1所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，在步骤S1中，电机转子每旋转一圈的过程中，以步长为360°/1024=0.3515625°采样1024个点。
3.根据权利要求2所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，在步骤S2中，通过如下式子计算得到平均偏移量：
Ox=（X1+X2+…+X1024)/1024
Oy=（Y1+Y2+…+Y1024)/1024
其中，Xn、Yn为采样点n对应的X、Y通道函数值，n=1,2,3…1024。
4.根据权利要求1所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，在步骤S1中，电机转子旋转首圈时，还对检测得到的模拟量信号进行离线补偿。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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