ES2867450T3 - Métodos, programas de ordenador, dispositivos y codificadores para la corrección de errores de señal - Google Patents

Métodos, programas de ordenador, dispositivos y codificadores para la corrección de errores de señal Download PDF

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Abstract

Un método (100, 200) para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia, el método que comprende - almacenar (S06) un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia en base a las mediciones de la señal de posición durante la duración de un período del error de señal periódico, - actualizar (S12) el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento, en donde la ventana de tiempo tiene una anchura que corresponde a la duración de un período del error de señal periódico, **(Ver fórmula)** - determinar (S10) un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo, en base a las posiciones relativas con marca de tiempo almacenadas durante la duración de un período del error de señal periódico de la señal de posición, y - estimar (S20) una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo.

Description

DESCRIPCIÓN
Métodos, programas de ordenador, dispositivos y codificadores para la corrección de errores de señal
CAMPO TÉCNICO
La presente descripción se refiere a la corrección de errores de señal. En particular, la presente descripción se refiere a un método para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El método también se refiere a los correspondientes programas de ordenador, dispositivos y codificadores.
ANTECEDENTES
Gran parte de la operación de una máquina se basa en registrar información con relación al estado actual de la máquina y usar la información registrada o bien para corregir la operación de la máquina o bien para controlar las funciones aguas abajo. Los codificadores se usan a menudo para registrar la información relevante y para traducir la información a señales adecuadas, tales como señales de control incrementales. No obstante, las señales medidas por los codificadores pueden estar sometidas a perturbaciones causadas por partes de la máquina alineadas de manera imperfecta, por ejemplo, debido al desgaste, o a campos externos que interfieren con los sensores de medición de los codificadores. Tales perturbaciones pueden conducir a mediciones imperfectas que, si no se compensan adecuadamente, conducirán a ineficiencias aguas abajo cuando se usen, por ejemplo, cuando se generen señales de control incrementales. De este modo, hay una necesidad en la técnica de corrección de errores de señal, en particular en la corrección de errores de señal que se puede usar en codificadores, tales como codificadores incrementales.
COMPENDIO
La presente descripción se refiere a la corrección de errores de señal periódicos usando el conocimiento de cómo se espera que se comporte una señal ideal.
En particular, la presente descripción se refiere a un método para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El método comprende almacenar un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia en base a las mediciones de la señal de posición durante la duración de un período del error de señal periódico, y actualizar el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento. La ventana de tiempo tiene una anchura que corresponde a la duración de un período del error de señal periódico. El método comprende además determinar un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a las posiciones relativas con marca de tiempo almacenadas durante la duración de un período del error de señal periódico de la señal de posición. El método comprende además estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo. Por ello, el método permite una reducción significativa de los errores periódicos asociados con la determinación de una posición con respecto a una referencia, tal como la detección del movimiento de rotación de un eje giratorio en relación con una parte de una máquina. Una señal de salida en base a la posición corregida estimada tendrá una frecuencia más estable que una señal de salida en base a una posición no corregida correspondiente. El conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo permite la interpolación o regresión en base a puntos de datos de posición medidos para coincidir con un comportamiento esperado de cambio de posición con respecto al tiempo, tal como seguir un movimiento periódico. Actualizando el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo, la interpolación o regresión en base al conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo también se puede actualizar a medida que se añaden nuevos valores de posición relativa y se eliminan valores de posición relativa antiguos. De este modo, los valores de parámetro determinados se pueden actualizar a medida que se mueve la ventana de tiempo, es decir, el conjunto determinado de valores de parámetro se puede mantener actualizado con respecto a las condiciones actuales.
Según algunos aspectos, el primer tiempo comprende un tiempo actual. Según algunos aspectos, estimar la posición corregida comprende interpolar la posición relativa corregida en base al conjunto determinado de valores de parámetro. La interpolación permite generar una posición corregida dentro de un intervalo en el que está el conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada. El uso de un tiempo actual permite estimar la posición corregida en el tiempo actual. Una posición corregida estimada en el tiempo actual es típicamente más precisa que una posición estimada en un tiempo anterior. El tiempo actual puede comprender un último tiempo registrado con respecto a un tiempo en la que se inició un paso del método. El tiempo actual puede comprender un tiempo futuro con respecto a un tiempo en el que se inició un paso del método.
Según algunos aspectos, la aproximación parametrizada comprende una relación lineal de la posición relativa corregida con respecto a un tiempo. Según algunos aspectos, la relación lineal está determinada por la suma de una posición relativa inicial, s0 , en un tiempo cero inicial, y el producto de una velocidad media, v, de la posición relativa en el segundo tiempo, t, y del segundo tiempo, t, s=s0+vt. Una relación lineal requiere la cantidad más pequeña de posiciones con marca de tiempo y, de este modo, ofrece la implementación más eficiente computacionalmente. Una relación lineal ofrece típicamente una descripción suficientemente precisa de la dependencia de tiempo de la posición con el fin de reducir el error periódico asociado, mientras que se proporciona la posibilidad de añadir términos de corrección no lineales cuando sea necesario.
Según algunos aspectos, la determinación del conjunto de valores de parámetro se realiza usando regresión.
Según algunos aspectos, el método comprende además emitir una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida. La señal compensada de salida se puede usar en funciones aguas abajo para generar señales de control más precisas, tales como señales incrementales. Según algunos aspectos adicionales, el método también comprende generar una señal incremental en base a la señal compensada.
Según algunos aspectos, el método comprende además evaluar un cambio de la posición relativa con un criterio predeterminado. La comparación con el criterio predeterminado permite identificar situaciones donde se pueden mejorar los ajustes de la determinación del conjunto de parámetros. La evaluación del cambio de la posición relativa con un criterio predeterminado permite además encender y apagar la salida de una señal con relación a una posición relativa corregida estimada dependiendo de cómo cambien las circunstancias, en particular cambios en la diferencia entre la posición relativa corregida con una posición relativa no corregida, una velocidad o una aceleración.
Según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende una diferencia entre la primera posición relativa corregida estimada en el primer tiempo y una posición relativa no corregida correspondiente en el primer tiempo que excede o cae por debajo de un umbral predeterminado. Según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende una velocidad que excede o cae por debajo de un umbral predeterminado. Según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende una aceleración que excede o cae por debajo de un umbral predeterminado. Los umbrales de velocidad y/o aceleración permiten manejar los arranques, las paradas y los cambios de dirección de la posición relativa. Un umbral de velocidad puede permitir además manejar distribuciones desiguales de posiciones relativas con marca de tiempo debido a altas velocidades.
Según algunos aspectos, estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo comprende formar una media ponderada de un conjunto de velocidades previas con relación a un cambio de la posición relativa del al menos un sensor con respecto a la referencia y una velocidad actual con relación a un cambio de la posición relativa del al menos un sensor con respecto a la referencia. En algunos escenarios, el error de medición no es armónico. Por ejemplo, debido a los huecos de aire entre los segmentos de anillo de un codificador de anillo magnético, MRI, el MRI puede tener dos sensores. Cuando se conmuta entre los sensores, la fase de la interpolación cambia abruptamente. Una manera de compensar, es decir, reducir, tal perturbación no armónica es calcular una media ponderada de la velocidad antigua y la nueva, con énfasis en el valor de la velocidad antigua. En otras palabras, formar la media ponderada permite aplicar el método también en escenarios en los que el error de medición es casi armónico; la media ponderada permite una reducción de la contribución del error no armónico.
La presente descripción se refiere además a un programa de ordenador para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El programa de ordenador comprende un código de programa de ordenador que, cuando se ejecuta en un procesador, hace que el procesador lleve a cabo el método descrito para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El programa de ordenador implementa el método descrito y tiene todos los efectos técnicos y ventajas del método descrito.
La presente descripción también se refiere a un dispositivo para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El dispositivo comprende una interfaz de señal de entrada configurada para recibir la señal de posición a partir de la disposición de sensor. El dispositivo comprende además circuitería de control configurada para almacenar un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia en base a las mediciones de la señal de posición durante la duración de un período del error de señal periódica, y actualizar el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento. La ventana de tiempo tiene una anchura que corresponde a la duración de un período de la señal periódica err. La circuitería de control está configurada además para determinar un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a las posiciones relativas con marca de tiempo almacenadas durante la duración de un período del error de señal periódica de la señal de posición. La circuitería de control está configurada además para estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo. El dispositivo también comprende una interfaz de señal de salida configurada para emitir una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida.
Según algunos aspectos, la circuitería de control comprende un procesador y una memoria. La memoria tiene un programa de ordenador para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia, como se describe anteriormente y a continuación, almacenada en la misma. El procesador está configurado para ejecutar el programa de ordenador almacenado en la memoria.
El dispositivo descrito implementa el método descrito y tiene todos los efectos técnicos y ventajas del método descrito.
La presente descripción se refiere además a un codificador para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El codificador comprende una disposición de sensor que comprende al menos un sensor. La disposición de sensor está configurada para medir, por medio del al menos un sensor (420, 520), la posición relativa. La disposición de sensor está configurada además para emitir la señal de posición (pos) en base a la posición relativa medida. El codificador comprende además un dispositivo para la corrección de un error de señal periódico de la señal de posición. El dispositivo comprende una interfaz de señal de entrada configurada para recibir la señal de posición a partir de la disposición de sensor. El dispositivo comprende además circuitería de control. La circuitería de control está configurada para almacenar un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia en base a las mediciones de la señal de posición durante la duración de un período del error de señal periódico, y actualizar el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento. La ventana de tiempo tiene una anchura que corresponde a la duración de un período de la señal periódica err. La circuitería de control está configurada además para determinar un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a las posiciones relativas con marca de tiempo almacenadas durante la duración de un período de un error de señal periódico de la señal de posición. La circuitería de control está configurada además para estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo. El codificador comprende además una interfaz de señal de salida configurada para emitir una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida.
El codificador descrito implementa por ello el método descrito para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia y tiene todos los efectos técnicos y ventajas del método descrito.
Según algunos aspectos, la aproximación parametrizada comprende una relación lineal de la posición relativa corregida con respecto a un segundo tiempo.
Según algunos aspectos, la relación lineal está determinada por una suma de una posición relativa inicial, s0 , en un tiempo cero inicial, y un producto de una velocidad media, v, de la posición relativa en el segundo tiempo, t, y del segundo tiempo, s=s0+vt.
Según algunos aspectos, el codificador comprende además un generador de señal configurado para recibir la señal compensada desde el dispositivo para la corrección de errores de señal. El generador de señal está configurado además para generar una señal de salida incremental en base a la señal compensada recibida. El generador de señal también está configurado para emitir la señal de salida incremental generada. El codificador está configurado por ello para usar la señal de posición de corrección de error para su uso como referencia o control de realimentación activo, permitiendo por ello que el codificador descrito sirva como transductor.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1a ilustra los pasos del método descrito para la corrección de errores de señal; y la 1b ilustra un error de señal periódico de la Fig. 1a;
la Figura 2 ilustra ejemplos del método descrito para la corrección de errores de señal;
la Figura 3 ilustra un dispositivo para la corrección de errores de señal;
la Figura 4 ilustra un codificador para la corrección de errores de señal; y
la Figura 5 ilustra ejemplos de codificadores para la corrección de errores de señal.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
El método descrito hace uso del hecho de que en muchos escenarios del mundo real un movimiento generado tiene un comportamiento bien conocido y una señal que mide una posición con respecto a una referencia se espera que presente ciertas características dependiendo del movimiento al que se refiere la posición. Por ejemplo, en el caso de un movimiento de velocidad constante, la relación velocidad-tiempo se espera que muestre un comportamiento constante, es decir, la velocidad será constante con respecto al tiempo. Del mismo modo, se esperará que la posición cambie linealmente. Las desviaciones de estos comportamientos esperados se pueden considerar, en ciertas circunstancias, como errores. En particular, las desviaciones periódicas de los comportamientos esperados típicamente se pueden interpretar como errores y, determinando estos errores, se puede considerar el efecto de estos errores.
La Figura 1a ilustra los pasos del método de un método 100 para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. La Figura 1b ilustra un ejemplo de error de señal periódico de la Fig. 1a con relación a un codificador de anillo magnético sometido a un campo magnético externo constante. El método comprende determinar S10 un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a mediciones de la señal de posición durante la duración de al menos un período de un error de señal periódico de la señal de posición. Una vez que se ha decidido sobre la aproximación parametrizada, se pueden decidir los valores de parámetro que dan el mejor ajuste de la aproximación parametrizada a un conjunto actual de condiciones. Según algunos aspectos, se genera una tabla rellenando un conjunto de valores de posición medidos, preferiblemente distribuidos uniformemente, y un conjunto de valores de tiempo que corresponden a cuándo se han medido los valores de posición. Por valores de posición se entienden valores de señal medidos de la señal de posición. Los pares de valores de posición y de valores de tiempo correspondientes se pueden ver como un conjunto de posiciones con marca de tiempo. En otras palabras, el método puede comprender almacenar un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo. El conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo permite el ajuste de la curva de la aproximación parametrizada usando el conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con el fin de determinar el conjunto de valores de parámetro para la situación actual.
En el caso de un codificador de anillo magnético, el anillo magnético puede servir como referencia. El anillo magnético del codificador de anillo magnético comprende polos magnéticos norte y sur alternos. Los polos norte y sur se pueden detectar y distinguir mediante un sensor magnético, tal como un sensor de Hall. De este modo, un polo norte o sur elegido arbitrariamente se puede definir como una posición inicial a la que los cambios medidos en el campo magnético se pueden interpretar como un cambio correspondiente en la posición con respecto al polo magnético elegido arbitrariamente. De este modo, el anillo magnético, o un polo magnético del anillo magnético, se puede definir como referencia. Cuando el anillo magnético gira con respecto al sensor magnético, la señal magnética medida por el sensor magnético cambia a medida que el sensor magnético se mueve con respecto a los polos magnéticos norte y sur posteriores. Los polos magnéticos norte y sur posteriores representan cambios de posición con respecto al polo magnético norte o sur elegido arbitrariamente que define la posición inicial. La posición medida mediante el sensor magnético es, de este modo, una posición relativa del sensor con respecto a la referencia.
Si hay desviaciones periódicas del comportamiento esperado, por ejemplo, como se ha ejemplificado anteriormente para el caso de velocidad constante, las desviaciones periódicas se pueden interpretar típicamente como errores periódicos. De este modo, el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia se almacena preferiblemente durante la duración de al menos un período del error de señal periódico.
El conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo se puede generar dinámicamente, es decir, el tamaño del conjunto puede crecer dinámicamente, por ejemplo, añadiendo puntos de medición de la posición relativa con marca de tiempo en intervalos de tiempo establecidos al conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo. El conjunto de parámetros s0 , v, de la aproximación parametrizada que se está determinando, se puede actualizar entonces gradualmente a medida que se están añadiendo nuevos puntos de medición de posición relativa con marca de tiempo. La aproximación parametrizada se puede interpolar entonces para la duración del conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo. Los valores interpolados se pueden comparar entonces con los datos sin procesar de los puntos de medición con el fin de determinar si hay un error periódico y, si es así, la duración de un período del error periódico.
Si el movimiento al que la posición del al menos un sensor con respecto a la referencia tiene un carácter periódico o casi periódico bien conocido, se puede usar el conocimiento del carácter del movimiento periódico de la posición relativa con respecto a la referencia para determinar un tamaño adecuado del conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo a ser almacenado por adelantado a almacenar las posiciones relativas con marca de tiempo.
Por ejemplo, para un codificador de anillo magnético, en donde la referencia comprende una escala magnética con un paso de polo predeterminado, es decir, una distancia predeterminada entre el centro de los polos norte y sur adyacentes, un par de polos norte y sur se pueden dividir en un conjunto de N-1 segmentos, lo que da como resultado una tabla de N valores de posición relativa con marca de tiempo distribuidos uniformemente. Si hay un error periódico en la señal con relación a la posición con respecto a la escala magnética, se esperará que se repita cada vez que se haya pasado un polo en la escala magnética, es decir, el error aparecerá durante la duración correspondiente al movimiento de la posición a lo largo de un polo. En otras palabras, la duración de un período del error de señal periódico puede corresponder a la duración requerida para mover la posición con respecto a la escala magnética a lo largo de un polo.
De este modo, en este ejemplo, almacenar el conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la escala magnética durante la duración requerida para mover la posición con respecto a la escala magnética a lo largo de un par de polos norte y sur corresponde a almacenar el conjunto de posiciones con marca de tiempo con respecto a la escala magnética durante la duración de dos períodos del error de señal periódico; un período sobre un polo norte y un período sobre un polo sur. También es posible almacenar un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la escala magnética durante la duración de un período del error de señal. No obstante, el ejemplo ilustrado de almacenar un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la escala magnética durante la duración de dos períodos del error de señal puede ser capaz de proporcionar una determinación más precisa del conjunto de valores de parámetro que un conjunto correspondiente de posiciones relativas con marca de tiempo almacenadas durante la duración de solamente un período del error de señal periódico. En el caso de un campo magnético externo que afecta a las señales magnéticas, la señal en un polo norte se ve afectada de una forma diferente que en un polo sur. Pero para cada par de polos el patrón se repite en sí mismo, si el campo magnético externo se puede ver como constante sobre el par de polos magnéticos. De este modo, dependiendo de la fuente de error y/o de cómo se mida el error de señal, la periodicidad del error de señal se puede ver como que es periódica sobre un polo magnético o sobre dos polos magnéticos.
De este modo, en el ejemplo ilustrado, las entradas de la tabla temporalmente primera y última están separadas dos períodos del error de señal periódico.
En otras palabras, según algunos aspectos, el método comprende además almacenar S06 un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia durante la duración de al menos un período del error de señal periódico.
Según algunos aspectos, el método comprende además actualizar S12 el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento, en donde la ventana de tiempo tiene una anchura que corresponde a la duración del al menos un período del error de señal periódico. En el ejemplo anterior, cuando el codificador de anillo magnético ha girado una distancia de dos veces el período del error de señal periódico dividido por el número de segmentos, N-1, es decir, un paso, la tabla se actualiza de manera que se desplaza un paso adelante como una ventana en movimiento con el tamaño de un par de polos.
Según algunos aspectos, la aproximación parametrizada comprende una relación lineal de la posición relativa corregida, s, con respecto a un segundo tiempo, t.
En otras palabras, la posición con respecto a la referencia comprende una expresión como se describe en la ecuación (1) a continuación,
s=sü+v-t (1),
en donde s denota la posición relativa corregida en el segundo tiempo t, s0 denota una posición inicial con respecto a la referencia, y v indica una velocidad media en el segundo tiempo t. La aproximación parametrizada para la posición s es, de este modo, la expresión del lado derecho de la ecuación (1). El conjunto de valores de parámetro que se determinan S10 comprende la posición inicial, s0 , y la velocidad media, v, en el segundo tiempo.
Esto se ilustra además en la Fig. 1b. La medición de la señal de posición con relación a la posición del al menos un sensor con respecto a la referencia da como resultado una posición medida, sm, que se puede ver oscilando periódicamente con respecto al tiempo sobre los polos magnéticos respectivos en la parte superior de la Fig. 1b. En el medio de la Fig. 1b también se ilustra un gráfico de la velocidad frente al tiempo correspondiente. En un ejemplo en donde un campo magnético externo constante está afectando a las señales magnéticas con relación a la posición con respecto a la referencia, la señal magnética en un polo norte se ve afectada de una forma diferente que en un polo sur. Con propósitos ilustrativos, las oscilaciones de error de posición y velocidad sobre el polo sur magnético se ilustran como que son mayores que aquellas sobre el polo norte magnético. En otras palabras, el error de medición de la posición será diferente sobre los polos magnéticos norte y sur. De este modo, los polos norte magnéticos presentarán un primer error periódico y los polos sur magnéticos presentarán un segundo error periódico, el primer y segundo errores periódicos que tiene un patrón de error total sobre un par de polos magnéticos de polos norte y sur. De este modo, el patrón de error se repetirá en sí mismo sobre un par de polos magnéticos.
Cuando el conjunto almacenado de posiciones con marca de tiempo abarca una distancia de un par de polos magnéticos, en este caso ilustrado como la duración de dos períodos del error de señal, un período sobre un polo norte magnético y un período sobre un polo sur magnético, el conjunto almacenado de posiciones con marca de tiempo se puede usar para determinar la aproximación parametrizada de la posición con respecto al tiempo, en este caso ilustrada como la relación lineal proporcionada por la ecuación (1) anterior.
La línea recta representa valores corregidos de error interpolados de la posición con respecto a la referencia. En otras palabras, la aproximación parametrizada se puede usar para proporcionar una posición corregida con respecto a la referencia insertando diferentes valores del tiempo t en la ecuación (1). La parte inferior de la Fig. 1b ilustra cómo se manifestará en sí misma la transición a un paso de emitir S30 una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida estimada con respecto a la referencia. Hasta un tiempo inicial, t0 , el método ha almacenado suficientes posiciones con marca de tiempo para determinar el conjunto de parámetros s0 y v de la ecuación (1). Durante el tiempo que conduce hasta el tiempo inicial, los datos sin procesar medidos, es decir, la señal con relación a la posición con respecto a la referencia, Spre-sal, se emiten sin ninguna corrección de error. En el tiempo inicial, la aproximación parametrizada es con los parámetros determinados con el fin de interpolar valores corregidos de error de la posición con respecto a la referencia, Spos-sal, que se usa en el paso de emitir S30 una señal con relación a la posición corregida estimada con respecto a la referencia. La señal de salida con relación a la posición corregida estimada con respecto a la referencia se emitirá continuamente usando valores interpolados de un tiempo actual, en donde el tiempo actual se refiere a un último valor de tiempo registrado o un tiempo futuro. El tiempo futuro se puede relacionar con un paso de tiempo que corresponde a una frecuencia de muestreo de la medición de señal de posición. En otras palabras, el tiempo actual puede comprender un último tiempo registrado con respecto a un tiempo en el que se ha iniciado un paso del método. El tiempo actual puede comprender un tiempo futuro con respecto a un tiempo en el que se inició un paso del método.
En la Fig. 1b, la transición se ilustra que ocurre cuando los datos sin procesar medidos coinciden con un valor interpolado en un tiempo correspondiente. En la práctica, el tiempo cuando se determina que el conjunto de valores de parámetro puede no coincidir con el tiempo en el que los datos sin procesar medidos coinciden con un valor interpolado en un tiempo correspondiente. De este modo, según los mismos aspectos, el método comprende esperar hasta que los datos sin procesar medidos coincidan con un valor interpolado en un tiempo correspondiente, lo que tiene la ventaja de evitar saltos repentinos en la posición estimada con respecto a la referencia.
Esto se ilustra además a continuación.
La aproximación parametrizada también se podría extender para comprender tanto otros términos lineales como no lineales, como se ejemplifica en las ecuaciones (2) y (3) a continuación,
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La ecuación (2) incluye un término de aceleración, que puede proporcionar un ajuste mejorado a situaciones donde la posición cambia rápidamente con respecto a la referencia, reduciendo por ello el desfase asociado. La ecuación (3) añade funciones armónicas, que pueden ser útiles si la determinación de los valores de parámetro se realiza usando el método de mínimos cuadrados. Según un aspecto preferido, solamente se usa la parte de línea recta, es decir, s=s0+vt, cuando se determina la señal corregida de error, que dependerá de s más que los datos sin procesar a partir de los cuales se determina s.
Según algunos aspectos, la determinación S10 del conjunto de valores de parámetro se realiza usando regresión. Típicamente, la regresión se puede implementar fácilmente y puede proporcionar implementaciones que tienen baja demanda de cálculo. Por ejemplo, en la ecuación (1), los parámetros s0 y v se pueden determinar usando regresión lineal. En la ecuación (3), los parámetros s0 y v se pueden determinar ventajosamente usando el método de mínimos cuadrados.
Según algunos aspectos, el método comprende cambiar la aproximación parametrizada. Según algunos aspectos adicionales, el conjunto de posiciones con marca de tiempo se puede expandir y/o contraer en base a un criterio de tamaño de conjunto predeterminado. Por ejemplo, la aproximación parametrizada de la ecuación (1) requiere menos posiciones con marca de tiempo que la aproximación parametrizada de la ecuación (2). De este modo, si el criterio de tamaño de conjunto predeterminado indica que es deseable cambiar la aproximación parametrizada, por ejemplo, de la ecuación (1) a la ecuación (2), el conjunto almacenado de posiciones con marca de tiempo se puede expandir en consecuencia para satisfacer la necesidad de posiciones con marca de tiempo adicionales. Del mismo modo, el tamaño del conjunto de posiciones con marca de tiempo se puede reducir, es decir, contraer, en consecuencia, si surgen situaciones opuestas.
Una vez que se ha determinado el conjunto de valores de parámetro de la aproximación parametrizada, la aproximación parametrizada se puede usar para estimar, por ejemplo, usando interpolación, un valor con error corregido para la posición con respecto a la referencia. De este modo, el método comprende además estimar S20 una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro.
Puede ser deseable filtrar el valor de la velocidad, v, en las ecuaciones (1)-(3). Volviendo al ejemplo del codificador de anillo magnético, a menudo hay uno o más huecos en la escala magnética, por ejemplo, con el fin de hacer divisible la escala magnética. En algunos ejemplos, el codificador de anillo magnético tiene al menos dos sensores, que están desplazados espacialmente de manera que cuando un sensor está midiendo en un hueco, el otro sensor está midiendo sobre la escala magnética. Debido a los huecos, la fase de la interpolación puede cambiar abruptamente cuando se conmuta entre los sensores. Por lo tanto, puede que el error de medición no parezca completamente periódico cuando se pasa un hueco. Una forma sencilla de filtrar el valor de la velocidad, v, es calcular la velocidad como una media ponderada entre un valor antiguo de la velocidad y una velocidad calculada sobre el último par de polos, ds/dt.
De este modo, según algunos aspectos, estimar S20 una posición relativa corregida comprende formar S21 una media ponderada de un conjunto de velocidades previas con relación a un cambio de la posición relativa del al menos un sensor con respecto a la referencia y una velocidad actual con relación a un cambio de la posición relativa del al menos un sensor con respecto a la referencia. La formación de la media ponderada permite la eliminación eficiente computacionalmente de saltos repentinos o inestabilidades.
La posición corregida estimada se puede usar en procesos aguas abajo, por ejemplo, como entrada a un generador de señal incremental. De este modo, según algunos aspectos, el método comprende emitir S30 una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida. Según algunos aspectos adicionales, el método comprende generar S40 una señal incremental en base a una señal compensada.
Concerniente a la dependencia de tiempo de la posición con respecto a la referencia, el método se puede realzar aún más para abordar situaciones que implican la puesta en marcha, paradas y cambios de dirección.
Por ejemplo, cuando se aumenta la velocidad desde una parada, es decir, una situación de puesta en marcha, el método puede comprender la salida de valores de posición sin procesar, no compensados hasta que se alcance un cierto límite de velocidad. Expresado de manera diferente, según algunos aspectos, el método comprende evaluar S08 un cambio de la posición, por ejemplo, una velocidad, con respecto a la referencia con un criterio predeterminado. Dependiendo de la evaluación, se puede emitir una señal con relación a una posición sin procesar, no compensada o una posición corregida.
Si un conjunto almacenado de posiciones con marca de tiempo, tal como una tabla de posiciones y tiempos correspondientes, se usa como base para determinar los valores de parámetro establecidos de la aproximación parametrizada, como se ha descrito anteriormente, el conjunto de posiciones con marca de tiempo puede no incluir ninguna posición con marca de tiempo en la puesta en marcha. En tales casos, el valor de velocidad usado para decidir cuándo el método emite una señal con relación a la posición corregida estimada de la posición con respecto a la referencia en lugar de una señal con relación a la posición con respecto a la referencia, es decir, valores de posición sin procesar, no compensados, no es el mismo que el parámetro de velocidad, v, como se ha descrito, por ejemplo, en relación con las ecuaciones (1)-(3) anteriores. Una razón es que al comenzar desde la velocidad cero, la velocidad media puede no estar definida. Por ejemplo, en el ejemplo anterior del codificador de anillo magnético, cuando se comienza desde la velocidad cero, la velocidad media sobre los dos últimos polos magnéticos no está definida, porque dos polos simplemente no se han pasado en absoluto. En cambio, cuando se comienza desde la velocidad cero, la velocidad se calcula como el cambio de posición durante un período de tiempo fijo, es decir, un número fijo de posiciones muestreadas.
Una vez que la velocidad ha alcanzado una velocidad suficientemente alta, el método no es muy sensible a la aceleración o al retardo. No obstante, si la velocidad es tan baja que se acerca de nuevo a cero, la posición no compensada, es decir, sin procesar, se puede emitir de nuevo en lugar de la posición compensada.
De este modo, el criterio predeterminado con el que se compara el cambio de posición con respecto a la referencia puede comprender que la velocidad exceda o caiga por debajo de un umbral predeterminado.
El criterio predeterminado con el que se compara el cambio de la posición con respecto a la referencia puede comprender que la aceleración exceda o caiga por debajo de un umbral predeterminado.
Según algunos aspectos, el criterio predeterminado con el que se compara el cambio de posición con respecto a la referencia comprende una diferencia entre la primera posición relativa corregida en el primer tiempo y una posición relativa no corregida que corresponde al primer tiempo que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado.
Los umbrales de posición, velocidad y aceleración pueden ocurrir simultáneamente en el criterio predeterminado. Por ejemplo, cuando se hace la puesta en marcha, un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo puede necesitar ser almacenado S06 antes de que se pueda determinar S10 el conjunto de valores de parámetro. De este modo, en este ejemplo, el criterio puede comprender que la velocidad necesita exceder un umbral predeterminado al mismo tiempo que la aceleración necesita caer por debajo de un umbral predeterminado. Cuando se ha determinado el conjunto de valores de parámetro, se puede estimar S20 una posición relativa corregida. El método puede comprender además emitir S30 una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida.
Según algunos aspectos, el método comprende emitir S30 la señal compensada cuando la posición corregida estimada es igual a la posición no corregida. Realizando la conmutación desde la emisión de una señal con relación a la posición corregida estimada en un tiempo cuando la posición corregida coincide con la posición no corregida, es decir, sin procesar, se pueden evitar los pasos en la salida.
Entonces, si la posición corregida estimada difiere demasiado de la posición indicada por la señal sin procesar correspondiente y/o se excede un límite de aceleración y/o la velocidad es demasiado baja, la posición no corregida, es decir, sin procesar, se puede usar como base para la señal de salida en lugar de la posición corregida estimada. En otras palabras, el criterio predeterminado puede comprender al menos una de una diferencia entre la posición corregida estimada y la posición no corregida correspondiente que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado, la velocidad que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado y la aceleración que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado. El método puede comprender emitir una señal con relación a la posición no corregida, es decir, sin procesar, con respecto a la referencia cuando se cumple el criterio predeterminado. El método puede comprender emitir S30 la señal compensada cuando se cumple el criterio predeterminado.
De este modo, en resumen, según algunos aspectos, el método comprende además evaluar S08 un cambio de la posición relativa con un criterio predeterminado. Según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende una diferencia entre la posición corregida estimada y una posición no corregida correspondiente que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado. Según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende una velocidad que excede o cae por debajo de un umbral predeterminado. Según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende una aceleración que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado.
La presente descripción también se refiere a un programa de ordenador para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El programa de ordenador comprende un código de programa de ordenador que, cuando se ejecuta en un procesador, hace que el procesador lleve a cabo el método como se describe anteriormente y a continuación.
La Figura 2 ilustra ejemplos del método 200 descrito para la corrección de errores de señal. Los ejemplos ilustrados pueden ser adecuados para su uso en relación con un codificador de anillo magnético, por ejemplo, un codificador de anillo magnético como se describe en relación con la Fig. 1 anterior y con la Fig. 5 a continuación. El codificador de anillo magnético puede tener una referencia de posición en forma de un anillo que comprende polos magnéticos alternos distribuidos uniformemente a lo largo de una circunferencia del anillo.
El método se basa en usar un conjunto de posiciones con marca de tiempo, por ejemplo, en forma de una tabla que comprende las posiciones medidas con respecto a la referencia, y los tiempos correspondientes en los que se midieron las posiciones. Inicialmente, puede que no haya posiciones con marca de tiempo en el conjunto de posiciones con marca de tiempo. Este típicamente será el caso si, por ejemplo, el codificador de anillo magnético comienza desde una parada y la referencia comienza a moverse, es decir, el anillo comienza a girar con respecto a uno o más sensores magnéticos configurados para medir la posición en relación con la referencia. La posición con respecto a la referencia cambia a medida que la referencia gira con respecto a uno o más sensores magnéticos. El método comprende determinar S10 un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a mediciones de la señal de posición durante la duración de al menos un período de un error de señal periódico de la señal de posición. El método comprende además estimar S20 una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo.
El método también comprende emitir S30 una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida.
En el caso de que no haya posiciones con marca de tiempo almacenadas en el conjunto de posiciones con marca de tiempo, que típicamente será el caso cuando se aplica el método en la puesta en marcha del codificador de anillo magnético, no se puede determinar el conjunto de parámetros de la aproximación parametrizada. De este modo, el método comprende almacenar S06 un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia durante la duración de al menos un período del error de señal periódico.
En el caso del codificador de anillo magnético, la posición se mide mediante el uno o más sensores que barren los polos magnéticos del anillo magnético a medida que el anillo magnético gira con respecto al uno o más sensores. El uno o más sensores registran repetidamente una señal en forma de pulsos magnéticos. Cuando hay una perturbación del campo magnético externa, o si el eje alrededor del cual gira el anillo magnético está ligeramente desalineado con respecto al uno o más sensores, la señal medida variará periódicamente sobre los polos norte y sur magnéticos. La variación periódica sobre un par de polos magnéticos corresponde a un error de señal periódico, que indicará una posición del uno o más sensores con respecto al anillo magnético que es ligeramente diferente de lo que se podría esperar en un caso ideal, por ejemplo, un eje de rotación perfectamente alineado y sin perturbación del campo magnético externa. De este modo, el período del error de señal periódico se extiende sobre un par de polos magnéticos, es decir, dos polos magnéticos. Además de reducir el error de señal periódico sobre un par de polos magnéticos, el ejemplo ilustrado reduce aún más los errores de señal recurrentes de la mitad del período. Mientras que el método puede almacenar S06 un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo de una duración del error de señal periódico, el método se ilustrará en este caso como que comprende un paso para almacenar S06 un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo durante la duración de un período del error de señal sobre un par de polos magnéticos, es decir, un período de un polo norte magnético y un polo sur magnético.
Específicamente, en el caso de un codificador de anillo magnético, la longitud de un par de polos norte-sur magnéticos se divide en N-1 segmentos. De este modo, el conjunto de posiciones con marca de tiempo se dispone preferiblemente para recibir N posiciones con marca de tiempo, por ejemplo, en forma de tabla con N valores de posición distribuidos uniformemente y una tabla con los N tiempos correspondientes, o unidas en una única tabla con dos filas o columnas que almacenan pares de valores de posición y los tiempos correspondientes. La primera y la última entradas de la tabla están separadas por un período de un par de polos magnéticos.
A medida que se inicia el método, el conjunto de posiciones con marca de tiempo se llena gradualmente con N posiciones con marca de tiempo. Durante este tiempo, se emiten datos sin procesar, no corregidos. En otras palabras, la posición relativa de al menos un sensor con respecto a la referencia se debe haber movido una distancia que corresponde a una extensión espacial de un par de polos magnéticos antes de que se pueda determinar S10 el conjunto de valores de parámetro, se pueda estimar S20 una primera posición relativa corregida en un primer tiempo, y se pueda emitir S30 una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida. Expresado de manera diferente, según algunos aspectos, el método puede comprender evaluar S08 un cambio de la posición relativa con respecto a la referencia con un criterio predeterminado. Según algunos aspectos adicionales, el criterio predeterminado comprende una diferencia entre la posición corregida estimada y una posición no corregida correspondiente que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado. En este ejemplo, el umbral predeterminado es al menos un período de par de polos magnéticos del error de señal periódico.
Como se describe en relación con la Fig. 1 anterior, el cambio de la posición con respecto a la referencia necesita preferiblemente alcanzar una cierta velocidad antes de que se determine una posición corregida. De este modo, según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende una velocidad que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado.
Una vez que se han cumplido los criterios de distancia y velocidad, se puede determinar S10 el conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de la posición con respecto al tiempo. Según algunos aspectos, la determinación S10 del conjunto de valores de parámetro se realiza usando regresión. En un ejemplo preferido, la aproximación parametrizada comprende una aproximación lineal de la posición con respecto al tiempo. En otras palabras, la aproximación parametrizada toma la forma
s=s0+vt términos opcionales (4),
en donde s denota una posición relativa corregida en un segundo tiempo t, s0 denota una posición relativa inicial con respecto a la referencia, y v denota la velocidad media en el segundo tiempo t. La aproximación parametrizada para la posición relativa corregida s es, de este modo, la expresión del lado derecho de la ecuación (4). La parametrizada puede tomar cualquiera de las formas descritas por las ecuaciones (1)-(3), anteriores. El conjunto de valores de parámetro que se determinan S10 comprende s0 y v.
Con el conjunto de valores de parámetro determinados, se puede estimar un valor corregido para la posición. Según algunos aspectos preferidos, el método comprende interpolar S22 la posición relativa corregida en base al conjunto determinado de valores de parámetro. En particular, con un valor de tiempo actual, tal como el último tiempo registrado o un tiempo futuro con respecto al tiempo cuando se inició un paso del método, se puede obtener un valor de posición actual insertando el valor de tiempo actual en la ecuación (4). De este modo, la estimación S20 de la primera posición relativa corregida se basa además en el tiempo actual. Expresado de manera diferente, el primer tiempo puede comprender un tiempo actual.
El tiempo que tarda el uno o más sensores del codificador de anillo magnético en barrer a lo largo de un par de polos magnéticos puede ser mayor que el intervalo de tiempo entre las posiciones muestreadas. En otras palabras, la frecuencia de muestreo del uno o más sensores puede ser tan alta que varias muestras se midan por un sensor sobre el mismo polo magnético a medida que la referencia magnética se mueve con respecto al sensor. Hasta que la posición del uno o más sensores se haya movido un paso con respecto al codificador de anillo magnético, correspondiente a una distancia de un período del par de polos magnéticos del error de señal periódico dividido por el número de segmentos, N-1, los valores de parámetro actuales, s0 y v, se reutilizan cuando se estima S20 continuamente la primera posición relativa corregida en base al tiempo actual.
A medida que la ventana de tiempo del conjunto de posiciones con marca de tiempo se ha movido un paso adelante, el conjunto de posiciones con marca de tiempo se actualiza añadiendo la posición y el tiempo del último par de polos magnéticos, y la posición con marca de tiempo más antigua se elimina del conjunto de posiciones con marca de tiempo. En otras palabras, el método comprende actualizar S12 el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento, en donde la ventana de tiempo tiene una anchura correspondiente a la duración del al menos un período del error de señal periódico.
El método determina entonces un conjunto actualizado de valores de parámetro, s0 y v, de la aproximación parametrizada de la posición con respecto al tiempo usando el conjunto actualizado de posiciones con marca de tiempo. Las posiciones corregidas futuras con respecto a la referencia se estiman entonces en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto actualizado de valores de parámetro. El método actualiza por ello continuamente el conjunto de valores de parámetro, s0 y v.
Dependiendo del codificador de anillo magnético y de la aplicación prevista, el método puede comprender además evaluar S08 un cambio de la posición relativa con un criterio predeterminado, en donde, según algunos aspectos, el criterio predeterminado comprende al menos una de una diferencia entre la primera posición relativa corregida en el primer tiempo y una posición relativa no corregida correspondiente en el primer tiempo que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado, una velocidad que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado, o una aceleración que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado. El método también puede comprender calcular la velocidad, v, como una media ponderada entre un valor antiguo de la velocidad y una velocidad calculada sobre el último par de polos, ds/dt.
Según algunos aspectos, el método comprende además generar S40 una señal incremental en base a la señal compensada.
Los ejemplos del método descrito ilustrado en relación con la Fig. 2 también se pueden implementar parcial o completamente en software. En otras palabras, los ejemplos del método descrito ilustrado en relación con la Fig. 2 se pueden implementar en un programa de ordenador para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El programa de ordenador comprende un código de programa de ordenador que, cuando se ejecuta en un procesador, hace que el procesador lleve a cabo el método como se ha descrito anteriormente en relación con la Fig. 2.
La Figura 3 ilustra un dispositivo 30 para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. El dispositivo 30 comprende una interfaz de señal de entrada 32 configurada para recibir la señal de posición.
El dispositivo 30 comprende además circuitería de control 34. La circuitería de control está configurada para determinar un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a las mediciones de la señal de posición durante la duración de al menos un período de un error de señal periódico de la señal de posición. La circuitería de control está configurada además para estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo.
El dispositivo 30 también comprende una interfaz de señal de salida 36 configurada para emitir una señal compensada con relación a la primera posición relativa corregida. El dispositivo 30 es capaz por ello de llevar a cabo el método descrito, y tiene todos los efectos técnicos y ventajas del método descrito. La interfaz de señal de entrada y/o la interfaz de señal de salida se pueden implementar, al menos parcialmente, como circuitería electrónica y/u óptica. Según algunos aspectos, la circuitería de control 34 comprende un procesador 37 y una memoria 38. La memoria 38 está configurada para almacenar un programa de ordenador que implementa el método descrito, como se describe anteriormente y a continuación. El procesador 37 está configurado para ejecutar el programa de ordenador almacenado en la memoria 38.
La Figura 4 ilustra un codificador 400 para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia 405. El codificador 400 comprende una disposición de sensor 410 que comprende al menos un sensor 420. La disposición de sensor 410 está configurada para medir la posición relativa por medio del al menos un sensor (420, 520). El al menos un sensor puede estar configurado para medir una señal de posición magnética, óptica, inductiva y/o capacitiva.
La disposición de sensor 410 está configurada además para emitir la señal de posición, pos, en base a la posición relativa medida. En el caso de codificadores de anillo magnético, los polos magnéticos alternos del anillo magnético servirán como referencia. La posición con respecto a la referencia estará relacionada con cuántos polos magnéticos que el uno o más sensores hayan pasado por alto durante una trama de tiempo dada.
El codificador 400 comprende además un dispositivo 40 para la corrección de errores de señal de la señal de posición. El dispositivo 40 comprende una interfaz de señal de entrada 42 configurada para recibir la señal de posición, pos, desde la disposición de sensor 410. El dispositivo 40 comprende además circuitería de control 44. La circuitería de control está configurada para determinar un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a mediciones de la señal de posición durante la duración de al menos un período de un error de señal periódico de la señal de posición. La circuitería de control también está configurada para estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo. El codificador 400 también comprende una interfaz de señal de salida 46 configurada para emitir una señal compensada, comp_pos, con relación a la primera posición relativa corregida.
La disposición de sensor puede comprender circuitería de procesamiento adicional que procesa las señales medidas por el uno o más sensores 420 antes de que la información se pase al dispositivo 40 para la corrección de errores de señal, por ejemplo, como se ilustra en relación con la Fig. 5 a continuación.
Según algunos aspectos, el dispositivo 40 se implementa en software, es decir, como un programa de ordenador como se describe anteriormente y a continuación. En este caso, la circuitería de control 44 del dispositivo se puede considerar como parte del codificador 400, por ejemplo, parte de la disposición de sensor. La interfaz de señal de entrada 42 y/o la interfaz de señal de salida 46 también se pueden implementar, al menos parcialmente, en software. Según algunos aspectos, la aproximación parametrizada comprende una relación lineal de la posición relativa corregida (s) con respecto a un segundo tiempo (t). Según algunos aspectos adicionales, la relación lineal está determinada por la suma de una posición relativa inicial, s0, en un tiempo cero inicial, y el producto de una velocidad promedio (v) de la posición relativa en el segundo tiempo (t) y del segundo tiempo (t), s=s0+vt.
Según algunos aspectos, el codificador comprende además un generador de señal 430. El generador de señal 430 está configurado para recibir la señal compensada, comp_pos, desde el dispositivo 40. El generador de señal 430 está configurado además para generar una señal de salida incremental, inc, en base a la señal compensada recibida, comp_pos. El generador de señal 430 también está configurado para emitir la señal de salida incremental generada, inc. El codificador 400 está configurado por ello para proporcionar una señal de salida incremental con corrección de errores en base a las mediciones de los sensores. En el caso de un codificador de anillo magnético, el codificador 400 sería capaz de proporcionar una señal de salida incremental con corrección de errores en base a un par de polos medido.
La Figura 5 ilustra ejemplos de codificadores para la corrección de errores de señal de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia. En particular, la Fig. 5 ilustra ejemplos de codificadores de anillo magnético para la corrección de errores de señal, en donde el método descrito se implementa en el contexto de codificadores de anillo magnético.
El codificador 500 comprende una disposición de sensor 510. La disposición de sensor 510 comprende dos sensores 520. Los dos sensores 520 están configurados para medir una señal magnética.
El codificador comprende un anillo magnético 505. El anillo magnético comprende polos magnéticos alternos distribuidos uniformemente a lo largo de una circunferencia del anillo magnético. El anillo magnético también comprende un hueco en una o más posiciones a lo largo de la circunferencia donde no hay presentes polos magnéticos.
El anillo magnético está configurado además para girar alrededor de un eje. Por ello, el anillo magnético está configurado para girar, es decir, moverse, con respecto a los dos sensores. Los dos sensores están dispuestos con respecto a un anillo magnético del codificador 500 de manera que el al menos un sensor siempre sea capaz de medir una señal magnética de un polo magnético del anillo magnético 505. A medida que el anillo magnético gira, uno de los sensores eventualmente encontrará el hueco y momentáneamente no será incapaz de medir una señal magnética. Teniendo dos sensores, los sensores 520 se pueden separar espacialmente para asegurar que al menos uno de los dos sensores siempre sea capaz de medir una señal magnética del anillo magnético 505. El anillo magnético 505 sirve por ello como referencia para una posición, en donde la posición se relaciona con cuánto ha girado el anillo magnético, por ejemplo, con respecto a los dos sensores 520.
A medida que el anillo magnético realiza un movimiento de rotación, la señal magnética medida sobre un polo norte o sur magnético dependerá del cambio de los polos norte y sur magnéticos que pasan los dos sensores magnéticos 520. En otras palabras, la referencia es el anillo magnético 505, en particular uno o más de los polos magnéticos del anillo magnético. Cuando un sensor magnético se activa primero, se puede establecer una distancia cero, con la distancia que se mide como una rotación, posiblemente acumulativa, del anillo magnético con respecto al sensor magnético. Cuando el anillo magnético se gira con respecto a un sensor magnético, la señal magnética medida por el sensor magnético se relaciona con la rotación del anillo magnético con respecto al sensor magnético. En otras palabras, el cambio medido en el campo magnético corresponde a una distancia recorrida, es decir, una rotación relativa, con respecto a la referencia. No obstante, fuentes de errores, tales como campos magnéticos externos constantes o una ligera desalineación del eje de rotación, pueden hacer que la señal magnética medida se desvíe de un comportamiento esperado asociado con la rotación subyacente, es decir, un cambio de posición con respecto a la referencia, lo que se puede ver como un error. Por ejemplo, si hay un campo magnético externo constante, la señal de medición se puede realzar sobre los polos norte magnéticos y reducir sobre los polos sur magnéticos, o viceversa. A medida que el anillo magnético se mueve, por ejemplo, desde un polo norte magnético al siguiente polo norte magnético, se espera que un sensor experimente un error periódico de la misma longitud, es decir, de la misma duración. Una interpolación para generar una señal de salida incremental aguas abajo experimentará entonces un error de interpolación sobre un par de polos magnéticos. En otras palabras, la señal magnética se mide preferiblemente durante la duración de un período del error de señal periódico.
De este modo, la disposición de sensor 510 está configurada para medir, por medio de los dos sensores 520, una posición con respecto a la referencia 505, es decir, la posición relativa del al menos un sensor con respecto a la referencia. La disposición de sensor 510 está configurada para convertir las señales medidas de los sensores 520 respectivos en señales digitales a través de un convertidor analógico a digital. El convertidor analógico a digital determina la frecuencia a la que se muestrea la posición con respecto a la referencia.
Las señales digitales entonces se transforman desde su forma casi periódica a un valor trigonométrico inverso correspondiente, por ejemplo, arctan, y posteriormente se pasan a un módulo de fusión, por ejemplo, un multiplexor, mux, para fusionar las dos señales en la señal de posición, pos. La disposición de sensor está configurada además para emitir la señal de posición, pos, en base a la posición relativa medida.
El codificador 500 comprende además un dispositivo 50 para la corrección de errores de señal de la señal de posición. El dispositivo 50 comprende una interfaz de señal de entrada configurada para recibir la señal de posición, pos, desde la disposición de sensor 510. El dispositivo 50 comprende además circuitería de control. La circuitería de control está configurada para determinar un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a las mediciones de la señal de posición durante la duración de al menos un período de un error de señal periódico de la señal de posición.
Según algunos aspectos, la aproximación parametrizada comprende una relación lineal de la posición relativa corregida, s, con respecto a un segundo tiempo, t. Según algunos aspectos adicionales, la relación lineal está determinada por la suma de una posición relativa inicial, s0, en un tiempo cero inicial, y el producto de una velocidad media, v, de la posición relativa en el segundo tiempo, t y del segundo tiempo, s=s0+vt.
La circuitería de control está configurada además para estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo.
El dispositivo 50 toma de este modo datos de posición sin procesar, no corregidos en forma de la señal recibida, pos, y estima una posición corregida con respecto a la referencia, es decir, al anillo magnético 505. La posición corregida con respecto a la referencia se usa entonces como base para generar una señal de salida incremental como se describe a continuación.
El codificador comprende además una interfaz de señal de salida configurada para emitir una señal compensada, comp_pos, con relación a la primera posición relativa corregida.
El codificador 500 también comprende un generador de señal 530. El generador de señal 530 está configurado para recibir la señal compensada, comp_pos, desde el dispositivo 50 para la corrección de errores de señal. El generador de señal 530 está configurado además para generar una señal de salida incremental, inc, en base a la señal compensada recibida, comp_pos. El generador de señal 530 también está configurado para emitir la señal de salida incremental generada, inc.
El codificador 500 está configurado para emitir una señal de salida incremental que se ha corregido para el error de señal periódico medido por los dos sensores 520.
Según algunos aspectos, el dispositivo 50 se implementa en software, es decir, como un programa de ordenador para la corrección de errores de señal de una señal con relación a una posición con respecto a una referencia, como se describe anteriormente y a continuación. En este caso, la circuitería de control del dispositivo 50 se puede considerar como parte del codificador 500, por ejemplo, parte de la disposición de sensor 510. La interfaz de señal de entrada y/o la interfaz de señal de salida del dispositivo 50 también se pueden implementar, al menos parcialmente, en software.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Un método (100, 200) para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia, el método que comprende
- almacenar (S06) un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia en base a las mediciones de la señal de posición durante la duración de un período del error de señal periódico, - actualizar (S12) el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento, en donde la ventana de tiempo tiene una anchura que corresponde a la duración de un período del error de señal periódico,
- determinar (S10) un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo, en base a las posiciones relativas con marca de tiempo almacenadas durante la duración de un período del error de señal periódico de la señal de posición, y - estimar (S20) una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo.
2. El método según la reivindicación 1, en donde el primer tiempo comprende el tiempo actual.
3. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde estimar (S20) la posición relativa corregida comprende
- interpolar (S22) la posición relativa corregida en base al conjunto determinado de valores de parámetro.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aproximación parametrizada comprende una relación lineal de la posición relativa corregida (s) con respecto a un segundo tiempo (t).
5. El método según la reivindicación 4, en donde la relación lineal se determina mediante la suma de una posición relativa inicial, s0 , en un tiempo cero inicial, y un producto de una velocidad media (v) de la posición relativa en el segundo tiempo (t) y del segundo tiempo (t),
s=sü+v-t (1)
6. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la determinación (S10) del conjunto de valores de parámetro se realiza usando regresión.
7. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además
- emitir (S30) una señal compensada (comp_pos) con relación a la primera posición relativa corregida.
8. El método según la reivindicación 7, que comprende, además
- generar (S40) una señal incremental en base a la señal compensada (comp_pos).
9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además
- evaluar (S08) un cambio de la posición relativa con un criterio predeterminado.
10. El método según la reivindicación 9, en donde el criterio predeterminado comprende una diferencia entre la primera posición relativa corregida estimada en el primer tiempo y una posición relativa no corregida correspondiente en el primer tiempo que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado.
11. El método según la reivindicación 9 u 11, en donde el criterio predeterminado comprende una velocidad que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado.
12. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10-11, en donde el criterio predeterminado comprende una aceleración que excede o que cae por debajo de un umbral predeterminado.
13. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde estimar (S20) una primera posición relativa corregida en un primer tiempo comprende
- formar (S21) un media ponderada de un conjunto de velocidades previas con relación a un cambio de la posición relativa del al menos un sensor con respecto a la referencia y una velocidad actual con relación a un cambio de la posición relativa del al menos un sensor con respecto a la referencia.
14. Un programa de ordenador para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia, el programa de ordenador que comprende un código de programa de ordenador que, cuando se ejecuta en el procesador de un dispositivo como se define en la reivindicación 16, y asociado con un codificador como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, dicho código de programa hace que el procesador lleve a cabo el método según cualquiera de las reivindicaciones 1-13.
15. Un dispositivo (30, 40, 50) para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia (405, 505), el dispositivo (30, 40, 50) que comprende
- una interfaz de señal de entrada (32, 42) configurada para recibir la señal de posición (pos),
- circuitería de control (34, 44) configurada para
almacenar (S06) un conjunto de posiciones relativas con marca de tiempo con respecto a la referencia en base a mediciones de la señal de posición durante la duración de un período del error de señal periódico, actualizar (S12) el conjunto almacenado de posiciones relativas con marca de tiempo en base a una ventana de tiempo en movimiento, en donde la ventana de tiempo tiene una anchura que corresponde a la duración de un período del error de señal periódico,
determinar un conjunto de valores de parámetro de una aproximación parametrizada de una posición relativa corregida con respecto al tiempo en base a las posiciones relativas con marca de tiempo almacenadas durante la duración de un período de un error de señal periódico de la señal de posición,
estimar una primera posición relativa corregida en un primer tiempo en base a la aproximación parametrizada usando el conjunto determinado de valores de parámetro y el primer tiempo, y
- una interfaz de señal de salida (36, 46) configurada para emitir una señal compensada (comp_pos) con relación a la primera posición relativa corregida.
16. El dispositivo (30, 40, 50) según la reivindicación 15, en donde la circuitería de control (34, 44) comprende un procesador (37, 47) y una memoria (38, 48), en donde la memoria (38, 48) está configurada para almacenar un programa de ordenador según la reivindicación 14 en la misma, y en donde el procesador (37, 47) está configurado para ejecutar el programa de ordenador almacenado en la memoria.
17. Un codificador (400, 500) para la corrección de un error de señal periódico de una señal de posición con relación a una posición relativa de al menos un sensor con respecto a una referencia (405, 505), el codificador (400, 500) que comprende:
- una disposición de sensor (410, 510) que comprende al menos un sensor (420, 520), la disposición de sensor (410, 510) que está configurada para
medir, por medio del al menos un sensor (420, 520), la posición relativa,
emitir la señal de posición (pos) en base a la posición relativa medida; y
- un dispositivo (30, 40, 50) para la corrección de un error de señal periódico según la reivindicación 15 ó 16.
18. Un codificador (400, 500) según la reivindicación 17, en donde la aproximación parametrizada comprende una relación lineal de la posición relativa corregida (s) con respecto a un segundo tiempo (t).
19. Un codificador (400, 500) según la reivindicación 18, en donde la relación lineal está determinada por una suma de una posición relativa inicial, s0 , en un tiempo cero inicial, y un producto de una velocidad media (v) de la posición relativa en el segundo tiempo (t) y del segundo tiempo (t),
s=sü+v-t (1)
20. Un codificador según cualquiera de las reivindicaciones 17-19, que comprende, además
- un generador de señal (430, 530) configurado para
recibir la señal compensada (comp_pos) del dispositivo (30, 40, 50) para la corrección de errores de señal, generar una señal de salida incremental (inc) en base a la señal compensada recibida (comp_pos), y
emitir la señal de salida incremental generada (inc).
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