一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在惡劣的環(huán)境和復(fù)雜的條件下，由于編碼器光電發(fā)射器件和光電接收器件的參數(shù) 易受環(huán)境因素的影響，致使譯碼電路得到的光電流信號(hào)發(fā)生較大的變化，直接影響了譯碼 電路的正常譯碼。同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間使用電子元器件的老化也會(huì)使光電信號(hào)的質(zhì)量降低，影響其 測(cè)角精度。為了保證高精度編碼器在不同溫度環(huán)境和長(zhǎng)期使用后的測(cè)角精度，必須要根據(jù) 實(shí)際情況，調(diào)整各路光電信號(hào)的參數(shù)。而目前采用的方法均采用手工調(diào)試的方式，即通過手 工調(diào)節(jié)大量電位器同時(shí)觀察示波器信號(hào)波形來確定和修改譯碼器電路的內(nèi)部程序參數(shù)。這 種方法的弊端就是基準(zhǔn)電壓是事先測(cè)好的，由于基準(zhǔn)電壓是固定值，導(dǎo)致譯碼誤差率高。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)譯碼誤差率高的問題，而提出了一種基于最小 二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法。
[0004] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 步驟一、將光電編碼器的光電信號(hào)離散化，通過A/D進(jìn)行周期采樣，周期數(shù)為N，得 到采樣的數(shù)據(jù)\和y i，i的取值范圍是1、2、3或4 ;
[0006] 步驟二、將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合曲線，得到最小二乘法擬合曲線方程 式，通過最小二乘法擬合曲線方程式，計(jì)算得到最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最 小值；
[0007] 步驟三、根據(jù)最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值，采用防脈沖干擾復(fù) 合濾波法獲得新的基準(zhǔn)電壓。
[0008] 發(fā)明效果
[0009] 采用本發(fā)明的一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法，將 光電編碼器的光電信號(hào)離散化，通過A/D進(jìn)行采樣，得到采集的數(shù)據(jù)；將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行最 小二乘法擬合曲線，得到最小二乘法擬合曲線方程式，通過最小二乘法擬合曲線方程式，得 到最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值；采用防脈沖干擾復(fù)合濾波法獲得新的 基準(zhǔn)電壓，由于基準(zhǔn)電壓是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的，解決了手工調(diào)試的方式中基準(zhǔn)電壓是固定值，導(dǎo)致 譯碼誤差率高的問題。在使用12位AD，碼盤最小碼道進(jìn)行1024細(xì)分時(shí)，精度最高能提高 400 % 〇
【附圖說明】：
[0010] 圖1為本發(fā)明流程圖；
[0011] 圖2為傳統(tǒng)方式中固定的基準(zhǔn)電壓下的譯碼波形示意圖，縱坐標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo) 為時(shí)間，時(shí)間單位為S ;
[0012] 圖3為采用最小二乘法擬合曲線自適應(yīng)補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓得到的譯碼波形示意圖，第 一個(gè)周期為原信號(hào)，第二個(gè)周期開始采用最小二乘法擬合曲線自適應(yīng)補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓得到的 譯碼波形圖，縱坐標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo)為時(shí)間，時(shí)間單位為s ;
[0013] 圖4為光電編碼器譯碼信號(hào)向上浮動(dòng)采用最小二乘法擬合曲線自適應(yīng)補(bǔ)償基準(zhǔn) 電壓得到的譯碼波形示意圖，第一個(gè)周期為原信號(hào)，第二個(gè)周期開始采用最小二乘法擬合 曲線自適應(yīng)補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓得到的譯碼波形圖，縱坐標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo)為時(shí)間，時(shí)間單位為 s ；
[0014] 圖5為光電編碼器譯碼信號(hào)向下浮動(dòng)采用最小二乘法擬合曲線自適應(yīng)補(bǔ)償基準(zhǔn) 電壓得到的譯碼波形示意圖，第一個(gè)周期為原信號(hào)，第二個(gè)周期開始采用最小二乘法擬合 曲線自適應(yīng)補(bǔ)償基準(zhǔn)電壓得到的譯碼波形圖，縱坐標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo)為時(shí)間，時(shí)間單位為 s ；
[0015] 圖6為光電編碼器譯碼信號(hào)向上向下浮動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的相位差變化示意圖，圖中-代表光電編碼器譯碼信號(hào)向上浮動(dòng)的相位變化圖，圖中一代表光電編碼器譯碼信號(hào)正常 值的相位變化圖，圖中一代表光電編碼器譯碼信號(hào)向下浮動(dòng)所產(chǎn)生的相位變化圖，縱坐 標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo)為時(shí)間，時(shí)間單位為s。
【具體實(shí)施方式】：
【具體實(shí)施方式】 [0016] 一：一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法 具體是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0017] 步驟一、將光電編碼器的光電信號(hào)離散化，通過A/D進(jìn)行周期采樣，周期數(shù)為N，得 到采樣的數(shù)據(jù)\和y i，i的取值范圍是1、2、3或4 ;
[0018] 所述A/D為A/D轉(zhuǎn)化電路，亦稱模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器；將模擬量或連 續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路;A/D變換包含三個(gè)部分：抽 樣、量化和編碼；一般情況下，量化和編碼是同時(shí)完成的；抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散 化的過程；量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過程；編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一 定的二進(jìn)制代碼來表示；
[0019] 步驟二、將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合曲線，得到最小二乘法擬合曲線方程 式，通過最小二乘法擬合曲線方程式，計(jì)算得到最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最 小值；
[0020] 步驟三、根據(jù)最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值，采用防脈沖干擾復(fù) 合濾波法獲得新的基準(zhǔn)電壓。
【具體實(shí)施方式】 [0021] 二：本實(shí)施方式與一不同的是：所述步驟二中將采樣 的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合曲線，得到最小二乘法擬合曲線方程式，通過最小二乘法擬合 曲線方程式，計(jì)算得到最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值；具體過程為：
[0022] 由光電編碼器的結(jié)構(gòu)知光電編碼器的輸出為正弦曲線，設(shè)定擬合目標(biāo)函數(shù)為 y=Acos(c/)x-\-φ)-\-k ；
[0023] 式中，A為正弦波的幅值，ω為正弦波的頻率，爐為正弦波的相位偏移，k為正弦波 的幅值偏移；
[0024] 用最小二乘法對(duì)擬合目標(biāo)函數(shù)y=』.c〇s〇x +的+ A：進(jìn)行擬合計(jì)算：
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法，其特征在于：一種 基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的： 步驟一、將光電編碼器的光電信號(hào)離散化，通過A/D進(jìn)行周期采樣，周期數(shù)為N，得到采 樣的數(shù)據(jù)\和yi，i的取值范圍是1、2、3或4 ; 步驟二、將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合曲線，得到最小二乘法擬合曲線方程式，通 過最小二乘法擬合曲線方程式，計(jì)算得到最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值； 步驟三、根據(jù)最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值，采用防脈沖干擾復(fù)合濾 波法獲得新的基準(zhǔn)電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方 法，其特征在于：所述步驟二中將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合曲線，得到最小二乘法擬 合曲線方程式，通過最小二乘法擬合曲線方程式，計(jì)算得到最小二乘法擬合曲線方程式的 最大值和最小值；具體過程為： 設(shè)定擬合目標(biāo)函數(shù)為y=Xcos(/yx+灼+眾 式中，A為正弦波的幅值，《為正弦波的頻率，P為正弦波的相位偏移，k為正弦波的幅 值偏移； 用最小二乘法對(duì)擬合目標(biāo)函數(shù)+的+ &進(jìn)行擬合計(jì)算：
^a0=k, <i>〇(x) =1, , <})j(x) =cos(cox),a2 = -P^m(p,<J>2(x)= sin(cox)；
式中，傘。=傘 〇(x)，傘1=傘i(x)，傘2=傘 2(x)，傘j=傘j(x)，<1^=傘k(x)，f=Yi，j的取值范圍為〇、1或2,k的取值范圍為0、1或2, \和y 步驟一中得到的采樣數(shù)據(jù)，i 的取值范圍是1、2、3或4 ; 得到A，弘《，k的值，y^4cos爐(《x+少)+免； 最小二乘法擬合曲線方程式的最大值為：max=A+k; 最小二乘法擬合曲線方程式的最小值為：min=k-A; 式中，A為正弦波的幅值，k為正弦波的幅值偏移。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方 法，其特征在于：所述步驟三中根據(jù)最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值，采用防 脈沖干擾復(fù)合濾波法獲得新的基準(zhǔn)電壓，具體過程為： (1) 根據(jù)步驟一中得到的采樣數(shù)據(jù)\和yi和步驟二中最小二乘法擬合曲線方程式，每 個(gè)周期得到的采樣數(shù)據(jù)都得到一個(gè)最大值，將計(jì)算得到的當(dāng)前周期的最大值與前面N-1個(gè) 周期里每個(gè)周期的最大值進(jìn)行比較，分別對(duì)N個(gè)周期里每個(gè)周期的最大值進(jìn)行排序得到： X1〈X2〈X3〈.......XN 式中，Xl為第一個(gè)周期的最大值，X2為第二個(gè)周期的最大值，X3為第三個(gè)周期的最大 值，％為第N個(gè)周期的最大值； 用防脈沖干擾復(fù)合濾波法可得到新的基準(zhǔn)電壓上限值為： X= (x2+x3+x4+. ? ?Xh) / (N-2) 式中，X為基準(zhǔn)電壓上限值，x4為第4個(gè)周期的最大值，xN_i為第N-1個(gè)周期的最大值，N為第N個(gè)周期； (2) 根據(jù)步驟一中得到采樣的數(shù)據(jù)和步驟二中最小二乘法擬合曲線方程式，每個(gè)采樣 周期都得到一個(gè)最小值，將計(jì)算得到的當(dāng)前周期的最小值與前面N-1個(gè)周期里每個(gè)周期的 最小值進(jìn)行比較，分別對(duì)N個(gè)周期里每個(gè)周期的最小值進(jìn)行排序得到： yi<y2<y3<.......yN 式中，yi為第一個(gè)周期的最小值，y2為第二個(gè)周期的最小值，y3為第三個(gè)周期的最小 值，yN為第N個(gè)周期的最小值； 用防脈沖干擾復(fù)合濾波法可得到新的基準(zhǔn)電壓下限值為： Y= (y2+y3+y4+. ? ?ym) / (N-2) 式中，y4為第4個(gè)周期的最小值，yN_i為第N-1個(gè)周期的最小值，N為第N個(gè)周期； 每5s查詢一次新得到的電壓值并更新為新的基準(zhǔn)電壓。
【專利摘要】一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法，本發(fā)明涉及補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)譯碼誤差率高的問題。一種基于最小二乘法擬合曲線補(bǔ)償光電編碼器基準(zhǔn)電壓的方法具體是按照以下步驟進(jìn)行的：步驟一、將光電編碼器的光電信號(hào)離散化，通過A/D進(jìn)行周期采樣，得到采樣的數(shù)據(jù)；步驟二、將采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合曲線，得到最小二乘法擬合曲線方程式，計(jì)算得到最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值；步驟三、根據(jù)最小二乘法擬合曲線方程式的最大值和最小值，采用防脈沖干擾復(fù)合濾波法獲得新的基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明應(yīng)用于光電編碼器譯碼，補(bǔ)償和最小二乘法擬合曲線等技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】G01D3-036
【公開號(hào)】CN104613986
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510060995
【發(fā)明人】陳興林, 崔寧, 李松峰, 于志亮, 徐川川, 曹開銳, 劉楊, 耿光曉
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日