一種基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方法
【技術領域】：
[0001] 本發(fā)明涉及補償光電編碼器基準電壓的方法。
【背景技術】：
[0002] 在惡劣的環(huán)境和復雜的條件下，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發(fā)生較大的變化，直接影響了譯碼 電路的正常譯碼。同時長時間使用電子元器件的老化也會使光電信號的質(zhì)量降低，影響其 測角精度。為了保證高精度編碼器在不同溫度環(huán)境和長期使用后的測角精度，必須要根據(jù) 實際情況，調(diào)整各路光電信號的參數(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)大量電位器同時觀察示波器信號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電壓是事先測好的，由于基準電壓是固定值，導致譯碼誤差率高。

【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 二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方法。
[0004] 上述的發(fā)明目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：
[0005] 步驟一、將光電編碼器的光電信號離散化，通過A/D進行周期采樣，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 合濾波法獲得新的基準電壓。
[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償光電編碼器基準電壓的方法，將 光電編碼器的光電信號離散化，通過A/D進行采樣，得到采集的數(shù)據(jù)；將采集的數(shù)據(jù)進行最 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；采用防脈沖干擾復合濾波法獲得新的 基準電壓，由于基準電壓是實時監(jiān)測的，解決了手工調(diào)試的方式中基準電壓是固定值，導致 譯碼誤差率高的問題。在使用12位AD，碼盤最小碼道進行1024細分時，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)方式中固定的基準電壓下的譯碼波形示意圖，縱坐標為電壓，橫坐標 為時間，時間單位為S ;
[0012] 圖3為采用最小二乘法擬合曲線自適應補償基準電壓得到的譯碼波形示意圖，第 一個周期為原信號，第二個周期開始采用最小二乘法擬合曲線自適應補償基準電壓得到的 譯碼波形圖，縱坐標為電壓，橫坐標為時間，時間單位為s ;
[0013] 圖4為光電編碼器譯碼信號向上浮動采用最小二乘法擬合曲線自適應補償基準 電壓得到的譯碼波形示意圖，第一個周期為原信號，第二個周期開始采用最小二乘法擬合 曲線自適應補償基準電壓得到的譯碼波形圖，縱坐標為電壓，橫坐標為時間，時間單位為 s ；
[0014] 圖5為光電編碼器譯碼信號向下浮動采用最小二乘法擬合曲線自適應補償基準 電壓得到的譯碼波形示意圖，第一個周期為原信號，第二個周期開始采用最小二乘法擬合 曲線自適應補償基準電壓得到的譯碼波形圖，縱坐標為電壓，橫坐標為時間，時間單位為 s ；
[0015] 圖6為光電編碼器譯碼信號向上向下浮動時所產(chǎn)生的相位差變化示意圖，圖中-代表光電編碼器譯碼信號向上浮動的相位變化圖，圖中一代表光電編碼器譯碼信號正常 值的相位變化圖，圖中一代表光電編碼器譯碼信號向下浮動所產(chǎn)生的相位變化圖，縱坐 標為電壓，橫坐標為時間，時間單位為s。
【具體實施方式】：
【具體實施方式】 [0016] 一：一種基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方法 具體是按照以下步驟進行的：
[0017] 步驟一、將光電編碼器的光電信號離散化，通過A/D進行周期采樣，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轉化電路，亦稱模擬數(shù)字轉換器，簡稱模數(shù)轉換器；將模擬量或連 續(xù)變化的量進行量化（離散化），轉換為相應的數(shù)字量的電路;A/D變換包含三個部分：抽 樣、量化和編碼；一般情況下，量化和編碼是同時完成的；抽樣是將模擬信號在時間上離散 化的過程；量化是將模擬信號在幅度上離散化的過程；編碼是指將每個量化后的樣值用一 定的二進制代碼來表示；
[0019] 步驟二、將采樣的數(shù)據(jù)進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 合濾波法獲得新的基準電壓。
【具體實施方式】 [0021] 二：本實施方式與一不同的是：所述步驟二中將采樣 的數(shù)據(jù)進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] 由光電編碼器的結構知光電編碼器的輸出為正弦曲線，設定擬合目標函數(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] 用最小二乘法對擬合目標函數(shù)y=』.c〇s〇x +的+ A：進行擬合計算：
[0025]
【主權項】
1. 一種基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方法，其特征在于：一種 基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方法具體是按照以下步驟進行的： 步驟一、將光電編碼器的光電信號離散化，通過A/D進行周期采樣，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，采用防脈沖干擾復合濾 波法獲得新的基準電壓。
2. 根據(jù)權利要求1所述一種基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方 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： 設定擬合目標函數(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； 用最小二乘法對擬合目標函數(shù)+的+ &進行擬合計算：
^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)權利要求2所述一種基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方 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 脈沖干擾復合濾波法獲得新的基準電壓，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 個周期得到的采樣數(shù)據(jù)都得到一個最大值，將計算得到的當前周期的最大值與前面N-1個 周期里每個周期的最大值進行比較，分別對N個周期里每個周期的最大值進行排序得到： X1〈X2〈X3〈.......XN 式中，Xl為第一個周期的最大值，X2為第二個周期的最大值，X3為第三個周期的最大 值，％為第N個周期的最大值； 用防脈沖干擾復合濾波法可得到新的基準電壓上限值為： X= (x2+x3+x4+. ? ?Xh) / (N-2) 式中，X為基準電壓上限值，x4為第4個周期的最大值，xN_i為第N-1個周期的最大值，N為第N個周期； (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，每個采樣 周期都得到一個最小值，將計算得到的當前周期的最小值與前面N-1個周期里每個周期的 最小值進行比較，分別對N個周期里每個周期的最小值進行排序得到： yi<y2<y3<.......yN 式中，yi為第一個周期的最小值，y2為第二個周期的最小值，y3為第三個周期的最小 值，yN為第N個周期的最小值； 用防脈沖干擾復合濾波法可得到新的基準電壓下限值為： Y= (y2+y3+y4+. ? ?ym) / (N-2) 式中，y4為第4個周期的最小值，yN_i為第N-1個周期的最小值，N為第N個周期； 每5s查詢一次新得到的電壓值并更新為新的基準電壓。
【專利摘要】一種基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方法，本發(fā)明涉及補償光電編碼器基準電壓的方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術譯碼誤差率高的問題。一種基于最小二乘法擬合曲線補償光電編碼器基準電壓的方法具體是按照以下步驟進行的：步驟一、將光電編碼器的光電信號離散化，通過A/D進行周期采樣，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，采用防脈沖干擾復合濾波法獲得新的基準電壓。本發(fā)明應用于光電編碼器譯碼，補償和最小二乘法擬合曲線等技術領域。
【IPC分類】G01D3-036
【公開號】CN104613986
【申請?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
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月5日