[實用新型]一種動態可變時間常數濾波器

有效

• 申請號: 201620308169.8
• 申請日: 2016-04-14
• 公開（公告）號: CN206559325U
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 呂悅川;錢煒;宋海峰
• 申請（專利權）人: 北京智聯安科技有限公司
• 主分類號: H03H17/00
• 分類號: H03H17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本實用新型涉及電子電路領域，尤其是一種動態可變時間常數濾波器。

【背景技術】

目前編碼器被普遍用于伺服電機、智能機器人、數控機床等領域，是一種把角位移或直線位移轉換成電信號的精密測量裝置，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼。

按照編碼器工作原理，主要有光柵編碼器、磁柵編碼器和容柵編碼器。光柵編碼器利用光線通過光柵碼盤旋轉產生的干涉條紋明暗變化來檢測位置或運動；磁柵編碼器利用磁場的霍爾效應來檢測磁柵碼盤的運動；而容柵編碼器則通過相對的兩片印刷電路板相對運動產生的電容變化來進行位移的精密檢測。

無論光柵編碼器、磁柵編碼器還是容柵編碼器，所用碼盤的刻線決定了其物理分辨率。提升物理分辨率必然要增加編碼器的制造加工難度，提高成本，而且分辨率提升極限受制于工業制造技術的限制。

因此，為了提升編碼器的分辨率，在物理分辨率不變的情況下，往往采用細分方法來進一步提高編碼器輸出分辨率。

然而，隨著細分系數的增加，編碼器前端采集的信號的微小變化，都會造成編碼器輸出的跳動，甚至等編碼器完全沒有運動的情況下，由于環境噪聲和電路噪聲的影響，編碼器的輸出信號不停的變化。

為了解決編碼器穩定性問題，在細分編碼器的輸出前往往加入濾波器，以濾除造成編碼器輸出跳動的干擾信號。但是濾波器的引用，會使編碼器的輸出響應速度變慢，在高速運動的系統中，造成控制精度下降。

因此，輸出濾波器的時間常數選擇變得十分困難和敏感。時間常數過小，無法濾除噪聲；而時間常數過大，又影響響應速度。

【實用新型內容】

本實用新型提供了一種動態可變時間常數濾波器，用以解決濾波器的時間常數選擇時，快速響應和低噪聲的矛盾。

本實用新型的一種動態可變時間常數濾波器，包括：快速響應濾波器和慢速響應濾波器，以及與所述快速響應濾波器和慢速響應濾波器均相連的變權重合成器；將輸入信號同時輸入到所述的快速響應濾波器和慢速響應濾波器分別處理后分兩路輸入所述的變權重合成器，經由所述變權重合成器合成所述輸入的兩路信號后輸出信號。

其中，所述的快速響應濾波器采用一階濾波器、二階濾波器，或高階濾波器； 所述的慢速響應濾波器采用一階濾波器、二階濾波器，或高階濾波器。

其中所述的快速響應濾波器和慢速響應濾波器分別為時間常數不同的低通濾波器。

其中，所述的變權重合成器包括：快速信號乘法器，慢速信號乘法器，與所述慢速信號乘法器連接的運算器，以及與所述快速信號乘法器和慢速信號乘法器均相連的加法器；快速響應濾波器輸出的快速信號與快速權重系數被送進快速信號乘法器做有符號乘法運算，乘積輸入到所述加法器；同時，慢速響應濾波器輸出的慢速信號與運算器計算得到的慢速權重系數被送進慢速信號乘法器做有符號乘法運算，乘積輸入到所述加法器；所述加法器將兩路輸入信號相加，得到合成后輸出信號。

本實用新型的動態可變時間常數濾波器中輸入信號被同時輸入到快速響應濾波器和慢速響應濾波器，濾波器的輸出信號進入變權重合成器，通過調整權重系數可實現改變濾波器響應速度的目的。

【附圖說明】

圖1是本實用新型實施例1的動態可變時間常數濾波器示意圖；

圖2是本實用新型實施例1的數字一階低通濾波器的原理圖；

圖3是本實用新型實施例1的變權重合成器13的原理結構示意圖；

圖4是本實用新型實施例2的流程圖；

圖5是本實用新型實施例2的數字一階低通濾波器的原理圖；

圖6是本實用新型實施例2的變權重合成器工作原理圖；

圖7是本實用新型實施例的權重系數與濾波器響應速度曲線圖；

圖8是本實用新型實施例的實測輸出波形圖。

【具體實施方式】

經發明人研究發現，傳統的數字濾波器，通過改變運算系數的方法可以實現時間常數的調整，但是在改變運算系數的同時，會造成輸出結果的階躍跳變，這種方法不適用于實時性和平穩性要求很高的系統，例如旋轉編碼器和直線位置編碼器。因此，發明人提出了一種動態可變時間常數濾波器，適用于模擬濾波器或者數字濾波器，通過該方案可以實現動態調整濾波器的時間常數，同時輸出不會產生階躍跳變。以下通過實施例進一步詳述。