[發(fā)明專利]一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法

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• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112923966A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向云飛;李夢男;吳孟樺;杜剛;高惟鷹;郭茂;張倩
• 申請（專利權(quán)）人: 東方紅衛(wèi)星移動通信有限公司
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 盧勝斌

1.一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法，其特征在于，包括：

S1：采用兩個讀數(shù)頭分別獲取電機(jī)的角度信息和電流；

S2：采用滑動均值插值微分的方法分別計算兩個讀數(shù)頭采集到的電機(jī)角度信息，得到電機(jī)的角速度；

S3：將兩個讀數(shù)頭采集到的角度信息、電流以及計算得到的角速度分別進(jìn)行卡爾曼濾波處理，得到兩組濾波后的數(shù)據(jù)；

S4：對兩組濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)平均濾波處理，得到預(yù)測角度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法，其特征在于，采用滑動均值插值微分的方法計算電機(jī)的角度信息的公式為：

其中，表示k時刻電機(jī)的滑動均值角度，表示k-N時刻電機(jī)的滑動均值角度，表示k-2N時刻電機(jī)的角度，N表示每個T周期角度更新數(shù)，T表示編碼器刷新周期。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法，其特征在于，角度均值的公式為：

其中，表示k時刻最新六個角度值的最小值，表示k時刻最新六個角度值的最大值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法，其特征在于，光電編碼器的角度、角速度和角加速度關(guān)系為：

其中，θ_k表示k時刻電機(jī)的角度，ω_k表示k時刻電機(jī)的角速度，T表示編碼器刷新周期，a_k表示k時刻角加速度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法，其特征在于，光電編碼器的角加速度公式為：

其中，I_k表示k時刻電機(jī)的電流，K_e表示電機(jī)力矩系數(shù)，J表示轉(zhuǎn)動慣量。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法，其特征在于，采用卡爾曼濾波方程對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理；卡爾曼濾波方程包括系統(tǒng)方程和觀測方程；

系統(tǒng)方程的表達(dá)式為：

x_k＝Ax_k-1+Bu_k-1+w_k-1

觀測方程的表達(dá)式為：

y_k＝Cx_k+v_k

其中，x_k表示系統(tǒng)的狀態(tài)變量，A表示系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，B表示控制矩陣，u_k-1表示系統(tǒng)的控制量，w_k-1表示系統(tǒng)噪聲，y_k表示角度測量值，C表示測量矩陣，v_k表示測量噪聲。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的雙讀數(shù)頭光電編碼器角度估計方法，其特征在于，對兩組濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行自適應(yīng)加權(quán)平均濾波處理的過程包括：計算系統(tǒng)的自適應(yīng)加權(quán)系數(shù)K₁和K₂；設(shè)置加權(quán)系數(shù)閾值；判斷自適應(yīng)加權(quán)系數(shù)K₁和K₂與設(shè)置的判斷閾值的大小，當(dāng)K₁或K₂大于10％且小于90％時，通過自適應(yīng)加權(quán)系數(shù)K₁和K₂對兩組濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)處理；當(dāng)K₁或K₂大于90％時，判斷K₁和K₂的大小，選取自適應(yīng)加權(quán)系數(shù)大的讀數(shù)頭數(shù)值作為測得的角度值。