[發明專利]一種基于卡爾曼濾波的雙讀數頭光電編碼器角度估計方法

在審

• 申請號: 202110126280.0
• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112923966A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 向云飛;李夢男;吳孟樺;杜剛;高惟鷹;郭茂;張倩
• 申請（專利權）人: 東方紅衛星移動通信有限公司
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

本發明屬于光電編碼器調試技術領域，具體涉及一種基于卡爾曼濾波的雙讀數頭光電編碼器角度估計方法，該方法包括：對雙讀數頭光電編碼器的兩個讀數頭獲得的角度信息分別通過滑動均值插值微分得到角速度信息，利用電機電流，利用角速度、電機電流和角度的關系對編碼器角度信息進行卡爾曼濾波，根據濾波完的數據求兩組角度值的自適應加權平均濾波值作為預估角度；本發明提升了光電編碼器的角度測量精度，增加所測角度信息的可靠性。

技術領域

本發明屬于光電編碼器調試技術領域，具體涉及一種基于卡爾曼濾波的雙讀數頭光電編碼器角度估計方法。

背景技術

光電編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器；由于光電編碼器具有易小型化和較強環境適應力，因此該器件被廣泛應用于電機轉子位置檢測的傳感器中。一般的光電編碼器主要由光柵盤和光電探測裝置組成。在伺服系統中，由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉.經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。為判斷旋轉方向，碼盤還可提供相位相差90°的2個通道的光碼輸出，根據雙通道光碼的狀態變化確定電機的轉向。

目前，為了提高光電編碼器的精度，一般采用中值濾波和均值濾波對光電編碼器測量的數據進行濾波，雖然該方法能提高光電編碼器的精度；但是該方法的延時較高，影響角度的響應速度，難以適用于高角度刷新頻率的場合，無法克服由于軸系裝配引起的偏心以及軸承跳動帶來的測量誤差。

發明內容

為解決以上現有技術存在的問題，本發明提出了一種基于卡爾曼濾波的雙讀數頭光電編碼器角度估計方法，該方法包括：

S1：采用兩個讀數頭分別獲取電機的角度信息和電流；

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

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

S4：對兩組濾波后的數據進行自適應加權平均濾波處理，得到預測角度。

優選的，采用滑動均值插值微分的方法計算電機的角度信息的公式為：

進一步的，角度均值的公式為：

優選的，光電編碼器的角度、角速度和角加速度關系為：

進一步的，光電編碼器的角加速度公式為：

優選的，采用卡爾曼濾波方程對獲取的數據進行濾波處理；卡爾曼濾波方程包括系統方程和觀測方程；

系統方程為：

x_k＝Ax_k-1+Bu_k-1+w_k-1

觀測方程為：

y_k＝Cx_k+v_k