[發明專利]一種編碼器數據處理方法

在審

• 申請號: 202110261540.5
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113037164A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 陳陽;王瑞
• 申請（專利權）人: 深圳市微秒控制技術有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;G05B13/02;G06F17/13
• 代理公司: 深圳市蘭鋒盛世知識產權代理有限公司 44504
• 代理人: 羅炳鋒

本發明公開了一種編碼器數據處理方法，包括：構建微分跟蹤器；獲取編碼器反饋位置數據并輸入信號u；基于所述微分跟蹤器生成濾波后的反饋位置數據以及轉速數據；將所述微分跟蹤器的輸出轉速數據作為速度環的反饋，在不同的速度環增益下進行電機速度環性能調試，進而獲取不同速度環增益下速度因子r和濾波因子h的最優參數；建立速度因子r、濾波因子h與速度環增益的映射表；在電機正常運行時，根據速度環增益獲取速度因子r和濾波因子h參數，在速度環中進行微分跟蹤器周期迭代計算。本發明能減小轉速數據的波動、可提高伺服系統的速度環剛性、能抑制編碼器自身的量化噪聲、無需參數調試。

技術領域

本發明涉及電機控制系統，尤其涉及一種編碼器數據處理方法。

背景技術

伺服電機一般采用矢量控制的方式來驅動，通過轉矩-轉速-位置三環閉環控制。需要在電機轉子上安裝編碼器，采集轉子的電氣角度、轉速和位置。電氣角度用于實施矢量控制，轉速數據作為速度閉環的反饋，位置數據作為位置閉環的反饋。其中，速度環性能的好壞對整個伺服系統的性能有決定性的影響。

目前，伺服電機編碼器大部分采用的都是數字接口，反饋的是離散的周期性位置數據，現有技術中，往往是對編碼器的原始數據進行有限差分，這種方法有以下問題：

1、原始數據中往往包含了高頻噪聲，有限差分的方式會導致解析出來的轉速曲線有嚴重的毛刺，影響速度環控制效果。

2、編碼器的分辨率和有限差分的周期時間決定了解析出來轉速的分辨率，例如對于單圈17位的編碼器，在125us的差分周期下，轉速的分辨率為60/(0.000125*2¹⁷)＝3.66RPM。分辨率不夠高會導致速度環計算得到的轉矩指令包含高頻噪聲，引發電機異響，影響控制效果。

此外，編碼器內部一般采用光學、磁場、容性或者感性原理來識別位置，都要通過模數轉換來將位置信號轉化為數字量。目前一般都是直接不加處理，將反饋位置數據用于位置環計算。模數轉換的量化噪聲會對位置數據的穩定性造成一定影響。例如，在電機轉子完全靜止時，反饋位置數據還是會存在一個小范圍的隨機波動，電機位置鎖定時，這個波動會導致位置環偏差一直存在，電機不斷地進行閉環調整，最終轉子在鎖定位置附近不斷小范圍波動。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足，提供一種能減小轉速數據的波動、可提高伺服系統的速度環剛性、能抑制編碼器自身的量化噪聲、無需參數調試的編碼器數據處理方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案。

一種編碼器數據處理方法，其包括有如下步驟：步驟S1，構建微分跟蹤器；步驟S2，獲取編碼器反饋位置數據并輸入信號u；步驟S3，基于所述微分跟蹤器生成濾波后的反饋位置數據以及轉速數據；步驟S4，將所述微分跟蹤器的輸出轉速數據作為速度環的反饋，在不同的速度環增益下進行電機速度環性能調試，進而獲取不同速度環增益下速度因子r和濾波因子h的最優參數；步驟S5，建立速度因子r、濾波因子h與速度環增益的映射表；步驟S6，在電機正常運行時，根據速度環增益獲取速度因子r和濾波因子h參數，在速度環中進行微分跟蹤器周期迭代計算，將所述微分跟蹤器輸出的轉速數據作為速度反饋使用，將所述微分跟蹤器的輸出的位置數據作為位置反饋使用。

優選地，所述速度因子r＝4*BW²。

優選地，所述濾波因子h取跟蹤步長T的倍數，即h＝n*T，其中n為正整數。

本發明公開的編碼器數據處理方法，其相比現有技術而言的有益效果在于：相比傳統有限差分的計算方法而言，本發明得到的轉速數據波動更小，由此提高了伺服系統的速度環剛性。其次，本發明編碼器數據處理方法，對編碼器自身的量化噪聲有抑制作用，反饋位置數據更平穩。此外，本發明的編碼器數據處理方法，根據速度環的增益自動配置速度因子和濾波因子，無需參數調試，使用過程簡單方便，較好地滿足了應用需求。

附圖說明