一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法及补偿装置

摘要

本发明公开了一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法及补偿装置，该补偿装置包括第1定时采样电路，特征是：第2定时采样电路由数据采集模块、数据关系判定模块、数据选择器、第1、2计数状态机、采样偏移归一化时间计算模块、权值计算模块和乘加运算模块组成。该补偿方法根据异步采样中采样偏差会随时间线性累积的特征，结合采样偏移归一化时间对采样数据进行了补偿，由于归一化时间是第2定时采样电路自动统计且不和第1定时采样电路的采样周期相关，进而补偿结果与影响采样周期的各种因素无关，所以本发明能有效地减小由于采样偏差导致的角度动态测量误差，使得动态应用场合下的角度测量精度得到提高，性能也更加稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及动态场合应用下的角度测量方法，尤其是涉及一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法及补偿装置。

背景技术

角度测量广泛用于军事、工业和机器人等领域，随着技术的发展，测角传感器也不断地被小型化和智能化，它通过定时采样后可提供数字角度信号。为了达到预期的精度通常要和外部电路构成一套测角系统，此时外部处理电路和数字角度传感器便构成了异步采样关系。

由于采样偏差的存在，基于异步采样的测角系统应用在动态场合下时会产生比较大的误差，该误差正比于数字角度传感器采样周期T，此外由于环境的变化引起T发生变化，即测量误差会也会随着环境温度变化而变化，对数字角度传感器的转换值进行非线性校准和温度校准也很难解决以上问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法，它能有效地减小由于采样偏差导致的角度测量误差，使得动态应用场合下的角度测量精度得到提高，性能也更加稳定。

本发明的第二个目的在于提供一种基于异步采样的自适应动态误差补偿装置。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法，特征是：

A、第1定时采样电路对机械角度进行采集，得到角度值，并由第1定时采样电路转化为数字电气角度值，第1定时采样电路的采样频率为10kHz；

B、第2定时采样电路中的数据采集模块通过同步串行数字接口在采样触发信号Tr1的触发下定时对第1定时采样电路进行数据采集，以获取数字角度值，采样触发信号Tr1的采样频率为500Hz，此时第1定时采样电路和第2定时采样电路构成了异步采样关系；

C、数据采集模块每次被触发后便开始以40us完成一次数据采集，共采集三组数字角度值A、B和C，完成三次采集后将三组数字角度值A、B和C分别传输给数据关系判定模块和数据选择器，数据采集模块同时产生第3触发信号Tr3给数据关系判定模块；

D、数据关系判定模块被第3触发信号Tr3触发后对数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值进行判定，得到第1组合关系ST1、第2组合关系ST2、第3组合关系ST3、第4组合关系ST4四种关系的组合，即：ST1:A=B=C; ST2:A=B≠C; ST3:A≠B=C；ST4：A≠B≠C；

E、第1计数状态机和第2计数状态机根据数据关系判定模块传输来的第1数据关系指示信号St0和第2数据关系指示信号St1分别进行计数，计数规则为：第1数据关系指示信号St0值和第2数据关系指示信号St1值发生变化时，第1计数状态机的第1数值N1加1；当上一组数字角度值A、B、C的关系为ST3（st0=1，st1=0），而本组数字角度值A、B、C的关系为ST2（st0=0，st1=1），第2计数状态机的第2数值N2加1；当本组的数字角度值A、B、C的关系由ST2或ST3或ST4变为ST1（st0=1，st1=1），第2计数状态机的第2数值N2加1，此时第1计数状态机将第1数值N1、第2数值N2传输给采样偏移归一化时间计算模块，将第1数值N1传输给权值计算模块，同时产生第2触发信号Tr2给采样偏移归一化时间计算模块，并且在第2触发信号Tr2的下降沿将第1数值N1、第2数值N2清零;

F、第2触发信号Tr2的上升沿触发归一化偏移时间计算模块，归一化偏移时间计算模块根据第1数值N1、第2数值N2更新归一化偏移时间t，并将归一化偏移时间t传输给权值计算模块；

G、权值计算模块根据新的归一化偏移时间t和第1数值N1重新计算第1权值w1、第2权值w2，w1=N1*t，w2=1-w1；

H、数据选择器根据数据关系判定模块传输来的第1数据关系指示信号St0和第2数据关系指示信号St1从数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值中进行选择后输出待加权信号Y1、Y2；

I、乘加运算模块对Y1,Y2进行加权，输出经自适应补偿后的角度θ，即θ=w1*Y1+w2*Y2，各状态下输出角度θ为：

ST1: θ= A*t*N1+C*(1-t*N1);

ST2: θ= A*t*N1+C*(1-t*N1)；

ST3: θ= A*t*N1+B*(1-t*N1)；

ST4: θ= B*t*N1+B*(1-t*N1)  。

本发明的第二个目的是这样实现的：

一种基于异步采样的自适应动态误差补偿装置，特征是：包括第1定时采样电路，第2定时采样电路由数据采集模块、数据关系判定模块、数据选择器、第1计数状态机、第2计数状态机、采样偏移归一化时间计算模块、权值计算模块、乘加运算模块组成，数据采集模块的数据输入端通过SSI数字接口电路与第1定时采样电路的数据输出端连接，数据采集模块的数据输出端分别与数据关系判定模块的数据输入端和数据选择器的数据输入端连接，数据采集模块的触发信号输出端与数据关系判定模块的触发信号输入端连接，数据关系判定模块的数据输出端分别与第1计数状态机的关系判定输入端、第2计数状态机的关系判定输入端和数据选择器输入端连接，第2计数状态机的数值输出端与采样偏移归一化时间计算模块输入端连接，第1计数状态机的数值输出端分别与采样偏移归一化时间计算模块的数值输入端和权值计算模块的数值输入端连接，第1计数状态机的触发信号输出端与采样偏移归一化时间计算模块的触发信号输入端连接，权值计算模块的权值输出端与乘加运算模块的权值输入端连接，数据选择器的数据输出端和乘加运算模块的数据输入端连接，乘加运算模块的角度输出端输出经自适应补偿后的角度θ。

由于异步采样中存在采样偏差，第1定时采样电路和第2定时采样电路中的采样偏差是会随时间线性累积，因此，本发明为一种自适应的方法，它根据异步采样中采样偏差会随时间线性累积的特征，结合采样偏移归一化时间对采样数据进行了补偿，由于归一化时间是第2定时采样电路自动统计且不和第1定时采样电路的采样周期相关，进而补偿结果与影响采样周期的各种因素无关，所以本发明能有效地减小由于采样偏差导致的角度动态测量误差，使得动态应用场合下的角度测量精度得到提高，性能也更加稳定。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法，具体步骤如下：

A、第1定时采样电路（AS5045）定时对机械角度进行采集，得到数字式的电气角度，AS5045的采样频率为10kHz；

B、第2定时采样电路中的数据采集模块通过SSI数字接口在采样触发信号Tr1的触发下定时对第1定时采样电路进行数据采集，以获取数字角度值，采样触发信号Tr1的频率为500Hz，此时第1定时采样电路和第2定时采样电路构成了异步采样关系；

C、数据采集模块每次被触发后便开始以40us完成一次数据采集，共采集三组数字角度值A、B和C，完成三次采集后将三组数字角度值A、B和C分别传输给数据关系判定模块和数据选择器，数据采集模块同时产生第3触发信号Tr3给数据关系判定模块；

D、数据关系判定模块被第3触发信号Tr3触发后对数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值进行判定，得到第1组合关系ST1、第2组合关系ST2、第3组合关系ST3、第4组合关系ST4四种关系的组合，即：ST1:A=B=C; ST2:A=B≠C; ST3:A≠B=C；ST4：A≠B≠C，由数据关系指示信号St0和St1表示这四种关系，见表1；

表1 数据关系的表示

E、第1计数状态机和第2计数状态机根据数据关系判定模块传输来的第1数据关系指示信号St0和第2数据关系指示信号St1分别进行计数，计数规则为：第1数据关系指示信号St0值和第2数据关系指示信号St1值发生变化时，第1计数状态机的第1数值N1加1；当上一组数字角度值A、B、C的关系为ST3，而本组数字角度值A、B、C的关系为ST2，第2计数状态机的第2数值N2加1；当本组的数字角度值A、B、C的关系由ST2或ST3或ST4变为ST1，第2计数状态机的第2数值N2加1，此时第1计数状态机将第1数值N1、第2数值N2传输给采样偏移归一化时间计算模块，将第1数值N1传输给权值计算模块，同时产生第2触发信号Tr2给采样偏移归一化时间计算模块，并且在第2触发信号Tr2的下降沿将第1数值N1、第2数值N2清零;

F、第2触发信号Tr2的上升沿触发归一化偏移时间计算模块，归一化偏移时间计算模块根据第1数值N1、第2数值N2更新归一化偏移时间t，并将归一化偏移时间t传输给权值计算模块；

G、权值计算模块根据新的归一化偏移时间t和第1数值N1重新计算第1权值w1、第2权值w2，w1=N1*t，w2=1-w1；

H、数据选择器根据数据关系判定模块传输来的第1数据关系指示信号St0和第2数据关系指示信号St1从数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值中进行选择后输出待加权信号Y1、Y2；

I、乘加运算模块对Y1,Y2进行加权，输出经自适应补偿后的角度θ，即θ=w1*Y1+w2*Y2，各状态下输出为

ST1: θ= A*t*N1+C*(1-t*N1)；;

ST2: θ= A*t*N1+C*(1-t*N1)；

ST3: θ= A*t*N1+B*(1-t*N1)；

ST4: θ= B*t*N1+B*(1-t*N1)。

一种基于异步采样的自适应动态误差补偿装置，特征是：包括第1定时采样电路（AS5045），第2定时采样电路由数据采集模块、数据关系判定模块、数据选择器、第1计数状态机、第2计数状态机、采样偏移归一化时间计算模块、权值计算模块、乘加运算模块组成，数据采集模块的数据输入端通过SSI数字接口电路与第1定时采样电路的数据输出端连接，数据采集模块的数据输出端分别与数据关系判定模块的数据输入端和数据选择器的数据输入端连接，数据采集模块的触发信号输出端与数据关系判定模块的触发信号输入端连接，数据关系判定模块的数据输出端分别与第1计数状态机的关系判定输入端、第2计数状态机的关系判定输入端和数据选择器输入端连接，第2计数状态机的数值输出端与采样偏移归一化时间计算模块输入端连接，第1计数状态机的数值输出端分别与采样偏移归一化时间计算模块的数值输入端和权值计算模块的数值输入端连接，第1计数状态机的触发信号输出端与采样偏移归一化时间计算模块的触发信号输入端连接，权值计算模块的权值输出端与乘加运算模块的权值输入端连接，数据选择器的数据输出端和乘加运算模块的数据输入端连接，乘加运算模块的角度输出端输出经自适应补偿后的角度θ。