一种抑制温度信号的编码器、处理方法及装置与流程

1.本发明涉及编码器数据反馈领域，特别是涉及一种抑制温度信号的编码器、处理方法及装置。


背景技术：

2.在伺服系统中，最简单的构成需要三者：驱动器、电机、编码器。驱动器作为控制大脑，其动力线连接着电机，电机通过电磁感应的原理做相应的运动。而电机的后端装配着编码器，编码器实时的检测到电机的实时位置，并由反馈线路反馈到驱动器，驱动器根据反馈，调整电机的控制。由此可见，整个伺服系统中编码器充当着反馈作用，实时的反馈电机位置给驱动控制器，驱动控制器再根据该反馈调整对电机的控制。
3.若编码器反馈不准确，驱动控制器就会根据不准确的信息对电机进行相应的控制，该类编码器的处理方法基于正余弦信号，当正余弦信号受温度的影响出现偏差时，对正余弦结算之后的角度数据就会出现与真实角度之间的偏差，对于偏差的出现可能带来电机的精度不准确，甚至导致速度波动较大，甚至对电机抖动的危害。
4.因此，如何提高编码器反馈数据的准确性是本领域技术人员亟需要解决的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种抑制温度信号的编码器、处理方法及装置，提高编码器反馈数据的准确性。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种抑制温度信号的编码器，包括mcu、放大电路、温度检测电路和用于检测编码器的传感器；
7.放大电路与传感器连接；mcu分别与放大电路、传感器以及温度检测电路连接；
8.mcu用于检测温度检测电路的温度信号，并在温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号，根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号，根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器，并将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。
9.优选地，温度检测电路包括第一电阻和第二电阻；
10.第一电阻的第一端连接电源；第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，且与mcu连接，第二电阻的第二端接地，其中第二电阻为温敏电阻。
11.为解决上述技术问题，本发明还提供一种抑制温度信号的处理方法，应用于包括mcu、放大电路、温度检测电路和用于检测编码器的传感器的抑制温度信号的编码器，放大电路与传感器连接；mcu分别与放大电路、传感器以及温度检测电路连接，包括：
12.当检测到温度检测电路的温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号；
13.根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号；
14.根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器；
15.将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。
16.优选地，温度检测电路包括第一电阻和第二电阻，且第一电阻与第二电阻串联，检测温度检测电路的温度信号，包括：
17.获取电源电压值、第一电阻的第一阻值和第二电阻的第二阻值；
18.根据电源电压值、第一阻值与第二阻值的关系确定第二阻值对应的当前电压值；
19.将当前电压值转换为温度信号。
20.优选地，还包括：
21.获取惯性系数、当前调节点对应的预设调节值以及上一个调节点对应的调节值；
22.根据惯性滤波算法将惯性系数、预设调节值和调节值得到当前调节点对应的当前调节值；
23.根据当前调节值与角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器。
24.优选地，还包括：
25.当正余弦信号大于信号预设范围的上限值时，则降低放大电路的电压值；
26.当正余弦信号小于信号预设范围的下限值时，则增大放大电路的电压值。
27.为解决上述技术问题，本发明还提供一种抑制温度信号的处理装置，应用于包括mcu、放大电路、温度检测电路和用于检测编码器的传感器的抑制温度信号的编码器，放大电路与传感器连接；mcu分别与放大电路、传感器以及温度检测电路连接，包括：
28.接收模块，用于当检测到温度检测电路的温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号；
29.确定模块，用于根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号；
30.调整模块，用于根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器；
31.输出模块，用于将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。
32.本发明提供的一种抑制温度信号的编码器，包括mcu、放大电路、温度检测电路和用于检测编码器的传感器；放大电路与传感器连接；mcu分别与放大电路、传感器和温度检测电路连接；mcu用于检测温度检测电路的温度信号，在温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号，根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号，根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器，将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。该装置根据温度检测电路检测的温度信号与正余弦信号确定当前正余弦信号对应实际角度信号，避免受温度影响出现的正余弦信号的偏差使得反馈数据不准确，提高编码器反馈数据的准确性，减小电机速度波动，避免电机抖动。
33.另外，本发明还提供了一种抑制温度信号的处理方法以及抑制温度信号的处理装置，具有如上述抑制温度信号的编码器相同的有益效果。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明实施例提供的一种抑制温度信号的编码器的结构图；
36.图2为本发明实施例提供的另一种抑制温度信号的编码器的结构图；
37.图3为本发明实施例提供的一种抑制温度信号的处理方法的流程图；
38.图4为本发明实施例提供的一种电机运行过程出现抖动现象的示意图；
39.图5为本发明实施例提供的一种传感器信号正常情况下的波动示意图；
40.图6为本发明实施例提供的一种传感器信号过大的示意图；
41.图7为本发明实施例提供的一种传感器信号过小的示意图；
42.图8为本发明一种实施例提供的抑制温度信号的处理装置的结构图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
44.本发明的核心是提供一种抑制温度信号的编码器、处理方法及装置，提高编码器反馈数据的准确性。
45.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
46.需要说明的是，本发明提供的抑制温度信号的编码器，其适用于以正余弦信号为基础信号处理的编码器，旨在解决由于应用环境的温度不同而影响正余弦的信号，因为该类磁编码器以正余弦信号为基础，到处理器采集到正余弦信号后，进行相应的算法处理。诸如对于相位差为90
°
的正余弦信号进行反正切算法处理，可以在一个电机的旋转周期内得到0
°
到360
°
的机械角度。当正余弦信号受温度的影响出现偏差时，对正余弦解算的角度数据会和真实角度数据之间出现偏差，对编码器来说较为致命，本发明主要解决偏差的出现。
47.图1为本发明实施例提供的一种抑制温度信号的编码器的结构图，如图1所示，该装置包括mcu1、放大电路2、温度检测电路3和用于检测编码器的传感器4；
48.放大电路2与传感器4连接；mcu1分别与放大电路2、传感器4以及温度检测电路3连接；
49.mcu1用于检测温度检测电路3的温度信号，并在温度信号发生变化时，接收传感器4的当前正余弦信号，根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号，根据角度信号调整放大电路2的电压值以调整传感器4，并将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。
50.可以理解的是，微控制单元(microcontroller unit，mcu)与传感器4连接，通过传感器4得到正余弦信号，通过内部算法解算角度数据，进而将角度数据通过通讯电路以实现与伺服控制器的数据交互。
51.现有的受温度影响出现的偏差问题，其解决方法一种是将传感器4在整个电路板上采用屏蔽隔离技术，例如产生正余弦信号的传感器4单独隔离防止热传导，仅解决传感器4周围的发热温度，对于整个空间温度的影响减小作用微乎其微。另一种是在传感器4内部加入制程，调整信号，由于传感器4属于芯片级的工艺，在内部加入制程，则增加较多的研发成本。本发明为了避免上述带来的偏差问题以及成本问题，将温度检测电路3进行外设。
52.mcu1与温度检测电路3连接，用于检测温度信号，当温度信号发生变化时，接收与
mcu1连接的传感器4产生的当前正余弦信号，其通过adc1引脚和adc2引脚接收当前正余弦信号。放大电路2连接mcu1的dac引脚，放大电路2是传感器4电源的前端，控制传感器4的电源，而放大电路2受mcu1的dac引脚的控制。具体地，mcu1的adc引脚已经达到了相对高的精度，其价格较低廉，作为优选的实施例，其采用adc16bit分辨的mcu1。传感器4用于检测磁编码产生的正余弦信号，其磁编码为单圈绝对值编码器，可以为光电式编码器、也可以为磁感应式编码器，本发明不做具体限定。
53.mcu1通过adc0引脚采集温度检测电路3的温度信号。可以理解的是，其mcu1实时采集温度信号，当检测到温度信号发生变化时，其接收当前正余弦信号进行调整。当检测到温度信号未发生变化时，则需要根据获取的当前正余弦信号通过通讯电路传导至驱动控制器。通过采集的温度信号在其内部转换为温度即可知道当前的环境温度情况。
54.根据温度信号和当前正余弦信号确定对应的角度信号，根据角度信号调整放大电路2从而控制传感器4的电源。其传感器4输出的正余弦信号的幅值排除温度、安装的感应距离影响之外，还会受电源幅值的影响，该影响一般是正相关的数据，如供给电源5v，传感器4输出的正余弦信号的幅值为4v；供给电源3.3v，传感器4输出的正余弦信号的幅值为2.64v。虽传感器4的正余弦信号的幅值还受安装的影响，但是编码器在出厂之前是安装完毕的，故本发明不做该方面的考虑。因此，只要调整传感器4的电源电压值，即可调整传感器4输出的正余弦信号对应的电压值。
55.传感器4的电源用具有一定驱动能力的放大电路2实现，该放大电路2受dac引脚的输出，当dac引脚输出的模拟量上升时，放大电路2的输出值也上升，反之下降，也可以反向控制输入和输出。
56.本发明实施例提供的一种抑制温度信号的编码器，包括mcu、放大电路、温度检测电路和用于检测编码器的传感器；放大电路与传感器连接；mcu分别与放大电路、传感器和温度检测电路连接；mcu用于检测温度检测电路的温度信号，在温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号，根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号，根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器，将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。该装置根据温度检测电路检测的温度信号与正余弦信号确定当前正余弦信号对应实际角度信号，避免受温度影响出现的正余弦信号的偏差使得反馈数据不准确，提高编码器反馈数据的准确性，减小电机速度波动，避免电机抖动。
57.在上述实施例的基础上，图2为本发明实施例提供的另一种抑制温度信号的编码器的结构图，如图2所示，该温度检测电路3包括第一电阻r1和第二电阻r2；
58.第一电阻r1的第一端连接电源，第一电阻r1的第二端与第二电阻r2的第一端连接，且与mcu连接，第二电阻r2的第二端接地，其中第二电阻r2为温敏电阻。
59.具体地，在电源vdd和gnd直接串联第一电阻r1和第二电阻r2，其中第二电阻r2为温敏电阻，其阻值受温度的影响较大，具体阻值和温度变化一一对应，根据用户选用的温敏电阻的具体规格书，有明确的标注(阻值和温度的对应关系)，第一电阻r1为一个阻值相对于温度变化不敏感的电阻。
60.本发明实施例提供的温度检测电路包括第一电阻和第二电阻，其中第二电阻为温敏电阻，其结构简单，电阻采用廉价的阻值材料，节省研发成本和时间成本。
61.上文对本发明提供的一种抑制温度信号的编码器实施例进行了详细的描述，本发
明还提供了一种与该装置对应的抑制温度信号的处理方法，由于方法部分的实施例与装置部分的实施例相互照应，因此方法部分的实施例请见装置部分的实施例的描述，这里暂不赘述。
62.图3为本发明实施例提供的一种抑制温度信号的处理方法的流程图，该方法应用于包括mcu、放大电路、温度检测电路和用于检测编码器的传感器的抑制温度信号的编码器，放大电路与传感器连接；mcu分别与放大电路、传感器以及温度检测电路连接，如图3所示，该方法包括：
63.s11：当检测到温度检测电路的温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号；
64.s12：根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号；
65.s13：根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器；
66.s14：将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。
67.具体地，当检测到温度检测电路的温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号。其传感器用于检测编码器的正余弦信号，可以理解的是，mcu实时采集正余弦信号和温度信号，采集的正余弦信号不在本发明论述的范围内。当检测到温度信号发生变化时，则获取当前的正余弦信号，进而根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号。
68.角度信号是考虑到温度变化时受温度影响出现的正余弦信号的偏差信号，进而根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器，根据角度信号输出至伺服驱动器完成反馈数据。
69.当温度信号发生变化时，mcu内部储存有基本的温度信号和正余弦信号的峰值对应关系曲线，根据峰值对应关系曲线，则知道当前时刻的峰值处于何种状况，从而进行降低传感器的电压值或者提高传感器的电压值以达到调节传感器输出信号幅值目的。
70.本发明实施例提供的抑制温度信号的处理方法，当检测到温度检测电路的温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号；根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号；根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器；将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。该方法根据温度检测电路检测的温度信号与正余弦信号确定当前正余弦信号对应实际角度信号，避免受温度影响出现的正余弦信号的偏差使得反馈数据不准确，提高编码器反馈数据的准确性，减小电机速度波动，避免电机抖动。
71.在上述实施例的基础上，温度检测电路包括第一电阻和第二电阻，且第一电阻与第二电阻串联，步骤s11中的检测温度检测电路的温度信号，包括：
72.获取电源电压值、第一电阻的第一阻值和第二电阻的第二阻值；
73.根据电源电压值、第一阻值与第二阻值的关系确定第二阻值对应的当前电压值；
74.将当前电压值转换为温度信号。
75.具体地，mcu测量电压处于第一电阻和第二电阻之间，则该点的电压值为的公式如下：
76.v＝vdd/(r1+r2)*r2
77.其中，vdd、r1为定值；
78.故r2和v有直接的对应关系，根据获取的电源电压值、第一电阻的第一阻值和第二电阻的第二阻值以确定对应的当前电压值v，并将当前电压值转换为温度信号。
79.本发明实施例提供的根据温度检测电路的第一电阻和第二电阻串联即可得到温度信号。该方法获取方式简单，实时了解所在环境的温度变化。
80.在上述实施例的基础上，根据角度信号调整放大电路的电压值以调节传感器，使其信号不至于过小或者过大，始终处于一个较为合适的状态。故该方法还包括：
81.获取惯性系数、当前调节点对应的预设调节值以及上一个调节点对应的调节值；
82.根据惯性滤波算法将惯性系数、预设调节值和调节值得到当前调节点对应的当前调节值；
83.根据当前调节值与角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器。
84.具体地，若只调节传感器的供电电压，虽解决了受温度影响的正余弦信号的偏差问题，但是在电压值相差较大的情况下调节，例如从3v到2v的调节，若一步调节到位，会出现一个较大的抖动点甚至不连续的情况，故需要逐步缓慢调节，每次调节0.1v的步长等。图4为本发明实施例提供的一种电机运行过程出现抖动现象的示意图，如图4所示，正弦信号(sin信号)余弦信号(cos信号)呈现的电机运行过程的波形图，在2π时进行调节时，出现不连续现象，该现象会造成电机振动和较大的速度波动，使得电机所带动的机构发送剧烈的跳动。
85.为了解决上述问题，在电机运行的过程中，若检测到需要调节传感器信号的供电电压，引入惯性滤波的方法，获取惯性系数，当前调节点对应的预设调节值以及上一个调节点对应的调节值。可以立即的是，预设调节值可以为根据上一个调节点对应的调节值，或者匀速下降一个单位的调节值作为当前调节点对应的调节值，可以根据实际情况进行设定预设调节值。
86.根据惯性滤波算法将惯性系数，当前调节点对应的预设调节值以及上一个调节点对应的调节值得到当前调节点对应的实际当前调节值。其惯性滤波算法公式如下：
87.mn＝k*m
n-1
+(1-k)*tn88.其中，mn为本次调节的输出值，m
n-1
为上一次调节的输出值，tn为本次的调节值，k是调节系数。
89.根据上式可以看出，经过多次调节，总是和上一次的调节相关。多次调节得到的mn的值会逐渐接近初始调节值tn，以便缓慢调节。
90.温度信号变化是一个惯性变化过程，不会出现突然性剧烈跳变，故传感器电源不会出现抖动现象。
91.本实施例提供的根据惯性滤波算法将惯性系数、预设调节值和调节值得到当前调节点对应的当前调节值；根据当前调节值与角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器。可以去除调节过程中出现的剧烈振动以保护机械结构。
92.在上述实施例的基础上，图5为本发明实施例提供的一种传感器信号正常情况下的波动示意图，正弦信号(sin信号)余弦信号(cos信号)呈现的电机运行过程的波形图，当传感器信号过大或者过小时，该方法还包括：
93.当正余弦信号大于信号预设范围的上限值时，则降低放大电路的电压值；
94.当正余弦信号小于信号预设范围的下限值时，则增大放大电路的电压值。
95.具体地，图6为本发明实施例提供的一种传感器信号过大的示意图，如图6所示，正弦信号(sin信号)余弦信号(cos信号)呈现的电机运行过程的波形图，当正余弦信号大于信号预设范围的上限值时，则说明当前的传感器信号过大而出现削峰，其编码器反馈数据会引起电机抖动，因此，调整放大电路的放大倍数，降低供电电压，即降低放大电路的电压值。
96.图7为本发明实施例提供的一种传感器信号过小的示意图，如图7所示，正弦信号(sin信号)余弦信号(cos信号)呈现的电机运行过程的波形图，当正余弦信号小于信号预设范围的下限值时，则说明当前的传感器信号过小，则导致编码器反馈数据的精度变差，偏离实际精度，因此，调整放大电路的放大倍数，提高供电电压，即提高放大电路的电压值。
97.本发明实施例提供的当传感器信号过大时则降低编码器的供电电压，当传感器信号过小时则提高编码器的供电电压。避免在上述情况下编码器反馈数据导致的电机抖动或精度问题，提高用户体验感。
98.上述详细描述了抑制温度信号的处理方法对应的各个实施例，在此基础上，本发明还公开与上述方法对应的抑制温度信号的处理装置，应用于包括mcu、放大电路、温度检测电路和用于检测编码器的传感器的抑制温度信号的编码器，放大电路与传感器连接；mcu分别与放大电路、传感器以及温度检测电路连接，图8为本发明一种实施例提供的抑制温度信号的处理装置的结构图。如图8所示，抑制温度信号的处理装置包括：
99.接收模块11，用于当检测到温度检测电路的温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号；
100.确定模块12，用于根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号；
101.调整模块13，用于根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器；
102.输出模块14，用于将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。
103.由于装置部分的实施例与上述的实施例相互对应，因此装置部分的实施例请参照上述部分的实施例描述，在此不再赘述。
104.本发明实施例提供的抑制温度信号的处理装置，当检测到温度检测电路的温度信号发生变化时，接收传感器的当前正余弦信号；根据当前正余弦信号与温度信号的关系确定当前正余弦信号对应的角度信号；根据角度信号调整放大电路的电压值以调整传感器；将角度信号输出至伺服控制器以反馈数据。该装置根据温度检测电路检测的温度信号与正余弦信号确定当前正余弦信号对应实际角度信号，避免受温度影响出现的正余弦信号的偏差使得反馈数据不准确，提高编码器反馈数据的准确性，减小电机速度波动，避免电机抖动。
105.以上对本发明所提供的一种抑制温度信号的编码器、抑制温度信号的处理方法及装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
106.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。