CN102664571B - 编码器干扰控制***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种编码器干扰控制***，包括信号获取单元、第一判断单元、第一限幅单元及第二限幅单元；其中所述信号获取单元，用于从编码器获得位置反馈信号；所述第一判断单元，用于在当前原始增量的绝对值大于前次原始增量的绝对值的n倍时启动第二限幅单元并在当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍时启动第一限幅单元，其中n>1；所述第一限幅单元，用于将当前限幅信号设为当前位置反馈信号；所述第二限幅单元，用于将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和。本发明还提供一种对应的方法。本发明通过对编码器反馈信号进行抗干扰处理，排除反馈信号因环境干扰而出现的跳变，从而实现对电机的精确控制。<!--1-->
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机控制领域，更具体地说，涉及一种编码器干扰控制***及方法。
背景技术
伺服电机是指在伺服***中控制机械元件运转的发动机，是一种辅助马达间接变速装置。伺服电机可进行速度控制，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。目前，伺服电机被广泛应用于各类自动控制装置中。
在伺服电机***中，对电机的位置、速度等控制信息通过与电机同轴的编码器获得。然而，由于伺服电机的工作环境不同，周围可能存在较强的干扰，例如在高铁门控应用中。若编码器信号受到干扰，则无法对电机进行精确控制。目前的伺服***主要采用硬件抗干扰电路实现编码器信号滤波。
然而，在一些复杂环境下，硬件电路并不能完全实现滤波，而对于电机反馈信息而言，任何一个数据的跳变均会导致电机控制的不稳定。特别是当电磁环境较为复杂时，总线式编码器的硬件抗干扰电路不能完全实现滤波，这将导致电机运转不平稳，甚至异常。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述伺服电机因环境干扰而无法稳定控制的问题，提供一种编码器干扰控制***及方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，提供一种编码器干扰控制***，包括信号获取单元、第一判断单元、第一限幅单元及第二限幅单元；其中所述信号获取单元，用于从编码器获得位置反馈信号；所述第一判断单元，用于在当前原始增量的绝对值大于前次原始增量的绝对值的n倍时启动第二限幅单元并在当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍时启动第一限幅单元，其中n>1，所述当前原始增量为当前位置反馈信号与前次位置反馈信号之差，所述前次原始增量为前两次位置反馈信号之差；所述第一限幅单元，用于确认所述当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号设为当前位置反馈信号；所述第二限幅单元，用于确认所述当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和，所述前次限幅增量为前两次限幅信号之差。
在本发明所述的编码器干扰控制***中，所述***还包括第二判断单元及第三判断单元；其中所述第二判断单元，用于判断前次位置反馈信号是否为干扰量，并在确认前次位置反馈信号为干扰量时启动第三判断单元进行判断，否则启动第一判断单元进行判断；所述第三判断单元，用于在当前混合增量的绝对值大于之前第m次原始增量的绝对值的k倍时启动第二限幅单元并在当前混合增量的绝对值小于或等于之前第m次原始增量的绝对值的k倍时启动第一限幅单元，其中k>1，m为大于1的正整数，所述当前混合增量为当前位置反馈信号与前次限幅信号之差，所述之前第m次原始增量为之前第m次位置反馈信号与其前次位置反馈信号之差。
在本发明所述的编码器干扰控制***中，所述之前第m次位置反馈信号为距离当前位置反馈信号最接近的一次非干扰量。
在本发明所述的编码器干扰控制***中，所述***还包括电机控制单元，用于根据当前限幅信号进行电机运转控制。
本发明还提供一种编码器干扰控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤：(a)从编码器获得位置反馈信号；
步骤：(b)判断当前原始增量的绝对值是否大于前次原始增量的绝对值的n倍，若所述当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍，则执行步骤(d)，否则执行步骤(c)，其中n>1，所述当前原始增量为当前位置反馈信号与前次位置反馈信号之差，所述前次原始增量为前两次位置反馈信号之差；
步骤：(c)确认所述当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和，然后返回步骤(a)，所述前次限幅增量为前两次限幅信号之差；
步骤：(d)确认所述当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号设为当前位置反馈信号，然后返回步骤(a)。
在本发明所述的编码器干扰控制方法中，所述步骤(a)之后包括：
(a1)判断前次位置反馈信号是否为干扰量，若前次位置反馈信号为干扰量则执行(a2)，否则执行步骤(b)；
(a2)判断当前混合增量的绝对值是否大于之前第m次原始增量的绝对值的k倍，若所述当前混合增量的绝对值小于或等于之前第m次原始增量的绝对值的k倍，则执行步骤(d)，否则执行步骤(c)，其中k>1，m为大于1的正整数，所述当前混合增量为当前位置反馈信号与前次限幅信号之差，所述之前第m次原始增量为之前第m次位置反馈信号与其前次位置反馈信号之差。
在本发明所述的编码器干扰控制方法中，所述之前第m次位置反馈信号为距离当前位置反馈信号最接近的一次非干扰量。
在本发明所述的编码器干扰控制方法中，所述步骤(c)和(d)中还包括：使用当前限幅信号进行电机控制。
本发明的编码器控制***及方法，通过对编码器反馈信号进行抗干扰处理，排除反馈信号因环境干扰而出现的跳变，从而实现对电机的精确控制。本发明可使伺服电机在现场干扰严重的环境下平稳运转，较之前性能上显著提高。
附图说明
图1是本发明编码器干扰控制***第一实施例的示意图。
图2是本发明编码器干扰控制***第二实施例的示意图。
图3是本发明编码器干扰控制方法第一实施例的流程示意图。
图4是本发明编码器干扰控制方法第二实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明编码器干扰控制***第一实施例的示意图。该编码器干扰控制***包括信号获取单元11、第一判断单元12、第一限幅单元13及第二限幅单元14。具体地，上述各单元可位于伺服控制器中，并可以通过软件、硬件或软件和硬件的结合实现。
信号获取单元11用于从编码器获得位置反馈信号。上述编码器与电机同轴，并随电机转子一起旋转，从而其输出信号可实时反映电机转子的位置、速度等信息。
第一判断单元12用于在当前原始增量(即当前位置反馈信号与前次位置反馈信号之差，当前位置反馈信号即为信号获取单元11从编码器即时获取的位置反馈信号，前次位置反馈信号即为当前位置反馈信号的前一次位置反馈信号)的绝对值大于前次原始增量(即前两次位置反馈信号之差)的绝对值的n倍时启动第二限幅单元14并在当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍时启动第一限幅单元11。上述的n>1，且n的值越接近1，***的精度越高。
第一限幅单元13用于在第一判断单元12判断当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍时，确认当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号(即经过限幅处理的位置反馈信号)设为该当前位置反馈信号。
第二限幅单元14用于在第一判断单元12判断当前原始增量的绝对值大于前次原始增量的绝对值的n倍时，确认当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和，其中前次限幅增量为前次限幅信号与前两次限幅信号之差。
此外，为了避免在出现连续的干扰量时上述***出现误判，在如图2所示的本发明编码器干扰控制***的第二实施例中，除了包括信号获取单元21、第一判断单元23、第一限幅单元26及第二限幅单元25外，还包括第二判断单元22及第三判断单元24。
第二判断单元22用于判断信号获取单元21获取的前次位置反馈信号是否为干扰量，并在确认前次位置反馈信号为干扰量时启动第三判断单元24进行相应判断，否则启动第一判断单元23进行相应判断。
第三判断单元24用于在第二判断单元22判断前次位置反馈信号为干扰量时，判断当前混合增量(即当前位置反馈信号与前次限幅信号)的绝对值是否大于之前第m次原始增量(即之前第m次位置反馈信号与其前次位置反馈信号之差)的绝对值的k倍，并在当前混合增量的绝对值大于之前第m次原始增量的绝对值的k倍时，使第二限幅单元25确认当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和；在当前混合增量的绝对值小于或等于之前第m次原始增量的绝对值的k倍时，使第一限幅单元26确认当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号设为当前位置反馈信号。上述k>1，m为大于1的正整数，k越接近1，***精度越高。
特别地，上述的之前第m次位置反馈信号为距离当前位置反馈信号最接近的一次非干扰量。此外，m也可根据***的精度要求及***环境自行设置。
当然，在实际应用中，出现连续干扰量的情况极少，因此本发明第一实施例的***即可较好地改善伺服电机的运行控制。
此外，在上述***中，还可包括电机控制单元，用于根据当前限幅信号进行电机运转控制。
以下假设信号获取单元11第i次采样的绝对位置反馈为p(i)，相应的第i-1次绝对位置反馈为p(i-1)，经过限幅处理后的第i位置反馈信息为p_limit(i)，经限幅处理的第i-1次位置反馈信息为p_limit(i-1)，则三个位置增量信息函数分别为：
原始增量：nz_diff(i)＝p(i)-p(i-1)或p(i)-p_limit(i-1)；
混合增量：mn_diff(i)＝p(i)-p_limit(i-1)；
限幅增量：mk_diff(i)＝p_limit(i-1)-p_limit(i-2)或p(i)-p_limit(i-1)；
则当采样的位置反馈信号中只有一个干扰量(即干扰量不连续)时，若上述第一判断单元12判断abs(nz_diff(i))大于n*abs(nz_diff(i-1))时(n为大于或等于1的常数，可设置，该值越接近1则***精度越高)，则第二限幅单元14确认第i次绝对位置反馈p(i)为一个干扰量，将p_limit(i)的值设为p_limit(i-1)+mk_diff(i-1)；否则，第一限幅单元13确认第i次绝对位置反馈p(i)不是干扰量，并将p_limit(i)的值设为p(i)。
在某些极端环境中，如果采样的反馈信息中可能连续出现几个干扰量时，例如，在出现第一个干扰量时，由于当后续的位置反馈信号也是干扰量时，这两个干扰量相等，即nz_diff(i)＝p(i)-p(i-1)＝0，即可能出现误判。此时，需通过第三判断单元判断abs(mn_diff)是否大于k*abs(nz_diff(i-m))(k、m可设，其中k大于1，m为连续出现的干扰的个数)，如果大于则p(i)是干扰量，p_limit(i)应等于p_limit(i-1)+mk_diff(i-1)；否则，p(i)不是干扰量，p_limit(i)等于p(i)。
如图3所述，是本发明编码器干扰控制方法第一实施例的流程图。该方法包括以下步骤：
步骤S31：从编码器获得位置反馈信号。上述编码器与电机同轴，并随电机转子一起旋转，从而其输出信号可实时反映电机转子的位置、速度等信息。
步骤S32：判断当前原始增量的绝对值是否大于前次原始增量的绝对值的n倍，若当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍，则执行步骤S34，否则执行步骤S33，其中n>1，当前原始增量为当前位置反馈信号与前次位置反馈信号之差，前次原始增量为前两次位置反馈信号之差。
步骤S33：确认当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和，然后返回步骤S31，前次限幅增量为前两次限幅信号之差。
步骤S34：确认当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号设为当前位置反馈信号，然后返回步骤S31。
同样地，为了避免在出现连续的干扰量时上述***出现误判，如图4所示，是本发明编码器干扰控制方法第二实施例的流程图，该方法包括：
步骤S41：从编码器获得位置反馈信号。
步骤S42：判断前次位置反馈信号是否为干扰量，若前次位置反馈信号为干扰量则执行步骤S43，否则执行步骤S44。
步骤S43：判断当前原始增量的绝对值是否大于前次原始增量的绝对值的n倍，若当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍，则执行步骤S45，否则执行步骤S46，其中n>1，当前原始增量为当前位置反馈信号与前次位置反馈信号之差，前次原始增量为前两次位置反馈信号之差。
步骤S44：判断当前混合增量的绝对值是否大于前之前第m次原始增量的绝对值的k倍，若所述当前混合增量的绝对值小于或等于之前第m次原始增量的绝对值的k倍，则执行步骤S45，否则执行步骤S46，其中k>1，m为大于1的正整数，当前混合增量为当前位置反馈信号与前次限幅信号之差，之前第m次原始增量为之前第m次位置反馈信号与其前次位置反馈信号之差。
步骤S45：确认当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号设为当前位置反馈信号，然后返回步骤S41。
步骤S46：确认当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和，然后返回步骤S41，前次限幅增量为前两次限幅信号之差。
在该实施例的方法中，之前第m次位置反馈信号为距离当前位置反馈信号最接近的一次非干扰量。
在具体应用中，上述方法还可包括使用当前限幅信号进行电机控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种编码器干扰控制***，其特征在于：包括信号获取单元、第一判断单元、第一限幅单元及第二限幅单元；其中所述信号获取单元，用于从编码器获得位置反馈信号；所述第一判断单元，用于在当前原始增量的绝对值大于前次原始增量的绝对值的n倍时启动第二限幅单元并在当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍时启动第一限幅单元，其中n>1，所述当前原始增量为当前位置反馈信号与前次位置反馈信号之差，所述前次原始增量为前两次位置反馈信号之差；所述第一限幅单元，用于确认所述当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号设为当前位置反馈信号；所述第二限幅单元，用于确认所述当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和，所述前次限幅增量为前两次限幅信号之差。
2.根据权利要求1所述的编码器干扰控制***，其特征在于：所述***还包括第二判断单元及第三判断单元；其中所述第二判断单元，用于判断前次位置反馈信号是否为干扰量，并在确认前次位置反馈信号为干扰量时启动第三判断单元进行判断，否则启动第一判断单元进行判断；所述第三判断单元，用于在当前混合增量的绝对值大于之前第m次原始增量的绝对值的k倍时启动第二限幅单元并在当前混合增量的绝对值小于或等于之前第m次原始增量的绝对值的k倍时启动第一限幅单元，其中k>1，m为大于1的正整数，所述当前混合增量为当前位置反馈信号与前次限幅信号之差，所述之前第m次原始增量为之前第m次位置反馈信号与其前次位置反馈信号之差。
3.根据权利要求2所述的编码器干扰控制***，其特征在于：所述之前第m次位置反馈信号为距离当前位置反馈信号最接近的一次非干扰量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的编码器干扰控制***，其特征在于：所述***还包括电机控制单元，用于根据当前限幅信号进行电机运转控制。
5.一种编码器干扰控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤：(a)从编码器获得位置反馈信号；
步骤：(b)判断当前原始增量的绝对值是否大于前次原始增量的绝对值的n倍，若所述当前原始增量的绝对值小于或等于前次原始增量的绝对值的n倍，则执行步骤(d)，否则执行步骤(c)，其中n>1，所述当前原始增量为当前位置反馈信号与前次位置反馈信号之差，所述前次原始增量为前两次位置反馈信号之差；
步骤：(c)确认所述当前位置反馈信号为干扰量并将当前限幅信号设为前次限幅信号与前次限幅增量之和，然后返回步骤(a)，所述前次限幅增量为前两次限幅信号之差；
步骤：(d)确认所述当前位置反馈信号正常并将当前限幅信号设为当前位置反馈信号，然后返回步骤(a)。
6.根据权利要求5所述的编码器干扰控制方法，其特征在于：所述步骤(a)之后包括：
(a1)判断前次位置反馈信号是否为干扰量，若前次位置反馈信号为干扰量则执行(a2)，否则执行步骤(b)；
(a2)判断当前混合增量的绝对值是否大于之前第m次原始增量的绝对值的k倍，若所述当前混合增量的绝对值小于或等于之前第m次原始增量的绝对值的k倍，则执行步骤(d)，否则执行步骤(c)，其中k>1，m为大于1的正整数，所述当前混合增量为当前位置反馈信号与前次限幅信号之差，所述之前第m次原始增量为之前第m次位置反馈信号与其前次位置反馈信号之差。
7.根据权利要求6所述的编码器干扰控制方法，其特征在于：所述之前第m次位置反馈信号为距离当前位置反馈信号最接近的一次非干扰量。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的编码器干扰控制方法，其特征在于：所述步骤(c)和(d)中还包括：使用当前限幅信号进行电机控制。
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