CN112215403A - 确定角度的方法及装置 - Google Patents

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杨立保
郭中义
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Abstract

本申请实施例公开了一种确定角度的方法及装置，属于智能设备技术领域。该装置包括：第一运算模块、第二运算模块、偏差确定模块和补偿模块；第一运算模块用于基于待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及第二运算模块反馈的第一预测角度，确定角度差信息，第一预测角度为上一次预测出的角度；第二运算模块用于基于角度差信息确定第二预测角度，偏差确定模块用于基于角度差信息确定角度偏差；补偿模块用于基于角度偏差和第二预测角度输出待检测设备的角度。本申请可以准确地确定出待检测设备的角度。

Description

确定角度的方法及装置
技术领域
本申请实施例涉及智能设备技术领域，尤其涉及一种确定角度的方法及装置。
背景技术
一些诸如电机之类的设备在运行时具有一定的角度，以电机为例，在一些场景中，通常会有确定电机当前的角度的需求。
目前，在电机的编码器为正余弦编码器的情况下，电机一般输出是的角度的正弦值和余弦值，所以，通常可以获取电机输出的正弦值和余弦值，基于正弦值和余弦值确定正切值，然后确定反正切值，从而得到电机的角度。
然而，若电机输出的正弦值和余弦值存在相位误差或者存在直流偏置，则通过上述方式得到的角度存在较大的误差，导致确定的角度不准确。
发明内容
本申请实施例提供了一种确定角度的方法及装置，可以解决相关技术中确定的角度不准确的问题。所述技术方案如下：
第一方面，所述装置包括：第一运算模块、第二运算模块、偏差确定模块和补偿模块；
所述第一运算模块的输入端与待检测设备的输出端连接，所述第一运算模块的输出端分别与所述第二运算模块的输入端、所述偏差确定模块的输入端连接；
所述第二运算模块的输出端与所述补偿模块的第一输入端连接，且所述第二运算模块的输出端与所述第一运算模块的反馈端连接；
所述偏差确定模块的输出端与所述补偿模块的第二输入端连接；
其中，所述第一运算模块用于基于所述待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及所述第二运算模块反馈的第一预测角度，确定角度差信息，所述第一预测角度为上一次预测出的角度；所述第二运算模块用于基于所述角度差信息确定第二预测角度，所述偏差确定模块用于基于所述角度差信息确定角度偏差；所述补偿模块用于基于所述角度偏差和所述第二预测角度输出所述待检测设备的角度。
该装置确定了角度偏差，由于该角度偏差是待检测设备的真实角度与预测角度的偏差，所以，基于该第二预测角度和该角度偏差确定的角度与待检测设备的真实角度较为接近，从而提高了确定角度的准确性。
其中，上述第一正弦信息可以为待检测设备的角度的标准正弦值，也可以是非标准正弦值。
同理，上述第一余弦信息可以为待检测设备的角度的标准余弦值，也可以是非标准余弦值。
在本申请一种可能的实现方式中，所述第一运算模块包括正弦运算单元、余弦运算单元、第一乘积单元、第二乘积单元和相减运算单元；
所述正弦运算单元用于确定所述第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息；
所述余弦运算单元用于确定所述第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息；
所述第一乘积单元用于确定所述第一正弦信息与所述第二余弦信息的乘积，得到第一乘积；
所述第二乘积单元用于确定所述第一余弦信息与所述第二正弦信息的乘积，得到第二乘积；
所述相减运算单元用于将所述第一乘积与所述第二乘积相减，得到所述角度差信息。
基于上述计算，不难理解，该第一运算模块可以确定第一预测角度与待检测设备的真实角度之间的角度差的正弦，得到该角度差信息。
在本申请一种可能的实现方式中，所述偏差确定模块为反正弦运算模块，所述反正弦运算模块用于确定所述角度差信息的反正弦，得到所述角度偏差。
基于上述计算可知，实际上该角度差信息为正弦信息，所以，这里可以确定该角度差信息的反正弦，从而得到第一预测角度与待检测设备的真实角度之间的角度偏差，以便于后续可以基于该角度偏差对预测的第二预测角度进行补偿。
在本申请一种可能的实现方式中，所述第二运算模块包括系数调整单元与积分单元；
所述系数调整单元用于基于所述角度差信息，确定所述待检测设备的转数；
所述积分单元用于基于所述转数，确定所述第二预测角度。
第二方面，提供了一种确定角度的方法，可以应用于上述第一方面所述的装置中，所述方法包括：
基于所述待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及第一预测角度，确定角度差信息，所述第一预测角度为上一次预测出的角度；
基于所述角度差信息，确定第二预测角度；
基于所述角度差信息，确定角度偏差；
基于所述角度偏差和所述第二预测角度，输出所述待检测设备的角度。
在本申请一种可能的实现方式中，所述基于所述待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及第一预测角度，确定角度差信息，包括：
确定所述第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息；
确定所述第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息；
确定所述第一正弦信息与所述第二余弦信息的乘积，得到第一乘积；
确定所述第一余弦信息与所述第一正弦信息的乘积，得到第二乘积；
将所述第一乘积与所述第二乘积相减，得到所述角度差信息。
在本申请一种可能的实现方式中，所述基于所述角度差信息，确定角度偏差，包括：
确定所述角度差信息的反正弦，得到所述角度偏差。
在本申请一种可能的实现方式中，所述基于所述角度偏差和所述第二预测角度输出所述待检测设备的角度，包括：
确定所述第二预测角度与所述角度偏差之和；
输出所述第二预测角度与所述角度偏差之和，得到所述待检测设备的角度。
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
提供了一种确定角度的装置，可以基于待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息，预估待检测设备的角度，即确定第二预测角度，并且，还基于该第一正弦信息、第一余弦信息和上一次预测得到的第一预测角度，确定角度偏差，该角度偏差可以理解为是待检测设备的真实角度与预测角度的偏差。如此，基于该第二预测角度和该角度偏差，可以准确地确定出待检测设备的角度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
图1是根据一示例性实施例示出的一种确定角度的装置示意图；
图2是根据另一示例性实施例示出的一种确定角度的装置示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种确定角度的方法流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
应当理解的是，本申请提及的“多个”是指两个或两个以上。在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，为了便于清楚描述本申请的技术方案，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
请参考图1，该图1是根据一示例性实施例示出的一种确定角度的装置，该确定角度的装置可以包括第一运算模块110、第二运算模块120、偏差确定模块130和补偿模块140。
其中，第一运算模块110的输入端与待检测设备的输出端连接，第一运算模块110的输出端分别与第二运算模块120的输入端、偏差确定模块130的输入端连接。第二运算模块120的输出端与补偿模块140的第一输入端连接，且第二运算模块120的输出端与第一运算模块110的反馈端连接，偏差确定模块130的输出端与补偿模块140的第二输入端连接。
其中，该待检测设备中包括正余弦编码器，通过该正余弦编码器输出正余弦信息。作为一种示例，该待检测设备可以为电机，或者，该待检测设备也可以为与电机的工作原理类似的需要确定角度的其他设备，本申请实施例对此不作限定。
这里以该待检测设备是电机为例，该电机中的编码器为正余弦编码器，如此，电机输出第一正弦信息和第一余弦信息，该第一运算模块基于该第一正弦信息和第一余弦信息、以及第二运算模块反馈的第一预测角度，确定角度差信息，其中，该第一预测角度为上一次预测出的角度。该第一运算模块将该角度差信息分别输入至第二运算模块和偏差确定模块。其中，该第二运算模块基于该角度差信息确定第二预测角度，并将该第二预测角度输入至补偿模块，以及该偏差确定模块基于该角度差信息确定角度偏差，并将该角度偏差输入至补偿模块。如此，该补偿模块即可基于该角度偏差和该第二预测角度输出该待检测设备的角度。
值得一提的是，该装置确定了角度偏差，由于该角度偏差是待检测设备的真实角度与预测角度的偏差，所以，基于该第二预测角度和该角度偏差确定的角度与待检测设备的真实角度较为接近，从而提高了确定角度的准确性。
其中，上述第一正弦信息可以为待检测设备的角度的标准正弦值，也可以是非标准正弦值，譬如，假设该待检测设备的真实角度为θ，则该第一正弦信息可以为sin(θ)，再如，该第一正弦信息也可以为Asin(θ)等。
同理，上述第一余弦信息可以为待检测设备的角度的标准余弦值，也可以是非标准余弦值，譬如，假设该待检测设备的真实角度为θ，则该第一余弦信息可以为cos(θ)，再如，该第一正弦信息也可以为Acos(θ)等。
接下来对该装置确定角度的过程进行详细介绍。
在一个实施例中，请参考图2，第一运算模块包括正弦运算单元、余弦运算单元、第一乘积单元、第二乘积单元和相减运算单元。
如图2所示，该余弦运算单元的输出端与第一乘积单元连接，且待检测设备输出的第一正弦信息输入至该第一乘积单元；另外，该正弦运算单元的输出端与第二乘积单元连接，且待检测设备输出的第一余弦信息输入该第二乘积单元。该第一乘积单元的输出端与相减运算单元的第一输入端连接，该第二乘积单元的输出端与相减运算单元的第二输入端连接。
在实施中，该第二运算模块输出的第一预测角度分别输入至正弦运算单元和余弦运算单元中，正弦运算单元确定第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息，余弦运算单元确定第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息。第一乘积单元确定第一正弦信息与第二余弦信息的乘积，得到第一乘积，第二乘积单元确定第一余弦信息与第二正弦信息的乘积，得到第二乘积。相减运算单元将第一乘积与第二乘积相减，得到角度差信息。
示例性的，假设该第一预测角度为θ'，上述第一正弦信息为sin(θ)，第一余弦信息为cos(θ)，正弦运算单元确定第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息为sin(θ')，余弦运算单元确定该第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息为cos(θ')。第一乘积单元确定该第一正弦信息与第二余弦信息的乘积，得到第一乘积为sin(θ)cos(θ')，第二乘积单元确定该第一余弦信息与第二正弦信息的乘积，得到第二乘积为cos(θ)sin(θ')。之后，相减运算单元将该第一乘积与第二乘积相减，得到角度差信息为sin(θ)cos(θ')-cos(θ)sin(θ')，即角度差信息为sin(θ-θ')。
之后，第二运算模块基于角度差信息确定第二预测角度。请继续参考图2，在一个实施例中，该第二运算模块包括系数调整单元与积分单元，系数调整单元基于角度差信息，确定待检测设备的转数，积分单元基于转数，确定第二预测角度。
在一个实施例中，该角度差信息为sin(θ-θ')，系数调整单元可以确定该角度差信息的反正弦，得到θ-θ'，之后，可以通过公式
Figure BDA0002685279680000061
确定该待检测设备的转数，这里记该转数为PI，其中，
Figure BDA0002685279680000062
表示积分运算。该系数调整单元输出该转数PI至积分单元中，积分单元对该转数PI进行积分运算，得到第二预测角度，譬如，该第二预测角度为θ”。
需要说明的是，该系数调整单元可以根据反馈的第一预测信息和待检测设备的真实角度θ之间的误差，调整参考比例系数或参考积分系数，使得装置的评估结果与真实角度之间的偏差减小。示例性的，若第一预测信息和待检测设备的真实角度θ之间的差值较大，则可以调整参考比例系数，若第一预测信息和待检测设备的真实角度θ之间的差值较小，可以调整参考积分系数。
如图2所示，第一运算模块输出的角度差信息除了传输至第二运算模块之外，还传输至偏差确定模块，该偏差确定模块基于角度差信息确定角度偏差。
在一个实施例中，该偏差确定模块为反正弦运算模块，该反正弦运算模块确定角度差信息的反正弦，得到所述角度偏差。譬如，该反正弦运算模块可以确定arcsin(θ-θ')，得到θ-θ'，该θ-θ'即为角度偏差，这里可以为
Figure BDA0002685279680000071
补偿模块基于角度偏差和第二预测角度输出待检测设备的角度。在一个实施例中，其具体实现可以包括：确定第二预测角度与角度偏差之和，输出第二预测角度与角度偏差之和，得到待检测设备的角度。
继续以上述例子为例，该第二预测角度为θ”，该角度偏差为
Figure BDA0002685279680000072
补偿模块将该θ”与
Figure BDA0002685279680000073
相加，然后输出该θ”与θ”之和，该输出的角度可以确定为待检测设备的角度。
需要说明的是，由于电机的转数通常比较快，相邻两个时间点的角度差值一般很小，所以，在本申请实施例中可以将θ-θ'确定为真实角度与预测角度之间的误差。
在本申请实施例中，提供了一种确定角度的装置，可以基于待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息，预估待检测设备的角度，即确定第二预测角度，并且，还基于该第一正弦信息、第一余弦信息和上一次预测得到的第一预测角度，确定角度偏差，该角度偏差可以理解为是待检测设备的真实角度与预测角度的偏差。如此，基于该第二预测角度和该角度偏差，可以准确地确定出待检测设备的角度。
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述***中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
请参考图3，该图3是本申请实施例提供的一种确定角度的方法流程图，该方法可以应用于上述各个实施例提供的装置中，该确定角度的方法可以包括如下几个步骤：
步骤301：基于待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及第一预测角度，确定角度差信息，第一预测角度为上一次预测出的角度。
其中，上述第一正弦信息可以为待检测设备的角度的标准正弦值，也可以是非标准正弦值，譬如，假设该待检测设备的真实角度为θ，则该第一正弦信息可以为sin(θ)，再如，该第一正弦信息也可以为Asin(θ)等。
同理，上述第一余弦信息可以为待检测设备的角度的标准余弦值，也可以是非标准余弦值，譬如，假设该待检测设备的真实角度为θ，则该第一余弦信息可以为cos(θ)，再如，该第一正弦信息也可以为Acos(θ)等。
在一个实施例中，确定第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息，确定第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息。确定第一正弦信息与第二余弦信息的乘积，得到第一乘积，确定第一余弦信息与第一正弦信息的乘积，得到第二乘积。将第一乘积与第二乘积相减，得到角度差信息。
示例性的，假设该第一预测角度为θ'，上述第一正弦信息为sin(θ)，第一余弦信息为cos(θ)，确定第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息为sin(θ')，确定该第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息为cos(θ')。确定该第一正弦信息与第二余弦信息的乘积，得到第一乘积为sin(θ)cos(θ')，确定该第一余弦信息与第二正弦信息的乘积，得到第二乘积为cos(θ)sin(θ')。之后，将该第一乘积与第二乘积相减，得到角度差信息为sin(θ)cos(θ')-cos(θ)sin(θ')，即角度差信息为sin(θ-θ')。
步骤302：基于角度差信息，确定第二预测角度。
在一个实施例中，基于角度差信息，确定待检测设备的转数，基于转数，确定第二预测角度。
示例性的，该角度差信息为sin(θ-θ')，可以确定该角度差信息的反正弦，得到θ-θ'，之后，可以通过公式KP*(θ-θ')+Ki*(θ-θ')确定该待检测设备的转数，这里记该转数为PI。对该转数PI进行积分运算，得到第二预测角度，譬如，该第二预测角度为θ”。
步骤303：基于角度差信息，确定角度偏差。
在一个实施例中，若角度差信息为正弦信息，则基于角度差信息确定角度偏差的具体实现可以包括：确定角度差信息的反正弦，得到角度偏差。
需要说明的是，上述步骤302和步骤303没有先后执行顺序。
步骤304：基于角度偏差和第二预测角度，输出待检测设备的角度。
在一个实施例中，确定第二预测角度与角度偏差之和，输出第二预测角度与角度偏差之和，得到待检测设备的角度。
譬如，假设该第二预测角度为θ”，该角度偏差为
Figure BDA0002685279680000091
补偿模块将该θ”与
Figure BDA0002685279680000092
相加，然后输出该θ”与θ”之和，该输出的角度可以确定为待检测设备的角度。
在本申请实施例中，提供了一种确定角度的装置，可以基于待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息，预估待检测设备的角度，即确定第二预测角度，并且，还基于该第一正弦信息、第一余弦信息和上一次预测得到的第一预测角度，确定角度偏差，该角度偏差可以理解为是待检测设备的真实角度与预测角度的偏差。如此，基于该第二预测角度和该角度偏差，可以准确地确定出待检测设备的角度。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种确定角度的装置，其特征在于，所述装置包括：第一运算模块、第二运算模块、偏差确定模块和补偿模块；
所述第一运算模块的输入端与待检测设备的输出端连接，所述第一运算模块的输出端分别与所述第二运算模块的输入端、所述偏差确定模块的输入端连接；
所述第二运算模块的输出端与所述补偿模块的第一输入端连接，且所述第二运算模块的输出端与所述第一运算模块的反馈端连接；
所述偏差确定模块的输出端与所述补偿模块的第二输入端连接；
其中，所述第一运算模块用于基于所述待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及所述第二运算模块反馈的第一预测角度，确定角度差信息，所述第一预测角度为上一次预测出的角度；所述第二运算模块用于基于所述角度差信息确定第二预测角度，所述偏差确定模块用于基于所述角度差信息确定角度偏差；所述补偿模块用于基于所述角度偏差和所述第二预测角度输出所述待检测设备的角度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一运算模块包括正弦运算单元、余弦运算单元、第一乘积单元、第二乘积单元和相减运算单元；
所述正弦运算单元用于确定所述第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息；
所述余弦运算单元用于确定所述第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息；
所述第一乘积单元用于确定所述第一正弦信息与所述第二余弦信息的乘积，得到第一乘积；
所述第二乘积单元用于确定所述第一余弦信息与所述第二正弦信息的乘积，得到第二乘积；
所述相减运算单元用于将所述第一乘积与所述第二乘积相减，得到所述角度差信息。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述偏差确定模块为反正弦运算模块，所述反正弦运算模块用于确定所述角度差信息的反正弦，得到所述角度偏差。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二运算模块包括系数调整单元与积分单元；
所述系数调整单元用于基于所述角度差信息，确定所述待检测设备的转数；
所述积分单元用于基于所述转数，确定所述第二预测角度。
5.一种确定角度的方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-4任一所述的装置中，所述方法包括：
基于所述待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及第一预测角度，确定角度差信息，所述第一预测角度为上一次预测出的角度；
基于所述角度差信息，确定第二预测角度；
基于所述角度差信息，确定角度偏差；
基于所述角度偏差和所述第二预测角度，输出所述待检测设备的角度。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述待检测设备输出的第一正弦信息和第一余弦信息、以及第一预测角度，确定角度差信息，包括：
确定所述第一预测角度的正弦，得到第二正弦信息；
确定所述第一预测角度的余弦，得到第二余弦信息；
确定所述第一正弦信息与所述第二余弦信息的乘积，得到第一乘积；
确定所述第一余弦信息与所述第一正弦信息的乘积，得到第二乘积；
将所述第一乘积与所述第二乘积相减，得到所述角度差信息。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述角度差信息，确定角度偏差，包括：
确定所述角度差信息的反正弦，得到所述角度偏差。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述角度偏差和所述第二预测角度输出所述待检测设备的角度，包括：
确定所述第二预测角度与所述角度偏差之和；
输出所述第二预测角度与所述角度偏差之和，得到所述待检测设备的角度。
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