CN116481433A - 确定电机位置的方法及装置、非易失性存储介质 - Google Patents

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CN116481433A CN202310534256.XA CN202310534256A CN116481433A CN 116481433 A CN116481433 A CN 116481433A CN 202310534256 A CN202310534256 A CN 202310534256A CN 116481433 A CN116481433 A CN 116481433A
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林炜彬
彭玉礼
陈飞龙
周溪
胡森
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Zhuhai Kaibang Motor Manufacture Co Ltd
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Zhuhai Kaibang Motor Manufacture Co Ltd
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Abstract

本申请公开了一种确定电机位置的方法及装置、非易失性存储介质。其中，该方法包括：获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻；确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值；获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值。本申请解决了由于噪声信号干扰造成的获取的电机位置信息不准确的技术问题。

Description

确定电机位置的方法及装置、非易失性存储介质
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，具体而言，涉及一种确定电机位置的方法及装置、非易失性存储介质。
背景技术
电机的伺服控制***通过编码器对正余弦信号进行采样、数模转换和细分的操作确定电机的位置；然而编码器在执行上述操作时不可避免引入噪声信号；噪声信号对用于确定电机位置的有效信号造成干扰，与有效信号发生频谱混叠，甚至一定程度上覆盖了有用信号；导致输出的位置值与电机实际的位置值存在误差，降低伺服***度电机位置控制的精确度。
针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种确定电机位置的方法及装置、非易失性存储介质，以至少解决由于噪声信号干扰造成的获取的电机位置信息不准确的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种确定电机位置的方法，包括：获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻；确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值；获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值。
可选地，根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值，包括：确定电机在第二时刻的状态转移值，其中，状态转移值用于指示电机从第二时刻到第一时刻的状态变化；获取电机在第二时刻的第二预测位置值，确定状态转移值与第二预测位置值的第一乘积，并确定第一差值与第一乘积的第二差值；获取电机在第一时刻的修正矩阵，确定第二差值与修正矩阵的第二乘积；将第一乘积与第二乘积的和确定为第一预测位置值。
可选地，确定电机在第二时刻的状态转移值，包括：获取电机在第三时刻的第三实际位置值，将第一实际位置值与第三实际位置值的第一比值确定为电机在第二时刻的状态转移值，其中，第三时刻为第二时刻的前一时刻；或者，获取电机在第三时刻的第三预测位置值，将第二预测位置值与第三预测位置值的第二比值确定为电机在第二时刻的状态转移值。
可选地，确定电机在第二时刻的状态转移值，还包括：如果在第三时刻到第二时刻之间存在零点对应的时刻，获取补正常量；确定补正常量与第一实际位置值的和，将补正常量与第一实际位置值的和与第三实际位置值的第三比值确定为电机在第一时刻的状态转移值；或者，确定补正常量与第二预测位置值的和，将补正常量与第二预测位置值的和与第三预测位置值的第四比值确定为电机在第二时刻的状态转移值。
可选地，修正矩阵通过以下方法得到：获取电机在初始时刻的第四预测位置值和误差值，以及电机所属伺服控制***的卡尔曼滤波方程，其中，误差值为第四实际位置值与第四预测位置值的差值，其中，第四实际位置值用于指示电机在初始时刻的实际位置；根据第四预测位置值、误差值和卡尔曼滤波方程循环递推，直到得到电机在第一时刻的修正矩阵。
可选地，第一采样值和第二采样值通过以下方法得到：获取电机在第一时刻反射的第一光信号和电机在第二时刻反射的第二光信号；将第一光信号转换为第一电信号，并将第二光信号转换为第二电信号；分别对第一电信号和第二电信号进行采样处理和细分处理，得到第一采样值和第二采样值。
可选地，确定电机位置的方法还包括：如果第一时刻为首次确定电机位置的时刻，获取编码器的第三采样值和第四采样值，其中，第三采样值为电机在第四时刻的采样位置，第四采样值为电机在第五时刻的采样位置，第四时刻为第一时刻的前一时刻，第五时刻为第四时刻的前一时刻；将第三采样值确定为电机在第四时刻的实际位置值，将第四采样值确定为电机在第五时刻的实际位置值，并将第三采样值与第四采样值的第三差值确定为电机在第四时刻的预测位置值。
可选地，确定电机位置的方法还包括：每次确定电机的第二实际位置值后，将电机在第一时刻的状态转移值更新为第二实际位置值与第一实际位置值的第五比值。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种确定电机位置的装置，包括：获取模块，用于获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻；第一确定模块，用于确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值；第二确定模块，用于获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，非易失性存储介质所在设备通过运行计算机程序执行上述的确定电机位置的方法。
根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为通过计算机程序执行上述的确定电机位置的方法。
在本申请实施例中，采用获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻；确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值；获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值的方式，通过将电机所属伺服控制***的卡尔曼滤波方程中的位置数据替换为电机在不同位置的采样值的差值，和依据电机的运动状态修正电机对应的信号模型方法；达到了降低采样噪声干扰及细分误差波动对编码器位置值精度的影响的目的，从而实现了提高定位精度的技术效果，进而解决了由于噪声信号干扰造成的获取的电机位置信息不准确技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的用于实现确定电机位置的方法的计算机终端(或移动设备)的硬件结构框图；
图2是根据本申请实施例的确定电机位置的方法的流程图；
图3是根据本申请实施例的采样操作的流程图；
图4是根据本申请实施例的卡尔曼滤波递推流程图；
图5是根据本申请实施例的输出电机的实际位置的流程图；
图6是根据本申请实施例的确定电机位置的装置的结构图；
图7是根据本申请实施例的确定电机位置的装置的工作流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了更好地理解本申请实施例，以下将本申请实施例中涉及的技术术语解释如下：
细分：对周期性的信号进行插值，提高仪器的分辨力，从而提高输出值的准确性；在本实施例中，通过对电信号进行细分处理，提高输出的表示电机位置的数值的准确度。
插值：在一组已知数据点的基础上，求解出该数据集中其他未知位置或时间点对应的数值的方法。
莫尔条纹(Moire Pattern)：一种可见的干涉图案效应，由两个不同频率但非常相似的周期性模式叠加产生。在光学领域中利用莫尔条纹去检测物体表面形态、位置、尺寸等参数信息。
采样：在一个特定时间间隔内，将连续的模拟信号抽取成一系列等幅度的周期信号；其中，采集频率越高，得到的数据就越准确。
在相关技术中，编码器通过固定状态模型对电机的采样信号进行滤波计算，而实际上的伺服电机的实际运动状态是不固定的，不同运动状态下***的信号模型都存在较大差异，编码器作为伺服电机的位置检测传感装置，对于伺服电机的运动状态也是无法预估的。另外，编码器采样及反馈给驱动器的是位置数据，而位置数据的状态方程存在较为严重的过零点超调问题，导致滤波发散，因此，存在输出的位置值与电机实际的位置值误差大的问题。为了解决该问题，本申请实施例中提供了相关的解决方案，以下详细说明。
根据本申请实施例，提供了一种确定电机位置的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请实施例所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。图1示出了一种用于实现确定电机位置的方法的计算机终端(或移动设备)的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端10(或移动设备10)可以包括一个或多个(图中采用102a、102b，……，102n来示出)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输模块106。除此以外，还可以包括：显示器、输入/输出接口(I/O接口)、通用串行总线(USB)端口(可以作为BUS总线的端口中的一个端口被包括)、网络接口、电源和/或相机。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，计算机终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
应当注意到的是上述一个或多个处理器102和/或其他数据处理电路在本文中通常可以被称为“数据处理电路”。该数据处理电路可以全部或部分的体现为软件、硬件、固件或其他任意组合。此外，数据处理电路可为单个独立的处理模块，或全部或部分的结合到计算机终端10(或移动设备)中的其他元件中的任意一个内。如本申请实施例中所涉及到的，该数据处理电路作为一种处理器控制(例如与接口连接的可变电阻终端路径的选择)。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的确定电机位置的方法对应的程序指令/数据存储装置，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的确定电机位置的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
显示器可以例如触摸屏式的液晶显示器(LCD)，该液晶显示器可使得用户能够与计算机终端10(或移动设备)的用户界面进行交互。
在上述运行环境下，本申请实施例提供了一种确定电机位置的方法。图2是确定电机位置的方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S202，获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻。
在步骤S202中，首先利用编码器采样，对相邻两个时刻的电机进行采样，得到前后两个时刻的两个采样位置值(input_Pos)，将当前时刻(即第一时刻)的采样位置值记为input_Pos(k)(即第一采样值)；将当前时刻(即第一时刻)的前一时刻(即第二时刻)的采样位置值记为input_Pos(k-1)(即第二采样值)。
根据本申请一个可选的实施例，上述第一采样值和第二采样值通过以下方法得到：获取电机在第一时刻反射的第一光信号和电机在第二时刻反射的第二光信号；将第一光信号转换为第一电信号，并将第二光信号转换为第二电信号；分别对第一电信号和第二电信号进行采样处理和细分处理，得到第一采样值和第二采样值。
图3是采样操作的流程图，电编码器中包括发光二极管(Light-emitting diode，LED)、定光栅、动光栅以及光电传感元器件，如图3所示，电编码器首先通过电光学元器件采集指示电机位置信息的莫尔条纹(即光信号)；电机在不同位置时，LED发出的光穿过定光栅和动光栅的得到光信号(即莫尔条纹)不同，电光学元器件采集到的光信号也不同，则后续解析得到的电机位置不同。接下来，利用具有能够将模拟信号转变为数字信号的电光学元器件(如光电传感器)将采集的到的莫尔条纹(即光信号)转变为波形为正弦波或余弦波的电信号。其中，将莫尔条纹(即光信号)转变为电信号的这一过程称为模数转换(Analog-to-Digital Converter，ADC)，通过模数转换能够将连续的模拟信号转换为离散的数字信号；便于接下来编码器对离散的电数字信号采样。编码器在对数字电信号采样并进行细分的操作后输出一个表示电机位置的数值(即采样位置值)。其中，在第一时刻进行上述采样、细分操作后输出的位置值即为第一采样值；在第二时刻进行上述采样、细分操作后输出的位置值即为第二采样值。另外，由于任何对信号的采样过程均无法避免噪声信号的干扰，因此，在对有效电数字信号采样的过程中会不可避免的采集到噪声信号。
步骤S204，确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值。
在步骤S204中，确定input_Pos(k)(即第一采样值)和input_Pos(k-1)(即第二采样值)的(第一)差值Δinput_Pos(k)，并基于Δinput_Pos(k)确定编码器对电机当前位置的预测值(即第一预测位置值)
根据本申请一个可选的实施例，根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值，包括：确定电机在第二时刻的状态转移值，其中，状态转移值用于指示电机从第二时刻到第一时刻的状态变化；获取电机在第二时刻的第二预测位置值，确定状态转移值与第二预测位置值的第一乘积，并确定第一差值与第一乘积的第二差值；获取电机在第一时刻的修正矩阵，确定第二差值与修正矩阵的第二乘积；将第一乘积与第二乘积的和确定为第一预测位置值
由于第一采样值和第二采样值是电机在不同时刻的采样位置值，在电机从一个时刻的位置移动到下一个时刻的位置时，电机将发生速度、电量等变化；其中电机速度、电量等自身参数变化的现象称为状态变化，将电机的状态变化进行量化会得到一个状态转移值A(k)；同样的，电机在第二时刻也存在一个表示从第二时刻的上一时刻到第二时刻这一段时间内电机状态变化的状态转移值(即电机在第二时刻的状态转移值A(k-1)。因此，在本实施例中，首先确定电机在当前时刻的上一时刻(即第二时刻)的状态转移值A(k-1)，电机的伺服控制***对应的信号模型如下：其中，S(k)根据在k时刻采集的有效信号得到，为电机在K时刻的预测值；X(k)为实际观测到的序列，w(k-1)和v(k)均为噪声信号的信号值。电机的伺服***的卡尔曼滤波递推方程如下：
其中，均方误差p(k)为电机在k时刻的预测位置值与电机在k时刻的实际位置值的差值，P(k)为多个均方误差p(k)组成的方差矩阵；和/>分别是对电机在k时刻的位置的预测值和对电机在(k-1)时刻的位置的预测值；H(k)为k时刻的修正矩阵；Q(k-1)为噪声信号w(k-1)的方差，R(k)为p(k)的增益矩阵。本申请实施例在利用卡尔曼滤波方程对确定下一个时刻的位置值/>时，将卡尔曼滤波方程中的位置值替换为位置差；由上面给出的卡尔曼滤波方程可知，只有公式/> 发生变化，变为：
因此，在确定电机在当前时刻的上一时刻(即第二时刻)的状态转移值A(k-1)之后，将上述公式中的A(k)替换为A(k-1)即可通过以下公式求得电机在当前时刻(即第一时刻)的预测位置值(即第一预测位置值)
其中，为电机在上一时刻(即第二时刻)的预测位置值(即第二预测位置值)，/>即第一乘积，H(k)即电机在当前时刻(即第一时刻)的修正矩阵；即第二差值。
根据本申请一些可选的实施例，确定电机在第二时刻的状态转移值，包括：获取电机在第三时刻的第三实际位置值，将第一实际位置值与第三实际位置值的第一比值确定为电机在第二时刻的状态转移值，其中，第三时刻为第二时刻的前一时刻；或者，获取电机在第三时刻的第三预测位置值，将第二预测位置值与第三预测位置值的第二比值确定为电机在第二时刻的状态转移值。
在一些实施例中，电机的状态转移值A(k)为当前时刻的(第二)实际位置值Pos(k)与前一时刻(即第二时刻)的(第一)实际位置值Pos(k-1)的比值。因此，电机在第二时刻的状态转移值其中，Pos(k-1)为电机在当前时刻的前一时刻(即第二时刻)的(第一)实际位置值；Pos(k-2)为电机在当前时刻的前一时刻的前一时刻(即第三时刻)的(第三)实际位置值。在本申请实施例中，电机在第二时刻的状态转移值A(k-1)还可以由电机在当前时刻的前一时刻(即第二时刻)的(第二)预测位置际位置值/>和电机在当前时刻的前一时刻的前一时刻(即第三时刻)的(第三)预测位置值/>决定，即即在本申请实施例中，
根据本申请另一些可选的实施例，确定电机在第二时刻的状态转移值，还包括：如果在第三时刻到第二时刻之间存在零点对应的时刻，获取补正常量；确定补正常量与第一实际位置值的和，将补正常量与第一实际位置值的和与第三实际位置值的第三比值确定为电机在第一时刻的状态转移值；或者，确定补正常量与第二预测位置值的和，将补正常量与第二预测位置值的和与第三预测位置值的第四比值确定为电机在第二时刻的状态转移值。
在本实施例中，如果电机从一个状态变化到另一个状态的过程中经过零点对应的时刻，在通过上一实施例的方法确定电机在上一时刻(即第二时刻)的状态转移值A(k-1)时需要获取补正常量α进行修正，其中，零点对应的时刻是指电机处于初始位置时对应的时刻。如果前后两个时刻之间存在零点时刻，则两点之间的状态转移值A(k)将在零点发生突变，因此，如果A(k)在零点发生突变。A(k)发生突变后，下一时刻输出的位置值Pos(k)将远远小于上一时刻输出的位置值Pos(k-1)；导致A(k)不适用上述A(k)＝Pos(k)/Pos(k-1)所示的关系。因此，在本实施例中，当检测到电机过零点时需要对电机的状态转移值进行修正。举例来说，本实施例使用的是23比特(bits)分辨率的编码器，该编码器的量程为0～8388607；即编码器在识别电机的位置时将电机旋转一圈的角度值分成8388608份，并将电机在0时刻对应的角度确定为零点，则当电机再次经过0时刻对应的角度时视为电机经过零点。当电机过零点时，例如。电机在(k-1)时刻的实际位置值Pos(k-1)＝8387617，在k时刻电机的实际位置值Pos(k)＝9，由于从8387617到9经过了一次旋转的最大角度值8388608，因此，可以判断从(k-1)时刻到k时刻经过了零点，此时，电机在k时刻的状态转移值
步骤S206，获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值。
在步骤S206中，由于本申请实施例中通过前后两个时刻的位置差确定电机的实际位置，因此，在步骤S206中首先获取电机在上一时刻(即第二时刻)的(第一)实际位置值Pos(k-1)，然后与第一预测位置值通过公式/>共同确定电机在当前时刻(即第一时刻)的(第二)实际位置值Pos(k)。
根据本申请一个可选的实施例，修正矩阵通过以下方法得到：获取电机在初始时刻的第四预测位置值和误差值，以及电机所属伺服控制***的卡尔曼滤波方程，其中，误差值为第四实际位置值与第四预测位置值的差值，其中，第四实际位置值用于指示电机在初始时刻的实际位置；根据第四预测位置值、误差值和卡尔曼滤波方程循环递推，直到得到电机在第一时刻的修正矩阵。
图4是卡尔曼滤波递推流程图，如图4所示，根据伺服控制***在初始时刻(如另时刻)的初始状态值S(0)，和伺服控制***在初始时刻的均方误差矩阵值P(0)，根据上述卡尔曼滤波方程中的p(k)＝A(k)P(k-1)A(k)*+Q(k-1)可得到下一时刻的均方误差p(1)；得到p(1)后，通过公式H(k)＝p(k)*[p(k)+R(k)]-1可得到下一时刻的修正矩阵H(1)；得到H(1)后，结合实际观测到得到的观测值X(1)通过公式可得到下一时刻电机的实际位置值S(1)；并且，通过方误差p(1)和修正矩阵H(1)和公式P(k)＝[I-H(k)]*p(k)更新均方误差矩阵值P(1)；更新均方误差矩阵值P(1)后再回到卡尔曼滤波方程中的第一个公式，依据上述步骤通过卡尔曼滤波方程不断进行递推直到得到伺服控制***在当前时刻(即第一时刻/k时刻)的修正矩阵H(k)。
根据本申请另一个可选的实施例，确定电机位置的方法还包括：如果第一时刻为首次确定电机位置的时刻，获取编码器的第三采样值和第四采样值，其中，第三采样值为电机在第四时刻的采样位置，第四采样值为电机在第五时刻的采样位置，第四时刻为第一时刻的前一时刻，第五时刻为第四时刻的前一时刻；将第三采样值确定为电机在第四时刻的实际位置值，将第四采样值确定为电机在第五时刻的实际位置值，并将第三采样值与第四采样值的第三差值确定为电机在第四时刻的预测位置值。
在本实施例中，在循环输出电机在各个时刻的实际位置Pos(k)之前，存在两次采样的过程，因此，在循环输出电机的实际位置Pos(k)之前首先判断当前时刻是否为首次输出电机的实际位置的时刻，如果当前时刻不是首次输出电机的实际位置的时刻，则在循环过程中获取的上一时刻(即第二时刻)的(第二)预测位置值是经过卡尔曼循环滤波公式得到的，如果当前时刻是首次输出电机的实际位置的时刻，则在循环过程中获取的上一时刻(即第二时刻)的(第二)预测位置值是通过编码器执行的赋值操作得到的。其中赋值操作的过程如下：将电机在当前时刻的前一时刻(即第四时刻)的(第三)采样值赋值为电机在第四时刻的实际位置值，将电机在当前时刻的前一时刻的前一时刻(即第五时刻)的(第四)采样值赋值为电机在第五时刻的实际位置值；同时，将电机在第四时刻的(第三)采样值与电机在第五时刻的(第四)采样值的(第三)差值赋值为电机在在第四时刻的预测位置值。图5是输出电机的实际位置的流程图，下面以图5为例详细解释编码器的赋值操作，如图5所示，以第三次采样的时刻作为首次输出电机的实际位置，在首次循环输出电机的实际位置之前进行两次采样并在这两次采样后进行赋值操作，其中，在第一次采样时输出一个采样值input_Pos(0)，并将电机在第一次采样时刻的实际位置值Pos(0)赋值为采样值input_Pos(0)；在第二次采样时输出一个采样值input_Pos(1)，并将电机在第二次采样时刻的实际位置值Pos(1)赋值为第二采样值input_Pos(1)；将电机在第一次采样的时刻对应的估计值(即预测值)ΔPos(0)赋值为上述两次采样值的差值，即ΔPos(0)＝Pos(1)-Pos(0)＝input_Pos(1)-input_Pos(0)。在确定电机在第三次采样时刻的实际位置时，将第三次采样得到的采样值(即第一采样值)input_Pos(2)与第二次采样时得到的采样值input_Pos(1)作差，将input_Pos(2)与input_Pos(1)的差值作为第一差值，与赋值后的ΔPos(0)共同进行卡尔曼滤波以确定电机在第三次采样时刻(即第一时刻)的(第一)预测位置值ΔPos(1)和电机在第三次采样时刻(即第一时刻)的(第二)实际位置值Pos(2)，其中，由上述实施例可知电机在第三次采样时刻(即第一时刻)的(第二)实际位置值Pos(2)为电机在第三次采样时刻(即第一时刻)的(第一)预测位置值与电机在第二次采样时刻的实际位置值Pos(1)的和，即Pos(2)＝ΔPos(1)+Pos(1)。
根据本申请一个可选的实施例，每次确定电机的第二实际位置值后，将电机在第一时刻的状态转移值更新为第二实际位置值与第一实际位置值的第五比值。
由于伺服电机的实际运动状态不固定，在电机不同的运动状态下伺服***对应的信号模型不同，进而状态转移值A(k)也不同。例如，在静止情况下，前后两次状态的位置值基本不变，此时的状态转移值A(k)≈1；在运动状态下，例如S(k-1)＝10，S(k)＝1000，此时状态转移值A(k)＝100，因此固定的A(k)值无法满足编码器的实际滤波要求。为保证卡尔曼滤波算法在编码器的应用上可以继续进行，在每次递推循环得到电机在当前时刻的(第二)实际位置Pos(k)后，对电机的状态转移值A(k)修正更新，将电机在当前时刻的状态转移值A(k)修正为其中，Pos(k)为电机在当前时刻的实际位置值，Pos(k-1)为电机在当前时刻的上一时刻的实际位置值；保证编码器可以得知伺服电机最新的运动状态、并及时修正信号模型的状态方程，保证算法对于不同运动状态的自适应性。
图6是本申请实施例提供的一种确定电机位置的装置的结构图，包括：获取模块60，用于获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻；第一确定模块62，用于确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值；第二确定模块64，用于获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值。
图7是确定电机位置的装置的工作流程图，如图7所示，以第三次采样的时刻作为首次输出电机的实际位置，装置在首次循环输出电机的实际位置之前进行了如图5所示的赋值操作，装置开始工作通过获取模块60获取电机在当前时刻(即第一时刻)的采样位置值(即第一采样值)，如果当前时刻为第三次采样对应的时刻，则获取的采样位置值为input_Pos(2)；如果当前时刻为第四次采样对应的时刻，则获取的采样位置值为input_Pos(3)；如果当前时刻为第五次采样对应的时刻，则获取的采样位置值为input_Pos(4)。同时通过获取模块获取上一时刻(即第二时刻)的采样位置值(即第二采样值)，如果上一时刻为第三次采样对应的时刻，则获取的采样位置值为input_Pos(2)；如果上一时刻为第四次采样对应的时刻，则获取的采样位置值为input_Pos(3)；如果上一时刻为第五次采样对应的时刻，则获取的采样位置值为input_Pos(4)。通过第一确定模块62确定获取的两个采样值的(第一)差值(即Δinput_Pos(1)、ΔinputPos(2)……)；并通过第一确定模块62基于两个采样值的(第一)差值通过卡尔曼滤波确定电机在当前时刻的预测位置值(即ΔPos(1)、ΔPos(1)……)。最后通过第二确定模块64输出电机在当前时刻(即第一)时刻的(第二)实际位置值(即Pos(2)、Pos(3)……)；其中，Pos(2)＝ΔPos(1)+Pos(1)，Pos(3)＝ΔPos(2)+Pos(2)。
需要说明的是，图6所示实施例的优选实施方式可以参见图2所示实施例的相关描述，此处不再赘述。
本申请实施例还提供了一种非易失性存储介质，该非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，非易失性存储介质所在设备通过运行计算机程序执行上述的确定电机位置的方法。
上述非易失性存储介质用于存储执行以下功能的程序：获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻；确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值；获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为通过计算机程序执行上述的确定电机位置的方法。
上述电子设备中的处理器用于运行执行以下功能的程序：获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，第二采样值为电机在第二时刻的采样位置，第二时刻为第一时刻的前一时刻，第一时刻为当前时刻；确定第一采样值和第二采样值的第一差值，并根据第一差值确定电机在第一时刻的第一预测位置值；获取电机在第二时刻的第一实际位置值，基于第一预测位置值和第一实际位置值确定电机在第一时刻的第二实际位置值。
需要说明的是，上述确定电机位置的装置中的各个模块可以是程序模块(例如是实现某种特定功能的程序指令集合)，也可以是硬件模块，对于后者，其可以表现为以下形式，但不限于此：上述各个模块的表现形式均为一个处理器，或者，上述各个模块的功能通过一个处理器实现。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元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。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种确定电机位置的方法，其特征在于，包括：
获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，所述第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，所述第二采样值为所述电机在第二时刻的采样位置，所述第二时刻为所述第一时刻的前一时刻，所述第一时刻为当前时刻；
确定所述第一采样值和所述第二采样值的第一差值，并根据所述第一差值确定所述电机在所述第一时刻的第一预测位置值；
获取电机在所述第二时刻的第一实际位置值，基于所述第一预测位置值和所述第一实际位置值确定所述电机在所述第一时刻的第二实际位置值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一差值确定所述电机在所述第一时刻的第一预测位置值，包括：
确定所述电机在所述第二时刻的状态转移值，其中，所述状态转移值用于指示所述电机从所述第二时刻到所述第一时刻的状态变化；
获取所述电机在所述第二时刻的第二预测位置值，确定所述状态转移值与所述第二预测位置值的第一乘积，并确定所述第一差值与所述第一乘积的第二差值；
获取所述电机在所述第一时刻的修正矩阵，确定所述第二差值与所述修正矩阵的第二乘积；
将所述第一乘积与所述第二乘积的和确定为所述第一预测位置值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述电机在所述第二时刻的状态转移值，包括：
获取所述电机在第三时刻的第三实际位置值，将所述第一实际位置值与所述第三实际位置值的第一比值确定为所述电机在所述第二时刻的状态转移值，其中，所述第三时刻为所述第二时刻的前一时刻；或者，
获取所述电机在所述第三时刻的第三预测位置值，将所述第二预测位置值与所述第三预测位置值的第二比值确定为所述电机在所述第二时刻的状态转移值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述电机在所述第二时刻的状态转移值，还包括：
如果在所述第三时刻到所述第二时刻之间存在零点对应的时刻，获取补正常量；
确定所述补正常量与所述第一实际位置值的和，将所述补正常量与所述第一实际位置值的和与所述第三实际位置值的第三比值确定为所述电机在所述第一时刻的状态转移值；或者，
确定所述补正常量与所述第二预测位置值的和，将所述补正常量与所述第二预测位置值的和与所述第三预测位置值的第四比值确定为所述电机在所述第二时刻的状态转移值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述修正矩阵通过以下方法得到：
获取所述电机在初始时刻的第四预测位置值和误差值，以及所述电机所属伺服控制***的卡尔曼滤波方程，其中，所述误差值为第四实际位置值与所述第四预测位置值的差值，其中，所述第四实际位置值用于指示所述电机在所述初始时刻的实际位置；
根据所述第四预测位置值、所述误差值和所述卡尔曼滤波方程循环递推，直到得到所述电机在所述第一时刻的修正矩阵。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一采样值和所述第二采样值通过以下方法得到：
获取所述电机在所述第一时刻反射的第一光信号和所述电机在所述第二时刻反射的第二光信号；
将所述第一光信号转换为第一电信号，并将所述第二光信号转换为第二电信号；
分别对所述第一电信号和所述第二电信号进行采样处理和细分处理，得到所述第一采样值和所述第二采样值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述第一时刻为首次确定电机位置的时刻，获取所述编码器的第三采样值和第四采样值，其中，所述第三采样值为所述电机在第四时刻的采样位置，所述第四采样值为所述电机在第五时刻的采样位置，所述第四时刻为所述第一时刻的前一时刻，所述第五时刻为所述第四时刻的前一时刻；
将所述第三采样值确定为所述电机在所述第四时刻的实际位置值，将所述第四采样值确定为所述电机在所述第五时刻的实际位置值，并将所述第三采样值与所述第四采样值的第三差值确定为所述电机在所述第四时刻的预测位置值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：每次确定所述电机的第二实际位置值后，将所述电机在所述第一时刻的状态转移值更新为所述第二实际位置值与所述第一实际位置值的第五比值。
9.一种确定电机位置的装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取编码器的第一采样值和第二采样值，其中，所述第一采样值为电机在第一时刻的采样位置，所述第二采样值为所述电机在第二时刻的采样位置，所述第二时刻为所述第一时刻的前一时刻，所述第一时刻为当前时刻；
第一确定模块，用于确定所述第一采样值和所述第二采样值的第一差值，并根据所述第一差值确定所述电机在所述第一时刻的第一预测位置值；
第二确定模块，用于获取电机在所述第二时刻的第一实际位置值，基于所述第一预测位置值和所述第一实际位置值确定所述电机在所述第一时刻的第二实际位置值。
10.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，所述非易失性存储介质所在设备通过运行所述计算机程序执行权利要求1至7中任意一项所述的确定电机位置的方法。
11.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行权利要求1至7中任意一项所述的确定电机位置的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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