專利名稱：一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償方法及補償裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及動態(tài)場合應用下的角度測量方法，尤其是涉及一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償方法及補償裝置。
背景技術：
角度測量廣泛用于軍事、工業(yè)和機器人等領域，隨著技術的發(fā)展，測角傳感器也不斷地被小型化和智能化，它通過定時采樣后可提供數字角度信號。為了達到預期的精度通常要和外部電路構成一套測角系統(tǒng)，此時外部處理電路和數字角度傳感器便構成了異步采樣關系。由于采樣偏差的存在，基于異步采樣的測角系統(tǒng)應用在動態(tài)場合下時會產生比較大的誤差，該誤差正比于數字角度傳感器采樣周期T，此外由于環(huán)境的變化引起T發(fā)生變化，即測量誤差會也會隨著環(huán)境溫度變化而變化，對數字角度傳感器的轉換值進行非線性 校準和溫度校準也很難解決以上問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的在于提供一種基于異步米樣的自適應動態(tài)誤差補償方法，它能有效地減小由于采樣偏差導致的角度測量誤差，使得動態(tài)應用場合下的角度測量精度得到提高，性能也更加穩(wěn)定。本發(fā)明的第二個目的在于提供一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償裝置。本發(fā)明的第一個目的是這樣實現(xiàn)的
一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償方法，特征是
A、第I定時采樣電路對機械角度進行采集，得到角度值，并由第I定時采樣電路轉化為數字電氣角度值，第I定時采樣電路的采樣頻率為IOkHz ；
B、第2定時采樣電路中的數據采集模塊通過同步串行數字接口在采樣觸發(fā)信號TrI的觸發(fā)下定時對第I定時采樣電路進行數據采集，以獲取數字角度值，采樣觸發(fā)信號Trl的采樣頻率為500Hz，此時第I定時采樣電路和第2定時采樣電路構成了異步采樣關系；
C、數據采集模塊每次被觸發(fā)后便開始以40us完成一次數據采集，共采集三組數字角度值A、B和C，完成三次采集后將三組數字角度值A、B和C分別傳輸給數據關系判定模塊和數據選擇器，數據采集模塊同時產生第3觸發(fā)信號Tr3給數據關系判定模塊；
D、數據關系判定模塊被第3觸發(fā)信號Tr3觸發(fā)后對數據采集模塊輸入的A、B、C三組數字角度值進行判定，得到第I組合關系STl、第2組合關系ST2、第3組合關系ST3、第4組合關系 ST4 四種關系的組合，S卩ST1:A=B=C; ST2:A=B ^ C; ST3:A ^ B=C ；ST4 A ^ B ^ C ；
E、第I計數狀態(tài)機和第2計數狀態(tài)機根據數據關系判定模塊傳輸來的第I數據關系指示信號StO和第2數據關系指示信號Stl分別進行計數，計數規(guī)則為第I數據關系指示信號StO值和第2數據關系指示信號Stl值發(fā)生變化時，第I計數狀態(tài)機的第I數值NI加I ;當上一組數字角度值A、B、C的關系為ST3 CstO=I, stl=0)，而本組數字角度值A、B、C的關系為ST2 (StO=O, stl=l )，第2計數狀態(tài)機的第2數值N2加I ;當本組的數字角度值A、B、C的關系由ST2或ST3或ST4變?yōu)镾Tl (st0=l, Stl=I)，第2計數狀態(tài)機的第2數值N2加1，此時第I計數狀態(tài)機將第I數值NI、第2數值N2傳輸給采樣偏移歸一化時間計算模塊，將第I數值NI傳輸給權值計算模塊，同時產生第2觸發(fā)信號Tr2給采樣偏移歸一化時間計算模塊，并且在第2觸發(fā)信號Tr2的下降沿將第I數值NI、第2數值N2清零；
F、第2觸發(fā)信號Tr2的上升沿觸發(fā)歸一化偏移時間計算模塊，歸一化偏移時間計算模塊根據第I數值NI、第2數值N2更新歸一化偏移時間t，并將歸一化偏移時間t傳輸給權值計算模塊；
G、權值計算模塊根據新的歸一化偏移時間t和第I數值NI重新計算第I權值《1、第2權值 w2, wl=Nl*t, w2=l-wl ；
H、數據選擇器根據數據關系判定模塊傳輸來的第I數據關系指示信號StO和第2數據、關系指示信號Stl從數據采集模塊輸入的A、B、C三組數字角度值中進行選擇后輸出待加權信號Y1、Y2 ；
I、乘加運算模塊對Yl，Y2進行加權，輸出經自適應補償后的角度0，即
0=wl*Yl+w2*Y2，各狀態(tài)下輸出角度0為
STl: 9 = A*t*Nl+C*(l-t*Nl);
ST2: 9 = A*t*Nl+C*(l-t*Nl)；
ST3: 9 = A*t*Nl+B*(l-t*Nl)；
ST4: 9= B*t*Nl+B*(l-t*Nl)。本發(fā)明的第二個目的是這樣實現(xiàn)的
一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償裝置，特征是包括第I定時采樣電路，第2定時采樣電路由數據采集模塊、數據關系判定模塊、數據選擇器、第I計數狀態(tài)機、第2計數狀態(tài)機、采樣偏移歸一化時間計算模塊、權值計算模塊、乘加運算模塊組成，數據采集模塊的數據輸入端通過SSI數字接口電路與第I定時采樣電路的數據輸出端連接，數據采集模塊的數據輸出端分別與數據關系判定模塊的數據輸入端和數據選擇器的數據輸入端連接，數據采集模塊的觸發(fā)信號輸出端與數據關系判定模塊的觸發(fā)信號輸入端連接，數據關系判定模塊的數據輸出端分別與第I計數狀態(tài)機的關系判定輸入端、第2計數狀態(tài)機的關系判定輸入端和數據選擇器輸入端連接，第2計數狀態(tài)機的數值輸出端與采樣偏移歸一化時間計算模塊輸入端連接，第I計數狀態(tài)機的數值輸出端分別與采樣偏移歸一化時間計算模塊的數值輸入端和權值計算模塊的數值輸入端連接，第I計數狀態(tài)機的觸發(fā)信號輸出端與采樣偏移歸一化時間計算模塊的觸發(fā)信號輸入端連接，權值計算模塊的權值輸出端與乘加運算模塊的權值輸入端連接，數據選擇器的數據輸出端和乘加運算模塊的數據輸入端連接，乘加運算模塊的角度輸出端輸出經自適應補償后的角度Q。由于異步采樣中存在采樣偏差，第I定時采樣電路和第2定時采樣電路中的采樣偏差是會隨時間線性累積，因此，本發(fā)明為一種自適應的方法，它根據異步采樣中采樣偏差會隨時間線性累積的特征，結合采樣偏移歸一化時間對采樣數據進行了補償，由于歸一化時間是第2定時采樣電路自動統(tǒng)計且不和第I定時采樣電路的采樣周期相關，進而補償結果與影響采樣周期的各種因素無關，所以本發(fā)明能有效地減小由于采樣偏差導致的角度動態(tài)測量誤差，使得動態(tài)應用場合下的角度測量精度得到提高，性能也更加穩(wěn)定。


圖I為本發(fā)明的原理框圖。
具體實施例方式下面結合實施例并對照附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償方法，具體步驟如下
A、第I定時采樣電路(AS5045)定時對機械角度進行采集，得到數字式的電氣角度，AS5045的采樣頻率為IOkHz ；
B、第2定時采樣電路中的數據采集模塊通過SSI數字接口在采樣觸發(fā)信號Trl的觸發(fā) 下定時對第I定時采樣電路進行數據采集，以獲取數字角度值，采樣觸發(fā)信號Trl的頻率為500Hz，此時第I定時采樣電路和第2定時采樣電路構成了異步采樣關系；
C、數據采集模塊每次被觸發(fā)后便開始以40us完成一次數據采集，共采集三組數字角度值A、B和C，完成三次采集后將三組數字角度值A、B和C分別傳輸給數據關系判定模塊和數據選擇器，數據采集模塊同時產生第3觸發(fā)信號Tr3給數據關系判定模塊；
D、數據關系判定模塊被第3觸發(fā)信號Tr3觸發(fā)后對數據采集模塊輸入的A、B、C三組數字角度值進行判定，得到第I組合關系STl、第2組合關系ST2、第3組合關系ST3、第4組合關系ST4四種關系的組合，S卩ST1:A=B=C; ST2:A=B關C; ST3:A關B=C ;ST4 :A關B關C，由數據關系指示信號StO和Stl表示這四種關系，見表I ;
表I數據關系的表不
表I數據關系的表示^
I取值W^數據選擇器輸出
"'StCM Stl*'Ylr- Y2 ' .
I-1O1 STl A=B=C-1 A^iC‘i ^
2 -OtjI*-* STSiA=B^C*'C‘. 4;
3‘::. 1+}STSrA^B=C*1 A‘!B ! ^
4 -l4-fI ‘ ST4: A^B^C*i BB+)
E、第I計數狀態(tài)機和第2計數狀態(tài)機根據數據關系判定模塊傳輸來的第I數據關系指示信號StO和第2數據關系指示信號Stl分別進行計數，計數規(guī)則為 第I數據關系指示信號StO值和第2數據關系指示信號Stl值發(fā)生變化時，第I計數狀態(tài)機的第I數值NI加
I;當上一組數字角度值A、B、C的關系為ST3，而本組數字角度值A、B、C的關系為ST2，第2計數狀態(tài)機的第2數值N2加I ;當本組的數字角度值A、B、C的關系由ST2或ST3或ST4變?yōu)镾T1，第2計數狀態(tài)機的第2數值N2加1，此時第I計數狀態(tài)機將第I數值NI、第2數值N2傳輸給采樣偏移歸一化時間計算模塊，將第I數值NI傳輸給權值計算模塊，同時產生第2觸發(fā)信號Tr2給采樣偏移歸一化時間計算模塊，并且在第2觸發(fā)信號Tr2的下降沿將第I數值NI、第2數值N2清零；
F、第2觸發(fā)信號Tr2的上升沿觸發(fā)歸一化偏移時間計算模塊，歸一化偏移時間計算模塊根據第I數值NI、第2數值N2更新歸一化偏移時間t，并將歸一化偏移時間t傳輸給權值計算模塊；G、權值計算模塊根據新的歸一化偏移時間t和第I數值NI重新計算第I權值《1、第2權值 w2, wl=Nl*t, w2=l-wl ；
H、數據選擇器根據數據關系判定模塊傳輸來的第I數據關系指示信號StO和第2數據關系指示信號Stl從數據采集模塊輸入的A、B、C三組數字角度值中進行選擇后輸出待加權信號Y1、Y2 ；
I、乘加運算模塊對Yl，Y2進行加權，輸出經自適應補償后的角度0，即0 =wl*Yl+w2*Y2，各狀態(tài)下輸出為
STl: 9 = A*t*Nl+C*(l-t*Nl)；;
ST2: 9 = A*t*Nl+C*(l-t*Nl)；
ST3: 9 = A*t*Nl+B*(l-t*Nl)；
ST4: 9= B*t*Nl+B*(l-t*Nl)。一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償裝置，特征是包括第I定時采樣電路(AS5045)，第2定時采樣電路由數據采集模塊、數據關系判定模塊、數據選擇器、第I計數狀態(tài)機、第2計數狀態(tài)機、采樣偏移歸一化時間計算模塊、權值計算模塊、乘加運算模塊組成，數據采集模塊的數據輸入端通過SSI數字接口電路與第I定時采樣電路的數據輸出端連接，數據采集模塊的數據輸出端分別與數據關系判定模塊的數據輸入端和數據選擇器的數據輸入端連接，數據采集模塊的觸發(fā)信號輸出端與數據關系判定模塊的觸發(fā)信號輸入端連接，數據關系判定模塊的數據輸出端分別與第I計數狀態(tài)機的關系判定輸入端、第2計數狀態(tài)機的關系判定輸入端和數據選擇器輸入端連接，第2計數狀態(tài)機的數值輸出端與采樣偏移歸一化時間計算模塊輸入端連接，第I計數狀態(tài)機的數值輸出端分別與采樣偏移歸一化時間計算模塊的數值輸入端和權值計算模塊的數值輸入端連接，第I計數狀態(tài)機的觸發(fā)信號輸出端與采樣偏移歸一化時間計算模塊的觸發(fā)信號輸入端連接，權值計算模塊的權值輸出端與乘加運算模塊的權值輸入端連接，數據選擇器的數據輸出端和乘加運算模塊的數據輸入端連接，乘加運算模塊的角度輸出端輸出經自適應補償后的角度e。
權利要求
1. ー種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償方法，其特征在于 A、第I定時采樣電路對機械角度進行采集，得到角度值，并由第I定時采樣電路轉化為數字電氣角度值，第I定時采樣電路的采樣頻率為IOkHz ； B、第2定時采樣電路中的數據采集模塊通過同步串行數字接ロ在采樣觸發(fā)信號TrI的觸發(fā)下定時對第I定時采樣電路進行數據采集，以獲取數字角度值，采樣觸發(fā)信號Trl的采樣頻率為500Hz，此時第I定時采樣電路和第2定時采樣電路構成了異步采樣關系； C、數據采集模塊每次被觸發(fā)后便開始以40us完成一次數據采集，共采集三組數字角度值A、B和C，完成三次采集后將三組數字角度值A、B和C分別傳輸給數據關系判定模塊和數據選擇器，數據采集模塊同時產生第3觸發(fā)信號Tr3給數據關系判定模塊； D、數據關系判定模塊被第3觸發(fā)信號Tr3觸發(fā)后對數據采集模塊輸入的A、B、C三組數字角度值進行判定，得到第I組合關系STl、第2組合關系ST2、第3組合關系ST3、第4組合關系 ST4 四種關系的組合，S卩ST1:A=B=C; ST2:A=B ^ C; ST3:A 尹 B=C ;ST4 :A 尹 B 尹 C ; E、第I計數狀態(tài)機和第2計數狀態(tài)機根據數據關系判定模塊傳輸來的第I數據關系指示信號StO和第2數據關系指示信號Stl分別進行計數，計數規(guī)則為 第I數據關系指示信號StO值和第2數據關系指示信號Stl值發(fā)生變化時，第I計數狀態(tài)機的第I數值NI加I ;當上ー組數字角度值A、B、C的關系為ST3，而本組數字角度值A、B、C的關系為ST2，第2計數狀態(tài)機的第2數值N2加I ;當本組的數字角度值、AB、C的關系由ST2或ST3或ST4變?yōu)镾T1，第2計數狀態(tài)機的第2數值N2加1，此時第I計數狀態(tài)機將第I數值NI、第2數值N2傳輸給采樣偏移歸ー化時間計算模塊，將第I數值NI傳輸給權值計算模塊，同時產生第2觸發(fā)信號Tr2給采樣偏移歸ー化時間計算模塊，并且在第2觸發(fā)信號Tr2的下降沿將第I數值NI、第2數值N2清零； F、第2觸發(fā)信號Tr2的上升沿觸發(fā)歸ー化偏移時間計算模塊，歸ー化偏移時間計算模塊根據第I數值NI、第2數值N2更新歸ー化偏移時間t，并將歸一化偏移時間t傳輸給權值計算模塊； G、權值計算模塊根據新的歸ー化偏移時間t和第I數值NI重新計算第I權值wl、第2權值 w2, wl=Nl*t, w2=l-wl ； H、數據選擇器根據數據關系判定模塊傳輸來的第I數據關系指示信號StO和第2數據關系指示信號Stl從數據采集模塊輸入的A、B、C三組數字角度值中進行選擇后輸出待加權信號Y1、Y2 ； I、乘加運算模塊對Yl，Υ2進行加權，輸出經自適應補償后的角度Θ，即Θ =wi*Yi+w2*Y2，各狀態(tài)下輸出角度Θ為STl: Θ = A*t*Nl+C*(l-t*Nl);ST2: θ = A*t*Nl+0(l-t*Nl)；ST3: θ = A*t*Nl+B*(l-t*Nl)； ST4: θ= B*t*Nl+B*(l-t*Nl)。
2.ー種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償裝置，包括第I定時采樣電路，其特征在于第2定時采樣電路由數據采集模塊、數據關系判定模塊、數據選擇器、第I計數狀態(tài)機、第2計數狀態(tài)機、采樣偏移歸ー化時間計算模塊、權值計算模塊、乘加運算模塊組成，數據采集模塊的數據輸入端通過SSI數字接ロ電路與第I定時采樣電路的數據輸出端連接，數據采集模塊的數據輸出端分別與數據關系判定模塊的數據輸入端和數據選擇器的數據輸入端連接，數據采集模塊的觸發(fā)信號輸出端與數據關系判定模塊的觸發(fā)信號輸入端連接，數據關系判定模塊的數據輸出端分別與第I計數狀態(tài)機的關系判定輸入端、第2計數狀態(tài)機的關系判定輸入端和數據選擇器輸入端連接，第2計數狀態(tài)機的數值輸出端與采樣偏移歸ー化時間計算模塊輸入端連接，第I計數狀態(tài)機的數值輸出端分別與采樣偏移歸ー化時間計算模塊的數值輸入端和權值計算模塊的數值輸入端連接，第I計數狀態(tài)機的觸發(fā)信號輸出端與采樣 偏移歸ー化時間計算模塊的觸發(fā)信號輸入端連接，權值計算模塊的權值輸出端與乘加運算模塊的權值輸入端連接，數據選擇器的數據輸出端和乘加運算模塊的數據輸入端連接，乘加運算模塊的角度輸出端輸出經自適應補償后的角度Θ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于異步采樣的自適應動態(tài)誤差補償方法及補償裝置，該補償裝置包括第1定時采樣電路，特征是第2定時采樣電路由數據采集模塊、數據關系判定模塊、數據選擇器、第1、2計數狀態(tài)機、采樣偏移歸一化時間計算模塊、權值計算模塊和乘加運算模塊組成。該補償方法根據異步采樣中采樣偏差會隨時間線性累積的特征，結合采樣偏移歸一化時間對采樣數據進行了補償，由于歸一化時間是第2定時采樣電路自動統(tǒng)計且不和第1定時采樣電路的采樣周期相關，進而補償結果與影響采樣周期的各種因素無關，所以本發(fā)明能有效地減小由于采樣偏差導致的角度動態(tài)測量誤差，使得動態(tài)應用場合下的角度測量精度得到提高，性能也更加穩(wěn)定。
文檔編號G01B7/30GK102661705SQ20121016156
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權日2012年5月23日
發(fā)明者吳小鋒, 賈曉東 申請人:江西省智成測控技術研究所有限責任公司