一种磁编码器正交误差自适应补偿方法与流程

本发明属于电机控制，具体涉及一种磁编码器正交误差自适应补偿方法，旨在提高磁编码器的检测精度和可靠性。

背景技术：

1、磁编码器作为一种重要的角度检测装置，广泛应用于工业自动化、机器人、航空航天等领域。然而，在实际应用中，由于制造工艺、安装精度及环境因素等的影响，磁编码器往往存在正交误差，即两个正交方向的信号（正余弦）之间存在一定的偏差，导致测量结果的不准确。

2、常用的磁编码器正余弦信号补偿方法有：（1）将已知产生的单频信号频率作为参考基准，再求解正余弦信号的幅度和相位失衡因子；（2）复杂度较高的椭圆拟合。两种补偿方法中前者需要已知正余弦信号频率，而后者不适合高速处理需求的系统。此外还有反馈、移相等需要通过设计硬件电路的方式可以实现正余弦信号的自适应补偿，但对于中心频率未知的系统并不友好。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种磁编码器正交误差自适应补偿方法，主要适用场景为编码器的生产测试环节，在未知正余弦信号频率的情况下实现对磁编码器正交误差的自适应补偿，可以改善磁编码器的检测精度和可靠性，有效提高生产测试效率，降低时间成本。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

3、一种磁编码器正交误差自适应补偿方法，应用于生产测试阶段，所述磁编码器正交误差自适应补偿方法，包括：

4、判断校正系数是否为空，若为空，则执行校正系数标定流程；否则进入单采样点校正系数验证流程；

5、所述校正系数标定流程如下：

6、获取磁编码器在n个采样点连续采样得到的n个正弦信号和n个余弦信号；

7、根据n个正弦信号和n个余弦信号分别求解正弦信号的直流分量和余弦信号的直流分量，将正弦信号的直流分量和余弦信号的直流分量保存至第一校正矩阵m；

8、根据正弦信号和正弦信号的直流分量得到n个去除直流分量后的正弦信号，根据余弦信号和余弦信号的直流分量得到n个去除直流分量后的余弦信号，分别取去除直流分量后的正弦信号以及去除直流分量后的余弦信号的最大值和最小值，保存至归一化矩阵f；

9、建立理想正交信号与去除直流分量后的正弦信号以及去除直流分量后的余弦信号的转换模型，取转换模型中的转换系数保存至第二校正矩阵p；

10、将第一校正矩阵m、归一化矩阵f和第二校正矩阵p作为校正系数，基于校正系数执行多采样点校正系数验证流程，若验证通过，则保存校正系数，并进入单采样点校正系数验证流程；否则清空校正系数并重新执行所述校正系数标定流程；

11、所述单采样点校正系数验证流程如下：

12、获取磁编码器在单个采样点单点采样得到的正弦信号和余弦信号；

13、利用第一校正矩阵m和第二校正矩阵p对单个采样点的正弦信号和余弦信号进行正交补偿，并在正交补偿后利用归一化矩阵f进行归一化处理；

14、计算归一化处理后的归一化正弦信号和归一化余弦信号与单位圆的误差，得到单点误差值，若单点误差值小于或等于误差阈值，则取下一个采样点重新进行单采样点校正系数验证流程，直至完成所有采样点的验证后结束；否则执行所述校正系数标定流程。

15、以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。

16、作为优选，所述根据n个正弦信号和n个余弦信号分别求解正弦信号的直流分量和余弦信号的直流分量，包括：

17、

18、式中，表示第个采样点，表示第个采样点的正弦信号对应的采样电压值，表示第个采样点的余弦信号对应的采样电压值。

19、作为优选，所述建立理想正交信号与去除直流分量后的正弦信号以及去除直流分量后的余弦信号的转换模型，取转换模型中的转换系数保存至第二校正矩阵p，包括：

20、建立理想正交信号与去除直流分量后的正弦信号以及去除直流分量后的余弦信号的转换模型如下：

21、

22、式中，是理想正交信号的理想幅度，是理想正交信号的角度值，、、和为转换系数；

23、取去除直流分量后的正弦信号以及去除直流分量后的余弦信号的模型如下：

24、

25、则得到：

26、

27、

28、

29、

30、因此得到第二校正矩阵p为：

31、

32、式中，是幅度失配因子，是相位失配因子。

33、作为优选，所述幅度失配因子和相位失配因子的计算过程如下：

34、基于信号自身的统计特性进行校准，令：

35、

36、于是，计算幅度失配因子和相位失配因子为：

37、

38、式中，表示期望。

39、作为优选，所述多采样点校正系数验证流程包括：

40、利用第一校正矩阵m和第二校正矩阵p对n个采样点的正弦信号和余弦信号分别进行正交补偿，并在正交补偿后利用归一化矩阵f进行归一化处理；

41、计算n个归一化处理后的归一化正弦信号和归一化余弦信号与单位圆的误差，得到平均误差值，若平均误差值小于或等于误差阈值，则验证通过；否则验证不通过。

42、作为优选，所述平均误差值计算公式如下：

43、

44、式中，为平均误差值，表示第个采样点，为第个采样点的归一化正弦信号，为第个采样点的归一化余弦信号。

45、作为优选，所述利用第一校正矩阵m和第二校正矩阵p对单个采样点的正弦信号和余弦信号进行正交补偿，包括：

46、

47、式中，表示正交补偿后的正弦信号，表示正交补偿后的余弦信号。

48、作为优选，所述单点误差值的计算公式如下：

49、

50、式中，为单点误差值，为单个采样点的归一化正弦信号，为单个采样点的归一化余弦信号。

51、作为优选，所述校正系数标定流程中的采样点个数n，覆盖n个正余弦信号周期，且。

52、本发明提供的一种磁编码器正交误差自适应补偿方法，无需设计硬件反馈电路，可直接对磁编码器采集的正余弦信号进行数字化处理，实现在未知信号频率的情况下的正交误差自适应补偿，可以改善磁编码器的检测精度和可靠性，有效提高生产测试效率，降低时间成本。

技术特征：

1.一种磁编码器正交误差自适应补偿方法，应用于生产测试阶段，其特征在于，所述磁编码器正交误差自适应补偿方法，包括：

2.根据权利要求1所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述根据n个正弦信号和n个余弦信号分别求解正弦信号的直流分量和余弦信号的直流分量，包括：

3.根据权利要求1所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述建立理想正交信号与去除直流分量后的正弦信号以及去除直流分量后的余弦信号的转换模型，取转换模型中的转换系数保存至第二校正矩阵p，包括：

4.根据权利要求3所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述幅度失配因子和相位失配因子的计算过程如下：

5.根据权利要求1所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述多采样点校正系数验证流程包括：

6.根据权利要求5所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述平均误差值计算公式如下：

7.根据权利要求1所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述利用第一校正矩阵m和第二校正矩阵p对单个采样点的正弦信号和余弦信号进行正交补偿，包括：

8.根据权利要求1所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述单点误差值的计算公式如下：

9.根据权利要求1所述的磁编码器正交误差自适应补偿方法，其特征在于，所述校正系数标定流程中的采样点个数n，覆盖n个正余弦信号周期，且。

技术总结
本发明属于电机控制技术领域，公开了一种磁编码器正交误差自适应补偿方法，本发明判断校正系数是否为空，若为空，则执行校正系数标定流程；否则进入单采样点校正系数验证流程。本发明无需设计硬件反馈电路，可直接对磁编码器采集的正余弦信号进行数字化处理，实现在未知信号频率的情况下的正交误差自适应补偿，可以改善磁编码器的检测精度和可靠性，有效提高生产测试效率，降低时间成本。

技术研发人员：卜子容,娄琪
受保护的技术使用者：中电海康集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/23