专利名称：一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法及补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及动态场合应用下的角度测量方法，尤其是涉及一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法及补偿装置。
背景技术：
角度测量广泛用于军事、工业和机器人等领域，随着技术的发展，测角传感器也不断地被小型化和智能化，它通过定时采样后可提供数字角度信号。为了达到预期的精度通常要和外部电路构成一套测角系统，此时外部处理电路和数字角度传感器便构成了异步采样关系。由于采样偏差的存在，基于异步采样的测角系统应用在动态场合下时会产生比较大的误差，该误差正比于数字角度传感器采样周期T，此外由于环境的变化引起T发生变化，即测量误差会也会随着环境温度变化而变化，对数字角度传感器的转换值进行非线性 校准和温度校准也很难解决以上问题。

发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种基于异步米样的自适应动态误差补偿方法，它能有效地减小由于采样偏差导致的角度测量误差，使得动态应用场合下的角度测量精度得到提高，性能也更加稳定。本发明的第二个目的在于提供一种基于异步采样的自适应动态误差补偿装置。本发明的第一个目的是这样实现的
一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法，特征是
A、第I定时采样电路对机械角度进行采集，得到角度值，并由第I定时采样电路转化为数字电气角度值，第I定时采样电路的采样频率为IOkHz ；
B、第2定时采样电路中的数据采集模块通过同步串行数字接口在采样触发信号TrI的触发下定时对第I定时采样电路进行数据采集，以获取数字角度值，采样触发信号Trl的采样频率为500Hz，此时第I定时采样电路和第2定时采样电路构成了异步采样关系；
C、数据采集模块每次被触发后便开始以40us完成一次数据采集，共采集三组数字角度值A、B和C，完成三次采集后将三组数字角度值A、B和C分别传输给数据关系判定模块和数据选择器，数据采集模块同时产生第3触发信号Tr3给数据关系判定模块；
D、数据关系判定模块被第3触发信号Tr3触发后对数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值进行判定，得到第I组合关系STl、第2组合关系ST2、第3组合关系ST3、第4组合关系 ST4 四种关系的组合，S卩ST1:A=B=C; ST2:A=B ^ C; ST3:A ^ B=C ；ST4 A ^ B ^ C ；
E、第I计数状态机和第2计数状态机根据数据关系判定模块传输来的第I数据关系指示信号StO和第2数据关系指示信号Stl分别进行计数，计数规则为第I数据关系指示信号StO值和第2数据关系指示信号Stl值发生变化时，第I计数状态机的第I数值NI加I ;当上一组数字角度值A、B、C的关系为ST3 CstO=I, stl=0)，而本组数字角度值A、B、C的关系为ST2 (StO=O, stl=l )，第2计数状态机的第2数值N2加I ;当本组的数字角度值A、B、C的关系由ST2或ST3或ST4变为STl (st0=l, Stl=I)，第2计数状态机的第2数值N2加1，此时第I计数状态机将第I数值NI、第2数值N2传输给采样偏移归一化时间计算模块，将第I数值NI传输给权值计算模块，同时产生第2触发信号Tr2给采样偏移归一化时间计算模块，并且在第2触发信号Tr2的下降沿将第I数值NI、第2数值N2清零；
F、第2触发信号Tr2的上升沿触发归一化偏移时间计算模块，归一化偏移时间计算模块根据第I数值NI、第2数值N2更新归一化偏移时间t，并将归一化偏移时间t传输给权值计算模块；
G、权值计算模块根据新的归一化偏移时间t和第I数值NI重新计算第I权值《1、第2权值 w2, wl=Nl*t, w2=l-wl ；
H、数据选择器根据数据关系判定模块传输来的第I数据关系指示信号StO和第2数据、关系指示信号Stl从数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值中进行选择后输出待加权信号Y1、Y2 ；
I、乘加运算模块对Yl，Y2进行加权，输出经自适应补偿后的角度0，即
0=wl*Yl+w2*Y2，各状态下输出角度0为
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)。本发明的第二个目的是这样实现的
一种基于异步采样的自适应动态误差补偿装置，特征是包括第I定时采样电路，第2定时采样电路由数据采集模块、数据关系判定模块、数据选择器、第I计数状态机、第2计数状态机、采样偏移归一化时间计算模块、权值计算模块、乘加运算模块组成，数据采集模块的数据输入端通过SSI数字接口电路与第I定时采样电路的数据输出端连接，数据采集模块的数据输出端分别与数据关系判定模块的数据输入端和数据选择器的数据输入端连接，数据采集模块的触发信号输出端与数据关系判定模块的触发信号输入端连接，数据关系判定模块的数据输出端分别与第I计数状态机的关系判定输入端、第2计数状态机的关系判定输入端和数据选择器输入端连接，第2计数状态机的数值输出端与采样偏移归一化时间计算模块输入端连接，第I计数状态机的数值输出端分别与采样偏移归一化时间计算模块的数值输入端和权值计算模块的数值输入端连接，第I计数状态机的触发信号输出端与采样偏移归一化时间计算模块的触发信号输入端连接，权值计算模块的权值输出端与乘加运算模块的权值输入端连接，数据选择器的数据输出端和乘加运算模块的数据输入端连接，乘加运算模块的角度输出端输出经自适应补偿后的角度Q。由于异步采样中存在采样偏差，第I定时采样电路和第2定时采样电路中的采样偏差是会随时间线性累积，因此，本发明为一种自适应的方法，它根据异步采样中采样偏差会随时间线性累积的特征，结合采样偏移归一化时间对采样数据进行了补偿，由于归一化时间是第2定时采样电路自动统计且不和第I定时采样电路的采样周期相关，进而补偿结果与影响采样周期的各种因素无关，所以本发明能有效地减小由于采样偏差导致的角度动态测量误差，使得动态应用场合下的角度测量精度得到提高，性能也更加稳定。


图I为本发明的原理框图。
具体实施例方式下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法，具体步骤如下
A、第I定时采样电路(AS5045)定时对机械角度进行采集，得到数字式的电气角度，AS5045的采样频率为IOkHz ；
B、第2定时采样电路中的数据采集模块通过SSI数字接口在采样触发信号Trl的触发 下定时对第I定时采样电路进行数据采集，以获取数字角度值，采样触发信号Trl的频率为500Hz，此时第I定时采样电路和第2定时采样电路构成了异步采样关系；
C、数据采集模块每次被触发后便开始以40us完成一次数据采集，共采集三组数字角度值A、B和C，完成三次采集后将三组数字角度值A、B和C分别传输给数据关系判定模块和数据选择器，数据采集模块同时产生第3触发信号Tr3给数据关系判定模块；
D、数据关系判定模块被第3触发信号Tr3触发后对数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值进行判定，得到第I组合关系STl、第2组合关系ST2、第3组合关系ST3、第4组合关系ST4四种关系的组合，S卩ST1:A=B=C; ST2:A=B关C; ST3:A关B=C ;ST4 :A关B关C，由数据关系指示信号StO和Stl表示这四种关系，见表I ;
表I数据关系的表不
表I数据关系的表示^
I取值W^数据选择器输出
"'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计数状态机和第2计数状态机根据数据关系判定模块传输来的第I数据关系指示信号StO和第2数据关系指示信号Stl分别进行计数，计数规则为 第I数据关系指示信号StO值和第2数据关系指示信号Stl值发生变化时，第I计数状态机的第I数值NI加
I;当上一组数字角度值A、B、C的关系为ST3，而本组数字角度值A、B、C的关系为ST2，第2计数状态机的第2数值N2加I ;当本组的数字角度值A、B、C的关系由ST2或ST3或ST4变为ST1，第2计数状态机的第2数值N2加1，此时第I计数状态机将第I数值NI、第2数值N2传输给采样偏移归一化时间计算模块，将第I数值NI传输给权值计算模块，同时产生第2触发信号Tr2给采样偏移归一化时间计算模块，并且在第2触发信号Tr2的下降沿将第I数值NI、第2数值N2清零；
F、第2触发信号Tr2的上升沿触发归一化偏移时间计算模块，归一化偏移时间计算模块根据第I数值NI、第2数值N2更新归一化偏移时间t，并将归一化偏移时间t传输给权值计算模块；G、权值计算模块根据新的归一化偏移时间t和第I数值NI重新计算第I权值《1、第2权值 w2, wl=Nl*t, w2=l-wl ；
H、数据选择器根据数据关系判定模块传输来的第I数据关系指示信号StO和第2数据关系指示信号Stl从数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值中进行选择后输出待加权信号Y1、Y2 ；
I、乘加运算模块对Yl，Y2进行加权，输出经自适应补偿后的角度0，即0 =wl*Yl+w2*Y2，各状态下输出为
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)。一种基于异步采样的自适应动态误差补偿装置，特征是包括第I定时采样电路(AS5045)，第2定时采样电路由数据采集模块、数据关系判定模块、数据选择器、第I计数状态机、第2计数状态机、采样偏移归一化时间计算模块、权值计算模块、乘加运算模块组成，数据采集模块的数据输入端通过SSI数字接口电路与第I定时采样电路的数据输出端连接，数据采集模块的数据输出端分别与数据关系判定模块的数据输入端和数据选择器的数据输入端连接，数据采集模块的触发信号输出端与数据关系判定模块的触发信号输入端连接，数据关系判定模块的数据输出端分别与第I计数状态机的关系判定输入端、第2计数状态机的关系判定输入端和数据选择器输入端连接，第2计数状态机的数值输出端与采样偏移归一化时间计算模块输入端连接，第I计数状态机的数值输出端分别与采样偏移归一化时间计算模块的数值输入端和权值计算模块的数值输入端连接，第I计数状态机的触发信号输出端与采样偏移归一化时间计算模块的触发信号输入端连接，权值计算模块的权值输出端与乘加运算模块的权值输入端连接，数据选择器的数据输出端和乘加运算模块的数据输入端连接，乘加运算模块的角度输出端输出经自适应补偿后的角度e。
权利要求
1. ー种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法，其特征在于 A、第I定时采样电路对机械角度进行采集，得到角度值，并由第I定时采样电路转化为数字电气角度值，第I定时采样电路的采样频率为IOkHz ； B、第2定时采样电路中的数据采集模块通过同步串行数字接ロ在采样触发信号TrI的触发下定时对第I定时采样电路进行数据采集，以获取数字角度值，采样触发信号Trl的采样频率为500Hz，此时第I定时采样电路和第2定时采样电路构成了异步采样关系； C、数据采集模块每次被触发后便开始以40us完成一次数据采集，共采集三组数字角度值A、B和C，完成三次采集后将三组数字角度值A、B和C分别传输给数据关系判定模块和数据选择器，数据采集模块同时产生第3触发信号Tr3给数据关系判定模块； D、数据关系判定模块被第3触发信号Tr3触发后对数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值进行判定，得到第I组合关系STl、第2组合关系ST2、第3组合关系ST3、第4组合关系 ST4 四种关系的组合，S卩ST1:A=B=C; ST2:A=B ^ C; ST3:A 尹 B=C ;ST4 :A 尹 B 尹 C ; E、第I计数状态机和第2计数状态机根据数据关系判定模块传输来的第I数据关系指示信号StO和第2数据关系指示信号Stl分别进行计数，计数规则为 第I数据关系指示信号StO值和第2数据关系指示信号Stl值发生变化时，第I计数状态机的第I数值NI加I ;当上ー组数字角度值A、B、C的关系为ST3，而本组数字角度值A、B、C的关系为ST2，第2计数状态机的第2数值N2加I ;当本组的数字角度值、AB、C的关系由ST2或ST3或ST4变为ST1，第2计数状态机的第2数值N2加1，此时第I计数状态机将第I数值NI、第2数值N2传输给采样偏移归ー化时间计算模块，将第I数值NI传输给权值计算模块，同时产生第2触发信号Tr2给采样偏移归ー化时间计算模块，并且在第2触发信号Tr2的下降沿将第I数值NI、第2数值N2清零； F、第2触发信号Tr2的上升沿触发归ー化偏移时间计算模块，归ー化偏移时间计算模块根据第I数值NI、第2数值N2更新归ー化偏移时间t，并将归一化偏移时间t传输给权值计算模块； G、权值计算模块根据新的归ー化偏移时间t和第I数值NI重新计算第I权值wl、第2权值 w2, wl=Nl*t, w2=l-wl ； H、数据选择器根据数据关系判定模块传输来的第I数据关系指示信号StO和第2数据关系指示信号Stl从数据采集模块输入的A、B、C三组数字角度值中进行选择后输出待加权信号Y1、Y2 ； I、乘加运算模块对Yl，Υ2进行加权，输出经自适应补偿后的角度Θ，即Θ =wi*Yi+w2*Y2，各状态下输出角度Θ为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.ー种基于异步采样的自适应动态误差补偿装置，包括第I定时采样电路，其特征在于第2定时采样电路由数据采集模块、数据关系判定模块、数据选择器、第I计数状态机、第2计数状态机、采样偏移归ー化时间计算模块、权值计算模块、乘加运算模块组成，数据采集模块的数据输入端通过SSI数字接ロ电路与第I定时采样电路的数据输出端连接，数据采集模块的数据输出端分别与数据关系判定模块的数据输入端和数据选择器的数据输入端连接，数据采集模块的触发信号输出端与数据关系判定模块的触发信号输入端连接，数据关系判定模块的数据输出端分别与第I计数状态机的关系判定输入端、第2计数状态机的关系判定输入端和数据选择器输入端连接，第2计数状态机的数值输出端与采样偏移归ー化时间计算模块输入端连接，第I计数状态机的数值输出端分别与采样偏移归ー化时间计算模块的数值输入端和权值计算模块的数值输入端连接，第I计数状态机的触发信号输出端与采样 偏移归ー化时间计算模块的触发信号输入端连接，权值计算模块的权值输出端与乘加运算模块的权值输入端连接，数据选择器的数据输出端和乘加运算模块的数据输入端连接，乘加运算模块的角度输出端输出经自适应补偿后的角度Θ。
全文摘要
本发明公开了一种基于异步采样的自适应动态误差补偿方法及补偿装置，该补偿装置包括第1定时采样电路，特征是第2定时采样电路由数据采集模块、数据关系判定模块、数据选择器、第1、2计数状态机、采样偏移归一化时间计算模块、权值计算模块和乘加运算模块组成。该补偿方法根据异步采样中采样偏差会随时间线性累积的特征，结合采样偏移归一化时间对采样数据进行了补偿，由于归一化时间是第2定时采样电路自动统计且不和第1定时采样电路的采样周期相关，进而补偿结果与影响采样周期的各种因素无关，所以本发明能有效地减小由于采样偏差导致的角度动态测量误差，使得动态应用场合下的角度测量精度得到提高，性能也更加稳定。
文档编号G01B7/30GK102661705SQ20121016156
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者吴小锋, 贾晓东 申请人:江西省智成测控技术研究所有限责任公司