CN111579811A - 一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法和装置，涉及计算机技术领域。该方法的一个具体实施方式包括：根据所述光电编码器的采样周期ts、所述光电编码器的实测计数量N和所述驱动器的减速比K确定所述光电编码器的测量速度v；根据所述驱动器的预设速度和所述光电编码器的测量速度v确定所述驱动器的输出速度该实施方式能够通过分析光电编码器的测速原理及误差来源降低测速噪声，并确定异常数据剔除标准，从而提高使用光电编码器进行测速的精度。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法、装置、电子设备和计算机可读介质。
背景技术
光电编码器的主要工作原理为光电转换，是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器。光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置构成，在伺服系统中，光栅盘与电动机同轴致使电动机的旋转带动光栅盘的旋转，再经光电检测装置输出若干个脉冲信号，根据该信号的每秒脉冲数便可计算当前电动机的转速。光电编码器的码盘输出两个相位差相差90度的光码，根据双通道输出光码的状态的改变便可判断出电动机的旋转方向。可分为增量型、绝对型和混合式增量型。光电编码器已经广泛应用于装置速度的测量等场景。例如，在AGV(Automated Guided Vehicle，自动引导运输车)上安装光电编码器，AGV基于携带的光电、视觉、陀螺仪等传感器实时进行定位；基于定位数据及目标数据，AGV运动控制系统通过给驱动器的驱动轮发送控制指令，驱动AGV运动至设定位置。光电编码器作为AGV必备的传感器设备，通常安装于驱动轮系上，可用于测量AGV的轮速等信息，进一步基于轮速信息可实现AGV的定位和运动规划等功能。因此光电编码器的测速精度显著影响AGV的实际导航精度。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
对于光电编码器直接测量得到的速度数据，目前的方法是直接使用原始测量速度数据；或凭经验做加权平均等平滑处理。直接使用原始测量速度数据会将噪声数据引入系统，将显著影响控制精度；而数据平滑过程将导致测量滞后，影响控制效果。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法和装置，能够通过分析光电编码器的测速原理及误差来源降低测速噪声，并确定异常数据剔除标准，从而提高使用光电编码器进行测速的精度。
为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法，包括：根据所述光电编码器的采样周期ts、所述光电编码器的实测计数量N和所述驱动器的减速比K确定所述光电编码器的测量速度v；根据所述驱动器的预设速度和所述光电编码器的测量速度v确定所述驱动器的输出速度
可选地，所述方法还包括：使用公式
确定所述驱动器的输出速度其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3,…n，表示第i+1次测量的所述驱动器的输出速度，vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，表示第i次测量时的所述驱动器的预设速度。
可选地，所述方法还包括：使用公式
确定所述驱动器的输出速度其中，a为权重系数，0＜a＜1，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n，表示第i+1次测量的所述驱动器的输出速度，vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，表示第i次测量时的所述驱动器的预设速度。
可选地，所述方法还包括：确定所述光电传感器的测量速度v与根据权利要求2所确定的所述驱动器的输出速度之间的差值是否大于噪声阈值，其中所述噪声阈值根据所述采样周期ts和所述减速比K确定；若所述差值不大于所述噪声阈值，则所述驱动器的输出速度根据权利要求3确定；若所述差值大于所述噪声阈值，则所述驱动器的输出速度根据权利要求2确定或将所述驱动器的预设速度作为所述驱动器的输出速度。
可选地，所述光电编码器的测量速度v的计算公式为
其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n；vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，Ni表示第i次测量的所述光电编码器的实测计数量。
可选地，所述权重系数a为0.5。
可选地，所述噪声阈值为其中0＜b≤4。
为实现上述目的，根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的装置，包括：测量模块，用于根据所述光电编码器的采样周期ts、所述光电编码器的实测计数量N和所述驱动器的减速比K确定所述光电编码器的测量速度v；计算模块，用于根据所述驱动器的预设速度和所述光电编码器的测量速度v确定所述驱动器的输出速度
可选地，所述计算模块还用于使用公式
确定所述驱动器的输出速度其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3,…n，表示第i+1次测量的所述驱动器的输出速度，vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，表示第i次测量时的所述驱动器的预设速度。
可选地，所述计算模块还用于使用公式
确定所述驱动器的输出速度其中，a为权重系数，0＜a＜1，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n，表示第i+1次测量的输出速度，vi表示第i次测量的测量速度，表示第i次测量时的所述驱动器的预设速度。
可选地，所述计算模块还用于确定所述光电传感器的测量速度v与根据权利要求2所确定的所述驱动器的输出速度之间的差值是否大于噪声阈值，其中所述噪声阈值根据所述采样周期ts和所述减速比K确定；若所述差值不大于所述噪声阈值，则所述驱动器的输出速度根据权利要求3确定；若所述差值大于所述噪声阈值，则所述驱动器的输出速度根据权利要求2确定或将所述驱动器的预设速度作为所述驱动器的输出速度。
可选地，所述测量模块还用于使用公式
计算所述光电编码器的测量速度v；其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n；vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，Ni表示第i次测量的所述光电编码器的实测计数量。
可选地，所述权重系数a为0.5。
可选地，所述噪声阈值为其中0＜b≤4。
为实现上述目的，根据本发明实施例的再一个方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法中任一所述的方法。
为实现上述目的，根据本发明实施例的再一个方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被一个或多个处理器执行时实现一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法中任一所述的方法。
上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：因为采用根据光电编码器的测量速度和驱动器的预设速度确定驱动器的输出速度的技术手段，所以克服了传统方法测量速度噪声较大的技术问题，进而达到提高光电编码器的测速精度的技术效果。
上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是根据本发明实施例的一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法的主要步骤的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的装置的主要部分的示意图；
图3是本发明实施例可以应用于其中的示例性系统架构图；
图4是适于用来实现本发明实施例的终端设备或服务器的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
图1是根据本发明实施例的一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法的主要步骤的示意图，如图1所示：
步骤S101表示根据所述光电编码器的采样周期ts、所述光电编码器的实测计数量N和所述驱动器的减速比K确定所述光电编码器的测量速度v；其中，预定义减速比K是驱动器的传动参数之一，根据驱动方式的不同，预定义减速比可等于齿轮减速比等；N可以为小数。
所述测量速度vi的计算公式(1)为
其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n；vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，Ni表示第i次测量的所述光电编码器的实测计数量。
进一步地，设真实计数量为(可以为小数)，则第i次测量的计数偏差记为驱动器的真实速度的计算公式为
其中表示第i次测量的驱动器的真实速度，所以有
但是，光电编码器的真实计数量和驱动器的真实速度并不是已知量，且由于实测计数量N存在偏差ΔN，所以导致光电编码器的测量速度v也存在误差所以如果仅通过公式(3)计算驱动器的真实速度会引入误差驱动器的真实速度即驱动器的输出速度，传统技术中输出速度是使用光电编码器直接进行测量的，即光电编码器的测量速度。
根据光电编码器的计数原理，计数偏差的取值范围为ΔNi∈[-2,2]，则有
则相对测量误差为或因此，采样周期越长和/或驱动器的速度越大，则相对测量误差越小，即计数量越多，相对测量误差越小。
步骤S102表示根据所述驱动器的预设速度和所述光电编码器的测量速度v确定所述驱动器的输出速度其中，驱动器的预设速度是指系统通过指令对驱动器设定的速度的目标值。
设驱动器在第i次和第i+1次测量的真实跟踪误差分别为
光电编码器的测量跟踪误差e分别为
在理想情况下，驱动器运行平稳，在瞬时(10ms以内)有则有则根据公式(3)可得
其中，驱动器的预测速度为
进一步地，设
其中，a为权重系数，0＜a＜1，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n，表示第i+1次测量的所述驱动器的输出速度，vi表示第i次测量的所述驱动器的测量速度，表示第i次测量的所述驱动器的预设速度。为了计算方便，所述权重系数a优选为0.5。
更进一步地，由于ΔNi为随机扰动量，则其满足均值为0的均匀分布，其期望EΔNi)＝0。
则根据公式(5)所述输出速度的计算公式为
根据公式(4)所述驱动器的预测速度的计算公式为
其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n，表示第i+1次测量的所述驱动器的预测速度，vi表示第i次测量的所述驱动器的测量速度，表示第i次测量时的所述驱动器的预设速度。公式(6)和公式(7)中，等式右边的测量速度vi、vi+1和预设速度均为已知量，所以可根据公式(6)和公式(7)确定驱动器的输出速度和驱动器的预测速度进一步地，可以驱动器的预测速度作为驱动器的输出速度，即有
更进一步地，所述方法还包括：
确定所述光电编码器的测量速度v与所述驱动器的预测速度之间的差值是否大于噪声阈值，其中所述噪声阈值根据所述采样周期ts和所述减速比K确定。
设
则理论上速度预测值与速度测量值的差值范围需满足
根据光电编码器的原理，ΔNi,ΔNi+1∈[-2,2]，则有|ΔNi+ΔNi+1|≤4，
所以所述噪声阈值为其中b为阈值系数，0＜b≤4。
若所述差值不大于所述噪声阈值，则以所述驱动器的输出速度根据公式(6)计算。
若所述差值大于所述噪声阈值，则以所述驱动器预测速度或所述驱动器的预设速度作为所述驱动器的输出速度，即 或此步骤可以过滤掉噪声较大的速度数据，提高计算精度。
图2是根据本发明实施例的一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的装置200的主要部分的示意图，如图2所示：
测量模块201，用于根据所述光电编码器的采样周期ts、所述光电编码器的实测计数量N和所述驱动器的减速比K确定所述光电编码器的测量速度v。
测量模块201还用于使用公式
计算所述光电编码器的测量速度v；其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n；vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，Ni表示第i次测量的所述光电编码器的实测计数量。
计算模块202，用于根据所述驱动器的预设速度和所述光电编码器的测量速度v确定所述驱动器的输出速度
计算模块202还用于使用公式
确定所述驱动器的输出速度其中，i表示第i次测量，i＝1,2,3,…n，表示第i+1次测量的所述驱动器的输出速度，vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，表示第i次测量时的所述驱动器的预设速度。
计算模块202还用于使用公式
确定所述驱动器的输出速度其中，a为权重系数，0＜a＜1，i表示第i次测量，i＝1,2,3，…n，表示第i+1次测量的所述驱动器的输出速度，vi表示第i次测量的所述光电编码器的测量速度，表示第i次测量时的所述驱动器的预设速度。所述权重系数a优选为0.5。
计算模块202还用于确定所述光电传感器的测量速度v与根据权利要求2所确定的所述驱动器的输出速度之间的差值是否大于噪声阈值，其中所述噪声阈值根据所述采样周期ts和所述减速比K确定；所述噪声阈值为其中0＜b≤4。
若所述差值不大于所述噪声阈值，则所述驱动器的输出速度根据确定。
若所述差值大于所述噪声阈值，则所述驱动器的输出速度根据确定或将所述驱动器的预设速度作为所述驱动器的输出速度。
图3示出了可以应用本发明实施例的一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法或一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的装置的示例性系统架构300。
如图3所示，系统架构300可以包括终端设备301、302、303，网络304和服务器305。网络304用以在终端设备301、302、303和服务器305之间提供通信链路的介质。网络304可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。
用户可以使用终端设备301、302、303通过网络304与服务器305交互，以接收或发送消息等。
终端设备301、302、303可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。
服务器305可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备301、302、303提供支持的后台管理服务器。
需要说明的是，本发明实施例所提供的一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的方法一般由服务器305执行，相应地，一种使用光电编码器确定驱动器的输出速度的装置一般设置于服务器305中。
应该理解，图3中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。
图4所示为适于用来实现本发明实施例的终端设备的计算机系统400的结构示意图。图4所示的终端设备仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，计算机系统400包括中央处理单元(CPU)401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的程序或者从存储部分408加载到随机访问存储器(RAM)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还存储有系统400操作所需的各种程序和数据。CPU 401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。
以下部件连接至I/O接口405：包括键盘、鼠标等的输入部分406；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分407；包括硬盘等的存储部分408；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分409。通信部分409经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器410也根据需要连接至I/O接口405。可拆卸介质411，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器410上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分408。
特别地，根据本发明公开的实施例，上文步骤图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行步骤图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分409从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质411被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)401执行时，执行本发明的系统中限定的上述功能。
需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质包括计算机可读信号介质或计算机可读存储介质，或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、半导体的系统、装置或器件，或者上述内容的任意组合。计算机可读存储介质具体包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述内容的任意组合。在本发明中，计算机可读存储介质包括任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用；计算机可读的信号介质包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码，这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述信号的任意组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF(射频)等，或者上述介质的任意组合。
附图中的步骤图或框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作，步骤图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，其执行顺序依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或步骤图中的每个方框以及其组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本发明实施例中所涉及到的模块或单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块或单元也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括测量模块和计算模块。其中，这些模块或单元的名称在某种情况下并不构成对该模块或单元本身的限定，例如，计算模块还可以被描述为“用于根据所述驱动器的预设速度和所述光电编码器的测量速度v确定所述驱动器的输出速度的模块”。
另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该设备包括：根据所述光电编码器的采样周期ts、所述光电编码器的实测计数量N和所述驱动器的减速比K确定所述光电编码器的测量速度v；根据所述驱动器的预设速度和所述光电编码器的测量速度v确定所述驱动器的输出速度
根据本发明实施例的技术方案，能够通过分析光电编码器的测速原理及误差来源降低测速噪声，并确定异常数据剔除标准，从而提高使用光电编码器进行测速的精度。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。