[实用新型]一种动态可变时间常数滤波器

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及电子电路领域，尤其是一种动态可变时间常数滤波器。

【背景技术】

目前编码器被普遍用于伺服电机、智能机器人、数控机床等领域，是一种把角位移或直线位移转换成电信号的精密测量装置，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码。

按照编码器工作原理，主要有光栅编码器、磁栅编码器和容栅编码器。光栅编码器利用光线通过光栅码盘旋转产生的干涉条纹明暗变化来检测位置或运动；磁栅编码器利用磁场的霍尔效应来检测磁栅码盘的运动；而容栅编码器则通过相对的两片印刷电路板相对运动产生的电容变化来进行位移的精密检测。

无论光栅编码器、磁栅编码器还是容栅编码器，所用码盘的刻线决定了其物理分辨率。提升物理分辨率必然要增加编码器的制造加工难度，提高成本，而且分辨率提升极限受制于工业制造技术的限制。

因此，为了提升编码器的分辨率，在物理分辨率不变的情况下，往往采用细分方法来进一步提高编码器输出分辨率。

然而，随着细分系数的增加，编码器前端采集的信号的微小变化，都会造成编码器输出的跳动，甚至等编码器完全没有运动的情况下，由于环境噪声和电路噪声的影响，编码器的输出信号不停的变化。

为了解决编码器稳定性问题，在细分编码器的输出前往往加入滤波器，以滤除造成编码器输出跳动的干扰信号。但是滤波器的引用，会使编码器的输出响应速度变慢，在高速运动的系统中，造成控制精度下降。

因此，输出滤波器的时间常数选择变得十分困难和敏感。时间常数过小，无法滤除噪声；而时间常数过大，又影响响应速度。

【实用新型内容】

本实用新型提供了一种动态可变时间常数滤波器，用以解决滤波器的时间常数选择时，快速响应和低噪声的矛盾。

本实用新型的一种动态可变时间常数滤波器，包括：快速响应滤波器和慢速响应滤波器，以及与所述快速响应滤波器和慢速响应滤波器均相连的变权重合成器；将输入信号同时输入到所述的快速响应滤波器和慢速响应滤波器分别处理后分两路输入所述的变权重合成器，经由所述变权重合成器合成所述输入的两路信号后输出信号。

其中，所述的快速响应滤波器采用一阶滤波器、二阶滤波器，或高阶滤波器； 所述的慢速响应滤波器采用一阶滤波器、二阶滤波器，或高阶滤波器。

其中所述的快速响应滤波器和慢速响应滤波器分别为时间常数不同的低通滤波器。

其中，所述的变权重合成器包括：快速信号乘法器，慢速信号乘法器，与所述慢速信号乘法器连接的运算器，以及与所述快速信号乘法器和慢速信号乘法器均相连的加法器；快速响应滤波器输出的快速信号与快速权重系数被送进快速信号乘法器做有符号乘法运算，乘积输入到所述加法器；同时，慢速响应滤波器输出的慢速信号与运算器计算得到的慢速权重系数被送进慢速信号乘法器做有符号乘法运算，乘积输入到所述加法器；所述加法器将两路输入信号相加，得到合成后输出信号。

本实用新型的动态可变时间常数滤波器中输入信号被同时输入到快速响应滤波器和慢速响应滤波器，滤波器的输出信号进入变权重合成器，通过调整权重系数可实现改变滤波器响应速度的目的。

【附图说明】

图1是本实用新型实施例1的动态可变时间常数滤波器示意图；

图2是本实用新型实施例1的数字一阶低通滤波器的原理图；

图3是本实用新型实施例1的变权重合成器13的原理结构示意图；

图4是本实用新型实施例2的流程图；

图5是本实用新型实施例2的数字一阶低通滤波器的原理图；

图6是本实用新型实施例2的变权重合成器工作原理图；

图7是本实用新型实施例的权重系数与滤波器响应速度曲线图；

图8是本实用新型实施例的实测输出波形图。

【具体实施方式】

经发明人研究发现，传统的数字滤波器，通过改变运算系数的方法可以实现时间常数的调整，但是在改变运算系数的同时，会造成输出结果的阶跃跳变，这种方法不适用于实时性和平稳性要求很高的系统，例如旋转编码器和直线位置编码器。因此，发明人提出了一种动态可变时间常数滤波器，适用于模拟滤波器或者数字滤波器，通过该方案可以实现动态调整滤波器的时间常数，同时输出不会产生阶跃跳变。以下通过实施例进一步详述。