[发明专利]基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法及其装置

说明书

本发明涉及一种基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，包括电容传感器检测板间距H_C(t)，编码器检测位置信息H_E(t)；将编码器反馈位移变化量作为系统的控制输入量，将编码器和电容式位移传感器构成高度检测离散系统；通过Kalman滤波器进行数据融合，输出板间距H′_C(t)。本发明还涉及一种基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的装置。采用了本发明的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法及其装置，与现有的技术方案比较，当电容式位移传感器在外部扰动较大的情况下，基于Kalman滤波器的距离检测方案能更准确地反映真实的距板距离，除使用已有位置传感器—编码器外，不需要额外的辅助传感器。

技术领域

本发明涉及激光随动控制领域，尤其涉及电容传感器测距领域，具体是指一种基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法及其装置。

背景技术

电容式位移传感器，一种利用电容极板效应实现间接测距的装置，多用于非接触式测距场景。激光切割系统中，电容式位移传感器测距方案是最普遍的解决方案。电容传感器上下极板分别为：安装于切割头底部的金属喷嘴和待加工工件。从工作原理上看，激光随动控制软件根据电容式位移传感器检测到的切割头到加工对象的距离调整切割头的高度，然后实现切割。切割效果深受测距精度的影响。由于自身原理的限制，电容式位移传感器易受到外界环境的干扰，最终影响检测精度。现有的解决方案中，软件层面上，大多数采用的是数字滤波器技术，以此来降低外部干扰对于电容式位移传感器检测高度的影响。数字滤波器技术中，以低通数字滤波器技术方案为主。此类方法解决电容式位移传感器受干扰条件下的检测精度问题存在以下的不足：截止频率过低会导致检测结果滞后较大，截止频率过高对于外部扰动滤除效果不佳。

截至频率：对于滤波系统来说，输入不同频率的正弦信号，滤波器输出信号幅值和输入信号幅值比为0.707时候对应的输入信号频率。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足效果好、操作简便、适用范围较为广泛的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法及其装置。

为了实现上述目的，本发明的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法及其装置如下：

该基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)电容传感器检测板间距H_C(t)，编码器检测位置信息H_E(t)；

(2)将编码器反馈位移变化量作为系统的控制输入量，将编码器和电容式位移传感器构成高度检测离散系统；

(3)通过Kalman滤波器进行数据融合，输出板间距H′_C(t)。

较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)进行状态预测；

(3.2)预测方差；

(3.3)根据结果更新kalman增益；

(3.4)进行状态更新；

(3.5)滤波方差更新。

较佳地，所述的步骤(2)中构成高度检测离散系统，具体为：

根据以下公式构成高度检测离散系统：

X(k)＝AX(k-1)+Bu(k)+Q；

其中，A、B和Q分别为状态转移矩阵、输入矩阵和测量噪声，X(k)和u(k)为k时刻系统状态和输入量。

较佳地，所述的步骤(2)还包括以下步骤：