[发明专利]连续运动高精度全参数检测方法

摘要

一种连续运动高精度全参数检测方法，属于运动测量技术领域中涉及的一种实现连续运动的位置、速度和加速度高精度全面测量的方法。本发明要解决的技术问题是：对光电编码器输出的脉冲信号进行处理，在不改变编码器物理结构的前提下，提高其分辨率，实现全参数高精度检测。解决的技术方案是：分为基础位置测算、速度测算、建立速度预测函数、精确的位置测算、瞬时速度测算、加速度测算、建立加速度预测函数、瞬时加速度测算八个步骤。通过基于高频时钟计数和时间数字转换技术进行高精度计时，并自适应地调整检测周期，得到高精度的速度。在此基础上，通过建立速度和加速度预测函数精确测算位置、瞬时速度和加速度。可用于低成本高性能运动检测。

主权项

一种连续运动高精度全参数检测方法，其特征是利用光电编码器作为基本检测元件，配以高精度计时器作为检测函数建立和检测采样时刻的计时工具，通过以下步骤分别完成运动位置、速度和加速度的高精度测算：首先，采用脉冲计数器对光电编码器输出的脉冲信号进行计数，记录下本次检测开始时的脉冲数Ni‑1以及经过给定的检测周期后检测结束时的脉冲数Ni，并用高精度计时器测算出以编码器脉冲边沿为界的本次检测的实际检测周期Ts(i)；其次，将所测得的值代入下式计算出该检测周期内的速度Vi： V i = δ P ( N i - N i - 1 ) T s ( i ) 式中，δP——光电编码器的脉冲当量；Ni——检测周期结束时的脉冲数；Ni‑1——检测周期开始时的脉冲数；Ts(i)——检测周期；第三步，建立速度预测函数：重复第一、第二步测算出一系列速度数据(Vi‑n…，Vi‑2，Vi‑1，Vi)，并根据所测得的速度数据拟合出速度预测函数v(t)；第四步，运动位置测算：以最近收到的编码器脉冲信号的上升沿对应的位置为参考位置，根据速度预测函数v(t)与积分计算原理按以下公式计算确定位置： S = S 0 + ∫ T a T p v ( t ) dt 式中，S0——参考位置；v(t)——速度预测函数；TP——采样时刻；Ta——最近的脉冲上升沿时刻；第五步，瞬时运动速度测算：将高精度计时器测出的时间Tp代入第三步建立的速度预测函数中，即可计算出采样信号到达时刻TP对应的速度；第六步，加速度测算：将检测周期Ts(i)内开始和结束时测算的速度差与检测周期Ts(i)相比即可得到加速度值： A i = V i - V i - 1 T s ( i ) 式中，Vi、Vi‑1——检测周期结束和开始时的速度测算值；Ts(i)——检测周期；第七步，建立加速度预测函数：重复第六步得到一系列加速度测算历史数据(Ai‑n…，Ai‑2，Ai‑1，Ai)，然后拟合出加速度预测函数a(t)；第八步，瞬时加速度测算：将高精度计时器测出的采样时刻Tp代入第七步建立的加速度预测函数中，即可计算出采样信号到达时刻Tp对应的加速度作为检测结果输出即可获得所需的瞬时加速度。