一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份方法与流程

1.本发明涉及不同数据的互相备份方法。更具体地，涉及一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份方法。


背景技术：

2.目前，推杆是负载运动控制的一种实现形式。对于推杆特别是电动推杆，为便于控制，通常配套长度编码器用于获取推杆的伸出长度；对于推杆实现的负载旋转，通常在旋转轴上还配套角度编码器用于获取负载旋转的角度。
3.一般的，对于推杆方式实现的旋转系统，需要输出旋转轴的角度信息，而推杆的伸缩控制，需要有推杆的长度信息进行参与。旋转轴的角度信息和推杆的长度信息是通过不同的编码器独立获取的。
4.理论上，旋转轴的角度信息和推杆的长度信息是相关的，二者的关系与系统固有的几何尺寸参数关联。获得这种关联关系，通过相关算法实现二者的互相校正，从而互为备份使用，可提高系统可靠性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
6.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
7.本发明第一方面提供一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份方法，包括：
8.在包括角度编码器、负载和长度编码器实现推杆旋转的系统中定义坐标系，并在所述坐标系中定义所述系统的几何参数；
9.计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数；
10.计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数和偏移量；
11.根据所述扩展系数和偏移量修正所述关联函数；
12.根据修正后的关联函数对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证；
13.根据所述验证结果实现旋转轴角度和推杆长度的数据互相备份。
14.可选地，在包括角度编码器和长度编码器实现推杆的旋转系统中定义坐标系包括在所述系统垂直与旋转轴的平面上，定义旋转中心点为坐标系原点o，水平方向为x轴，垂直方向为y轴；推杆固定点b，推杆动点a，可选地，在所述坐标系中定义所述旋转系统的几何参数包括
15.设∠box＝θ0为固定值，∠aox＝θ，oa＝a，ob＝b，∠aox为旋转轴角度，即轴角度编码器输出数据，ab为推杆长度，即推杆长度编码器输出数据，ab＝l。
16.可选地，所述旋转轴角度和推杆长度的关联函数
[0017][0018]
其中θ
l
为通过长度编码器数据所计算得到的第一角度数据，l
θ
为通过角度编码器数据θ所计算得到的第二角度数据。
[0019]
可选地，计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数包括
[0020]
置推杆停止于第一位置，在此位置长度编码器输出推杆长度l＝l1，角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ1；
[0021]
置推杆停止于第二位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l2，记角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ2，则旋转轴角度和推杆长度关联函数的扩展系数分别为：
[0022][0023]
可选地，计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的偏移量包括
[0024]
置推杆停止于第三位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l3，角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ3，则旋转轴角度和推杆长度关联函数的偏移量分别为：
[0025][0026]
可选地，旋转轴角度和推杆长度关联函数修正算法为：
[0027][0028]
可选地，对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证包括
[0029]
角度编码器输出数据有效性验证算法为：
[0030][0031]
长度编码器输出数据有效性验证算法为：
[0032][0033]
其中，θ
pre
和θ
cur
为采样间隔为t的角度编码器输出的两拍数值，l
pre
和l
cur
为采样间隔为t的长度编码器输出的两拍数值，ω
max
为旋转轴最大角速度，v
max
为推杆最大线速度。
[0034]
可选地，所述旋转轴角度和推杆长度的互相备份方法为：
[0035][0036][0037]
θ
out
为系统最终对外输出的旋转轴角度值为，l
out
为系统最终对外输出的推杆长度值。
[0038]
本发明第二方面提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现本发明第一方面提供的方法。
[0039]
本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明第一方面提供的方法。
[0040]
本发明的有益效果如下：
[0041]
本发明在计算旋转轴角度和推杆长度的关联函数以及其扩展系数和偏移量的基础上，通过算法获得修正后的旋转轴角度和推杆长度的关联函数。结合角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的有效性验证，实现旋转轴角度和推杆长度的互相备份。该方法需求条件少，计算简单，应用方便，可提高系统可靠性。
附图说明
[0042]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0043]
图1示出本发明的一个实施例可以应用于其中的示例性方法流程图。
[0044]
图2示出本发明的一个实施例可以应用于其中的示例性系统架构图。
具体实施方式
[0045]
为了更清楚地说明本发明，下面结合实施例和附图1-2对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0046]
一个具体的实施方式，
[0047]
一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份方法，其具体步骤包括：
[0048]
第一步：在包括角度编码器、负载和长度编码器实现推杆旋转的系统中定义坐标系，并在所述坐标系中定义所述系统的几何参数；
[0049]
在垂直与旋转轴的平面上，定义旋转中心点为坐标系原点o，水平方向为x轴，垂直方向为y轴。如图1所示，图中同时标示出了负载、旋转中心o、推杆、推杆固定点b，推杆动点a，角度编码器，长度编码器等。在xoy坐标系内，∠box，oa，ob是系统固有的几何参数，记∠box＝θ0，oa＝a，ob＝b。∠aox是旋转轴角度，即轴角度编码器输出数据，记∠aox＝θ，ab是推杆长度，即推杆长度编码器输出数据，记ab＝l。
[0050]
第二步：计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数；
[0051]
记通过长度编码器数据l所计算得到的角度数据为θ
l
，记通过角度编码器数据θ所计算得到的角度数据为l
θ
，在xoy坐标系中的三角形aob内，通过三角知识，可以角度和长度的关联函数为：
[0052][0053]
第三步：计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数；
[0054]
置推杆停止于某位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l1，记角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ1；置推杆停止于某另一位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l2，记角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ2，则角度和长度关联函数的扩展系数计算方法为：
[0055][0056]
第四步：计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的偏移量；
[0057]
置推杆停止于某位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l3，记角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ3，则角度和长度关联函数的偏移量计算方法为：
[0058][0059]
第五步：根据所述扩展系数和偏移量修正所述关联函数；
[0060]
旋转轴角度和长度关联函数修正算法为：
[0061][0062]
第六步：根据修正后的关联函数对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证；
[0063]
记采样间隔为t的角度编码器输出和长度编码器输出的两拍数值分别为θ
pre
，θ
cur
及l
pre
，l
cur
。记旋转轴最大角速度为ω
max
，推杆最大线速度为v
max
。
[0064]
角度编码器输出数据有效性验证算法为：
[0065][0066]
长度编码器输出数据有效性验证算法为：
[0067][0068]
第七步：根据所述验证结果实现旋转轴角度和推杆长度的数据互相备份。
[0069]
记系统最终对外输出的旋转轴角度值为θ
out
，推杆长度值为l
out
。旋转轴角度和推杆长度的互相备份方法为：
[0070][0071][0072]
综上所述，该方法在计算角度和长度的关联函数以及其扩展系数和偏移量的基础上，通过算法获得修正后的角度和长度的关联函数。结合角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的有效性验证，实现旋转轴角度和推杆长度的互相备份。该方法需求条件少，计算简单，应用方便，可提高系统可靠性。
[0073]
一个具体的实施方式中，
[0074]
一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份系统，包括：
[0075]
用户在包括角度编码器、负载和长度编码器实现推杆旋转的系统中定义坐标系，并在所述坐标系中定义所述系统的几何参数；
[0076]
第一单元，用于根据用户数输入的几何参数，计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数；
[0077]
第二单元，用于计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数和偏移量；
[0078]
第三单元，用于根据所述扩展系数和偏移量修正所述关联函数；
[0079]
第四单元，用于根据修正后的关联函数对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证；
[0080]
第五单元，用于根据所述验证结果实现旋转轴角度和推杆长度的数据互相备份。
[0081]
可选地，所述旋转轴角度和推杆长度的关联函数为
[0082][0083]
其中θ
l
为通过长度编码器数据所计算得到的第一角度数据，l
θ
为通过角度编码器数据θ所计算得到的第二角度数据。
[0084]
可选地，计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数包括
[0085]
置推杆停止于第一位置，在此位置长度编码器输出推杆长度l＝l1，角度编码器输
出旋转轴角度θ＝θ1；
[0086]
置推杆停止于第二位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l2，记角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ2，则旋转轴角度和推杆长度关联函数的扩展系数分别为：
[0087][0088]
可选地，旋转轴角度和推杆长度关联函数的偏移量分别为：
[0089][0090]
可选地，旋转轴角度和推杆长度关联函数修正算法为：
[0091][0092]
l3和θ3为推杆停止于第三位置，长度编码器输出的推杆长度和角度编码器输出的旋转轴角度，
[0093]
可选地，对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证包括
[0094]
角度编码器输出数据有效性验证算法为：
[0095][0096]
长度编码器输出数据有效性验证算法为：
[0097][0098]
θ
pre
和θ
cur
为采样间隔为t的角度编码器输出的两拍数值，l
pre
和l
cur
为采样间隔为t的长度编码器输出的两拍数值，ω
max
为旋转轴最大角速度，v
max
为推杆最大线速度。
[0099]
可选地，所述旋转轴角度和推杆长度的互相备份方法为：
[0100][0101][0102]
θ
out
为系统最终对外输出的旋转轴角度值为，l
out
为系统最终对外输出的推杆长度
值。
[0103]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0104]
还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0105]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：
1.一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份方法，其特征在于，包括：在包括角度编码器、负载和长度编码器实现推杆旋转的旋转系统中定义坐标系，并在所述坐标系中定义所述旋转系统的几何参数；计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数；计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数和偏移量；根据所述扩展系数和偏移量修正所述关联函数；根据修正后的关联函数对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证；根据所述验证结果实现旋转轴角度和推杆长度的数据互相备份。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述系统垂直与旋转轴的平面上，定义旋转中心点为坐标系原点o，水平方向为x轴，垂直方向为y轴，推杆固定点b，推杆动点a；定义∠box＝θ0为固定值；∠aox＝θ，oa＝a，ob＝b，∠aox为旋转轴角度，即轴角度编码器输出数据；ab为推杆长度，即推杆长度编码器输出数据，ab＝l。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋转轴角度和推杆长度的关联函数为其中θ
l
为通过长度编码器数据所计算得到的第一角度数据，l
θ
为通过角度编码器数据θ所计算得到的第二角度数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数包括置推杆停止于第一位置，在此位置长度编码器输出推杆长度l＝l1，角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ1；置推杆停止于第二位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l2，记角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ2，则旋转轴角度和推杆长度关联函数的扩展系数分别为5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的偏移量包括置推杆停止于第三位置，在此位置记长度编码器输出推杆长度l＝l3，角度编码器输出旋转轴角度θ＝θ3，则旋转轴角度和推杆长度关联函数的偏移量分别为：6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，旋转轴角度和推杆长度关联函数修正算法为：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证包括角度编码器输出数据有效性验证算法为：长度编码器输出数据有效性验证算法为：其中，θ
pre
和θ
cur
为采样间隔为t的角度编码器输出的两拍数值，l
pre
和l
cur
为采样间隔为t的长度编码器输出的两拍数值，ω
max
为旋转轴最大角速度，v
max
为推杆最大线速度。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述旋转轴角度和推杆长度的互相备份方法为：法为：θ
out
为系统最终对外输出的旋转轴角度值为，l
out
为系统最终对外输出的推杆长度值。9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

技术总结
本发明实施例公开一种旋转轴角度编码器与推杆长度编码器数据互相备份方法。在一具体实施方式中，该方法包括：在包括角度编码器、负载和长度编码器实现推杆旋转的系统中定义坐标系，并在所述坐标系中定义所述系统的几何参数；计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数；计算所述旋转系统中旋转轴角度和推杆长度的关联函数的扩展系数和偏移量；根据所述扩展系数和偏移量修正所述关联函数；根据修正后的关联函数对角度编码器输出数据和长度编码器输出数据的进行验证；根据所述验证结果实现旋转轴角度和推杆长度的数据互相备份。该方法需求条件少，计算简单，应用方便，可提高系统可靠性。系统可靠性。系统可靠性。


技术研发人员：刘敏 李源 张寒冰
受保护的技术使用者：北京无线电测量研究所
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/8/13