一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统与流程

1.本发明实施例涉及传感器技术领域，特别涉及一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统。


背景技术：

2.编码器是一种位置传感器，常用于在电机控制系统中实时检测电机转子的位置信息，霍尔磁编码器与光电编码器和旋转变压器相比，具有结构简单、耐油污、成本低等优势，更加适合在苛刻的环境下使用。霍尔磁编码器的工作原理具体为，作为信号源的单对极永磁体随转子转动产生变化的磁场，霍尔元件采集磁场变化产生的电压信号，微处理器采用相关解算方法解算电压信号以得到电机的位置信息。
3.在实现本发明实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：环境温度的变化会对霍尔元件的零位和灵敏度产生影响，从而导致磁编码器查表解算时无法准确确定位置信息，环境温度和标定温度差距越大则磁编码器的精度越低，影响磁编码器的应用场景范围。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统，能够减少环境温度对磁编码器检测精度的影响。
5.本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种磁编码器的信号补偿方法，包括：获取标定数据；实时获取所述磁编码器输出当前周期的霍尔电压信号，并采集实时温度；在所述实时温度偏离标定温度时，根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数；基于所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到当前角度位置。
6.在一些实施例中，所述标定系数包括标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差，所述根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数，包括：根据所述当前周期的霍尔电压信号，计算所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值；根据所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值计算所述当前周期的霍尔电压信号的零位和极差；根据所述当前周期的霍尔电压信号的零位和所述标定温度下霍尔电压信号的零位，计算零位补偿系数；根据所述当前周期的霍尔电压信号的极差和所述标定温度下霍尔电压信号的极差，计算灵敏度补偿系数。
7.在一些实施例中，所述零位补偿系数的计算公式为：零位补偿系数=当前周期的霍尔电压信号的零位-标定温度下霍尔电压信号的零位；和/或，所述灵敏度补偿系数的计算公式为：灵敏度补偿系数=当前周期的霍尔电压信号的极差/标定温度下霍尔电压信号的极差。
8.在一些实施例中，所述霍尔电压信号包括六路，所述六路霍尔电压信号分为相位
差为120
°
的两组霍尔电压信号，所述标定系数还包括标定温度下的霍尔电压信号和角度位置信号的映射关系，对于每组霍尔电压信号，所述根据所述当前周期的霍尔电压信号，计算所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值，包括：选取所述当前周期的霍尔电压信号中存在一路霍尔电压信号两次过零位的信号区间；计算所述信号区间内的霍尔电压信号的实际极值，其中，所述实际极值包括极大值和极小值；在所述信号区间内两次过零位处的另外两路霍尔电压信号的大小关系相反时，将所述标定数据所保存的映射关系中霍尔电压信号的标定极值更新为所述实际极值。
9.在一些实施例中，所述基于所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到当前角度位置，还包括：根据所述标定数据和所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到补偿后的霍尔电压信号；根据所述补偿后的霍尔电压信号确定查表区间，并选择所述补偿后的霍尔电压信号中的一相霍尔电压信号作为查表项；基于所述查表区间、所述查表项和所述映射关系，查找所述标定数据中最接近所述查表项的霍尔电压信号及角度位置信号；基于所述标定数据中最接近所述查表项的霍尔电压信号及角度位置信号，通过线性差值算法计算所述查表项对应的当前角度位置。
10.在一些实施例中，所述补偿后的霍尔电压信号的计算公式为：其中，为所述补偿后的霍尔电压信号，为所述当前周期的霍尔电压信号，为所述标定温度下霍尔电压信号的零位，为所述零位补偿系数，为所述灵敏度补偿系数。
11.在一些实施例中，所述当前角度位置的计算公式为：其中，为所述当前角度位置，为作为所述查表项的霍尔电压，为查表区间内小于且最接近所述查表项的霍尔电压的标定温度下的霍尔电压，为查表区间内大于且最接近所述查表项的霍尔电压的标定温度下的霍尔电压，为所对应的角度位置，为所对应的角度位置。
12.在一些实施例中，所述获取标定数据，包括：将所述磁编码器固定在标定装置上，其中，所述标定装置包括与所述磁编码器同轴固定在伺服电机上的光电编码器；启动所述标定装置的伺服电机，以使所述磁编码器和所述光电编码器同轴转动，并通过温度传感器测温且记录标定温度；通过所述磁编码器和所述光电编码器分别采集同一个周期的霍尔电压信号和角度位置信号，并建立所述标定温度下的映射关系；根据一个周期的霍尔电压信号计算所述标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差。
13.在一些实施例中，所述磁编码器包括六个霍尔元件，所述通过所述磁编码器和所述光电编码器分别采集同一个周期的霍尔电压信号和角度位置信号并建立标定温度下的映射关系，包括：通过所述六个霍尔元件分别采集六路正弦形霍尔电压信号；将所述六路正弦形霍尔电压信号对径差分为三相相位差为120
°
的正弦形电压信号；将一个周期内的三相正弦形电压信号划分为若干个查表区间，并保存每个查表区间对应的霍尔电压信号；通过
所述光电编码器采集与所述一个周期内的三相正弦形电压信号同一周期的角度位置信号；保存每一查表区间的霍尔电压信号和角度位置信号的映射关系至数据库。
14.在一些实施例中，所述根据一个周期的霍尔电压信号计算所述标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差，包括：获取一个周期的霍尔电压信号的极大值和极小值；根据所述霍尔电压信号的极大值和极小值，计算所述霍尔电压信号的零位和极差，其中，所述霍尔电压信号的零位的计算公式为：霍尔信号的零位=(霍尔信号的极大值+霍尔信号的极小值)/2；所述霍尔电压信号的极差的计算公式为：霍尔信号的极差=霍尔信号的极大值-霍尔信号的极小值。
15.为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种磁编码器，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面所述的方法。
16.在一些实施例中，所述处理器还包括：模数转换模块；所述磁编码器还包括：电路板、磁环、温度传感器和若干个霍尔元件，所述若干个霍尔元件设置于所述电路板，所述磁环可相对于所述电路板转动；所述模数转换模块、所述温度传感器分别与所述电路板电气连接。
17.为解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供了一种一种磁编码器的标定系统，包括：伺服电机、光电编码器，以及如第二方面所述的磁编码器，所述磁编码器和所述光电编码器分别连接于所述伺服电机的转动轴。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统，该信号补偿方法首先获取标定数据，然后实时获取所述磁编码器输出当前周期的霍尔电压信号，并采集实时温度，在所述实时温度偏离标定温度时，根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数，最后基于所述补偿系数对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，本发明实施例提供的补偿方法能够对磁编码器进行温度补偿，从而提高磁编码器的检测精度，增大磁编码器的可适用范围。
附图说明
19.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
20.图1是本发明实施例提供的信号补偿方法的一种标定系统的应用场景示意图；图2是图1所示标定系统中磁编码器的结构示意图；图3是图2所示磁编码器中电路板及其拓扑结构示意图；图4是本发明实施例一提供的一种磁编码器的信号补偿方法的流程示意图；图5是图4所示信号补偿方法中步骤s100的一子流程示意图；图6是图5所示信号补偿方法中步骤s130的一子流程示意图；图7是三相相位差为120
°
的正弦形电压信号的一种波形图；图8是图5所示信号补偿方法中步骤s140的一子流程示意图；
图9是一个周期的霍尔电压信号的波形图；图10是图4所示信号补偿方法中步骤s300的一子流程示意图；图11是图10所示信号补偿方法中步骤s310的一子流程示意图；图12是图4所示信号补偿方法中步骤s400的一子流程示意图；图13是本发明实施例二中提供的一种磁编码器的结构示意图；图14是本发明实施例三中提供的一种磁编码器的标定系统的结构示意图。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
22.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
23.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
24.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
25.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
26.为了解决磁编码器在环境温度与标定温度偏差较大时会出现检测精度大大降低的问题，本发明实施例提供了一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统，能够在实时温度偏离标定温度时确定磁编码器的补偿系数并对实时采集的当前周期的霍尔电压信号进行温度补偿，以提高磁编码器在环境温度和标定温度不一致时的检测精度，增大磁编码器的可适用范围、可适用场景。
27.图1为本发明实施例提供的信号补偿方法的其中一种应用环境的示意图，该应用环境为一标定系统，该标定系统包括：光电编码器1、伺服电机2、连接机构3、磁编码器4。所述光电编码器1、所述伺服电机2和所述连接机构3构成一个用于标定所述磁编码器4的标定装置，在需要标定所述磁编码器4时，将所述磁编码器4通过连接机构3固定到标定装置上，以形成一个标定系统，执行标定工作。
28.所述光电编码器1为一高精度的光电编码器，固定在所述伺服电机2的转动轴的一
端，能够通过光电转换将所述伺服电机2的转动轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，并根据脉冲或数字量确定所述伺服电机2的转动轴转动的机械角度数据。
29.所述伺服电机2包括基座（图未标示）和转动轴（图未标示），所述转动轴可转动地连接于所述基座。所述转动轴的两端分别连接所述光电编码器1和所述连接机构3，且所述磁编码器4连接于所述连接机构3，从而使得所述光电编码器1、所述伺服电机2和所述磁编码器4同轴固定。所述转动轴可相对于所述基座匀速转动，从而带动所述磁编码器4和所述光电编码器1转动，以使所述磁编码器4和所述光电编码器1采集角度数据。
30.所述连接机构3的一端连接所述伺服电机2的所述转动轴，所述连接机构3的另一端连接所述磁编码器4，以使磁编码器4能够跟随伺服电机2的转动轴转动。需要说明的是，在本系统中，所述磁编码器4通过如图1所示结构的所述连接机构3固定在所述伺服电机2上，在实际应用时，所述连接机构3也可以是其他形状或结构，或者，也可以不设置所述连接机构3，直接将所述磁编码器4固定在所述伺服电机2的转动轴上，具体可根据实际需要进行调整。
31.所述磁编码器4可在所述伺服电机2的所述转动轴旋转的过程中可采集霍尔电压信号，并根据霍尔电压信号确定所述伺服电机2的转动轴旋转时的旋转角度和圈数等角度数据。
32.请参见图2和图3，其中，图2表示图1所示标定系统中磁编码器的结构，图3表示图2所示磁编码器中电路板及其拓扑结构，所述磁编码器4包括处理器41、电路板43、磁环44、霍尔元件45。其中，所述处理器41、所述霍尔元件45可通过焊接等方式固定在所述电路板43上与所述电路板43的电气连接，以实现所述霍尔元件45和所述处理器41的通信连接，以使所述处理器41能够获取霍尔电压信号并执行本发明实施例提供的信号补偿方法。且有，所述磁环44可转动的设置于若干个霍尔元件45所在圆周的内侧，从而在所述磁环44转动时，所述霍尔元件45可感测到磁场变化，采集到霍尔电压信号。可选地，所述光电编码器1也可以与所述处理器41电气连接或通信连接，以使所述处理器41能够获取所述光电编码器1采集的脉冲或数字量。
33.且有，所述磁编码器4还包括温度传感器（图未标示），所述处理器41还包括模数转换（analog to digital，ad）模块（图未标示），所述光电编码器1、所述霍尔元件45和所述温度传感器分别与所述模数转换模块通信连接，在图3所示示例中，所述温度传感器和所述模数转换模块内置在所述处理器41内。具体地，所述温度传感器和所述模数转换模块的型号、设置位置等可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本发明实施例的限定。
34.且有，所述处理器41可以是微处理器（microprocessor）或者微控制单元(microcontroller unit，mcu)等，所述电路板43可以是印刷电路板（printed circuit board，pcb），所述磁环44优选为单对极磁环，所述霍尔元件45的数量为6个，且所述6个霍尔元件45按照相差60
°
相位角间隔设置。具体地，所述处理器41、电路板43、磁环44、霍尔元件45的型号、数量、尺寸、位置等设计可根据实际需要进行设置，不需要拘泥于本发明实施例的限定。
35.进一步地，如图2和图3所示，所述磁编码器4还可以包括霍尔支架46、接线端子47、外壳48。其中，所述霍尔支架46设置在所述电路板43上，且具有与所述霍尔元件45数量相同的孔位，用于固定并支撑所述霍尔元件45使得所述霍尔元件45处于预设位置上。所述接线
端子47固定在所述电路板43上且与所述电路板43电气连接，所述接线端子47还可以实现与所述处理器41的通信连接，所述接线端子47用于与所述磁编码器4以外的外部设备、模组、装置通信连接；可选地，所述光电编码器1可通过所述接线端子47与所述磁编码器4通信连接。所述外壳48可以是塑料外壳，所述外壳48可罩设在所述电路板43上，用于保护所述电路板43及集成在所述电路板43上的电路和电子元器件，所述外壳48可通过卡扣、螺纹、螺丝等方式固定在电路板43上，具体地，所述外壳48的形状、结构、尺寸、材料等可根据实际需要进行设计，不需要拘泥于图1和图2所示示例。
36.进一步地，如图1所示，所述标定系统还可以包括后盖5。
37.本发明实施例提供的信号补偿方法可以由磁编码器4中的处理器41执行，标定方法也可以由处理器41，以实现温度补偿，使得所述磁编码器4用于检测角度时具有较高的精度，能够适应各种温度环境的角度检测，扩大编码器的使用场景，且具有成本低、响应速度快、稳定可靠等优点。
38.具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
39.实施例一本发明实施例提供了一种磁编码器的信号补偿方法，请参见图4，其表示本发明实施例提供的一种磁编码器的信号补偿方法的流程，且该信号补偿方法可应用于图1所示标定系统，具体可由图3所示电路板的处理器执行，所述信号补偿方法包括但不限于以下步骤：步骤s100：获取标定数据；在本发明实施例中，磁编码器在实际测量当前角度位置的数据时，由于磁编码器实际使用时可能存在检测误差，因此需要先获取预先标定的标定数据，通过标定数据来补偿磁编码器采集的角度数据，以得到实际的当前角度位置。且有，在本发明实施例中，所述磁编码器可采用查表解算的方式解算当前角度位置，从而解决由温度变化造成的霍尔和零位的改变，导致精度降低的问题，基于此，所述标定数据的获取可通过光电编码器和此编码器检测的数据建立查表数据库。具体地，请参见图5，其示出了图4所示信号补偿方法中步骤s100的一子流程，所述获取标定数据，包括：步骤s110：将所述磁编码器固定在标定装置上，其中，所述标定装置包括与所述磁编码器同轴固定在伺服电机上的光电编码器；首先，需要将所述磁编码器固定在标定装置上以实现标定，所述的标定装置可以是图1中由所述光电编码器1、所述伺服电机2和所述连接机构3构成的标定装置，具体可如图1所示将所述磁编码器4固定到所述连接机构3上，以使伺服电机2转动时可带动所述光电编码器1和所述磁编码器4一同转动。
40.步骤s120：启动所述标定装置的伺服电机，以使所述磁编码器和所述光电编码器同轴转动，并通过温度传感器测温且记录标定温度；其次，启动所述标定装置的伺服电机2，由于磁编码器4和光电编码器1直接或间接地固定在所述伺服电机2的转动轴上，因此，所述伺服电机2启动后、转动轴转动时，可带动所述磁编码器4和所述光电编码器1同轴转动，以使所述磁编码器4和所述光电编码器1采集信号，且同时，还可以通过温度传感器采集伺服电机2转动时的温度作为标定温度。
41.步骤s130：通过所述磁编码器和所述光电编码器分别采集同一个周期的霍尔电压
信号和角度位置信号，并建立所述标定温度下的映射关系；然后，即可将同一个周期内通过所述磁编码器采集到的霍尔电压信号和同时通过所述光电编码器采集到的角度位置信号，划分查表区间后保存为一个映射表，且相应保存标定温度。具体地，所述磁编码器包括六个霍尔元件，请参见图6，其示出了图5所示信号补偿方法中步骤s130的一子流程，所述通过所述磁编码器和所述光电编码器分别采集同一个周期的霍尔电压信号和角度位置信号并建立标定温度下的映射关系，包括：步骤s131：通过所述六个霍尔元件分别采集六路正弦形霍尔电压信号；在本发明实施例中，如图3所示，分别通过六个霍尔元件45可以采集到六路正弦信号，也即六路正弦形霍尔电压信号，可分别记录为，通常地，所述六路正弦形霍尔电压信号皆存在过零位的采样点；且有，和的相位差为120
°
，和的相位差为120
°
，和的相位差为120
°
；且有，可将所述六路正弦形霍尔电压信号按照相位差120
°
区分为两组以分别获取两组信号的峰值、也即极值，一组是，另一组是。
42.步骤s132：将所述六路正弦形霍尔电压信号对径差分为三相相位差为120
°
的正弦形电压信号；在得到所述六路正弦形霍尔电压信号后，将所述六路正弦形霍尔电压信号对径差分，以得到三相相位差为120
°
的正弦形电压信号。具体地，通过对径差分计算得到三相正弦形电压信号的方式可以是：，，；或者，，，。请一并参见图7，其示出了三相相位差为120
°
的正弦形电压信号的一种波形图，如图7所示，所述霍尔电压信号为正弦形变化的电压信号，三相正弦形电压信号的电压值对应为(i)(i)(i)。
43.步骤s133：将一个周期内的三相正弦形电压信号划分为若干个查表区间，并保存每个查表区间对应的霍尔电压信号；具体地，如图7所示所述三相正弦形电压信号包括a相正弦形电压信号、b相正弦形电压信号和c相正弦形电压信号，所述将一个周期内的三相正弦形电压信号划分为若干个查表区间，并保存每个查表区间对应的霍尔电压信号，包括：将所述一个周期内的三相正弦形电压信号划分为霍尔电压信号单调递增或单调递减的六个查表区间。在本发明实施例中，将所述查表区间的数量划分为六个，可使得每个查表区间的霍尔电压信号单调递增或单调递减，从而和角度位置信号之间的映射关系存在唯一性。其中，(i)表示a相正弦形电压信号的电压，(i)表示b相正弦形电压信号的电压，(i)表示c相正弦形电压信号的电压。
44.且有，请继续参见图7，划分的六个查表区间具体为：第一查表区间满足(i)》(i)》(i)，也即图7中的ab段和gh段对应的区间，(i)单调递增，(i)单调递减，(i)单调递减；第二查表区间满足(i)》(i)》(i)，也即图7中的bc段对应的区间，(i)单
调递增，(i)单调递增，(i)单调递减；第三查表区间满足(i)》(i)》(i)，也即图7中的cd段对应的区间，(i)单调递减，(i)单调递增，(i)单调递减；第四查表区间满足(i)》(i)》(i)，也即图7中的de段对应的区间，(i)单调递减，(i)单调递增，(i)单调递增；第五查表区间满足(i)》(i)》(i)，也即图7中的ef段对应的区间，(i)单调递减，(i)单调递减，(i)单调递增；第六查表区间满足(i)》(i)》(i)，也即图7中的fg段对应的区间，(i)单调递增，(i)单调递减，(i)单调递增。
45.步骤s134：通过所述光电编码器采集与所述一个周期内的三相正弦形电压信号同一周期的角度位置信号；具体地，请继续参见图7，在通过所述磁编码器采集一个周期内的三相正弦形电压信号时，还通过光电编码器采集同时采集三相脉冲，以根据三相脉冲的电平相应确定出角度位置信号，并将角度位置数据，也即角度位置的值记为(i)。
46.步骤s135：保存每一查表区间的霍尔电压信号和角度位置信号的映射关系至数据库。
47.在通过步骤s133将三相正弦形电压信号按照电压值的大小关系划分区间后，在区间内选取唯一的霍尔电压信号，并与角度位置信号的值(i)建立一一对应的映射关系数据库。
48.步骤s140：根据一个周期的霍尔电压信号计算所述标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差。
49.且有，在采集所述霍尔电压信号的过程中，同时还可以计算标定时霍尔电压信号的零位和极差，作为标定数据保存。具体地，请参见图8，其示出了图5所示信号补偿方法中步骤s140的一子流程，所述根据一个周期的霍尔电压信号计算所述标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差，包括：步骤s141：获取一个周期的霍尔电压信号的极大值和极小值；具体地，在运算过程中，可采集到如图7所示的三相霍尔电压信号的波形，而对于每相霍尔电压信号的波形，请一并参见图9，其示出了一个周期的霍尔电压信号的波形图，也即是说，可通过每相霍尔电压信号的波形筛选出霍尔电压信号的峰值作为霍尔电压信号的标定极值，也即如图9所示霍尔电压信号的极大值max和极小值min，以此计算标定温度下霍尔电压信号的零位和极差。
50.步骤s142：根据所述霍尔电压信号的极大值和极小值，计算所述霍尔电压信号的零位和极差。
51.其中，所述霍尔电压信号的零位的计算公式为：霍尔信号的零位=(霍尔信号的极大值+霍尔信号的极小值)/2；所述霍尔电压信号的极差的计算公式为：霍尔信号的极差=霍尔信号的极大值-霍尔信号的极小值。
52.步骤s200：实时获取所述磁编码器输出当前周期的霍尔电压信号，并采集实时温度；在本发明实施例中，在确定好标定数据后，即可将磁编码器应用到实际环境中，或者，营造温度变化的环境，以进一步获取补偿数据。具体地，将磁编码器放置到场景中使其工作后，通过磁编码器中的霍尔元件实时获取磁编码器输出的霍尔电压信号，并通过温度传感器采集实时温度。且判断实际温度是否偏离标定温度，若是，则需要对所述磁编码器输出当前周期的霍尔电压信号进行温度补偿，若否，则直接通过标定数据查表即可。其中，可根据温度传感器的精度、磁编码器的精度等设置实际温度是否偏离标定温度的判断标准，例如，实时温度和标定温度的差值在
±1°
范围内则确定为不偏离，超出
±1°
则确定为偏离。
53.步骤s300：在所述实时温度偏离标定温度时，根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数；所述标定系数包括标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差，所述补偿系数相应包括零位补偿系数和灵敏度补偿系数。在本发明实施例中，由于温度变化会造成霍尔灵敏度和零位改变，使得实际的霍尔电压信号与标定的数据库中保存的霍尔电压信号存在偏离，导致磁编码器的精度降低，因此，需要获取所述霍尔电压信号以进行进一步的计算和判断。具体地，请参见图10，其示出了图4所示信号补偿方法中步骤s300的一子流程，所述根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数，包括：步骤s310：根据所述当前周期的霍尔电压信号，计算所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值；所述霍尔电压信号包括六路，所述六路霍尔电压信号分为相位差为120
°
的两组霍尔电压信号，所述标定系数还包括标定温度下的霍尔电压信号和角度位置信号的映射关系。求解所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值时，可以以相位相差120
°
的霍尔电压信号为一组，对于每组霍尔电压信号，求解每路霍尔电压信号的实际极值。具体地，请参见图11，其示出了图10所示信号补偿方法中步骤s310的一子流程，对于每组霍尔电压信号，所述根据所述当前周期的霍尔电压信号，计算所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值，包括：步骤s311：选取所述当前周期的霍尔电压信号中存在一路霍尔电压信号两次过零位的信号区间；在本发明实施例中，将相位差120
°
的霍尔电压信号为一组，即为一组，为一组，然后，选取每组信号中的一路霍尔电压信号两次过零位的信号区间进行实际极值的计算。且有，在选择信号区间时，需要判断霍尔电压信号是否过零位，若未过零，则需重新确定所述信号区间，直至信号区间为存在两次过零位的信号区间。
54.步骤s312：计算所述信号区间内的霍尔电压信号的实际极值，其中，所述实际极值包括极大值和极小值；以选取这一相霍尔电压信号为例，可以将向上穿过零位到向下穿过零位的区间为计算的极大值的信号区间，获取区间中的峰值即为这一相霍尔电压信号的极大值，且有，在获取峰值的过程中，当向下穿过零位时结束极大值的计算。将向下穿过零位到向上穿过零位的区间为计算的极小值的信号区间，获取区间中的谷值
即为这一相霍尔电压信号的极大值，且有，在获取谷值的过程中，当向上穿过零位时结束极小值的计算。上述实际极值的计算方法，能够有效避免磁编码器突然反转造成实际极值计算错误的情况。
55.且有，在计算得到所述信号区间内的霍尔电压信号的实际极值之后，还需要判断计算得到的实际极值是否有效，若有效，跳转至步骤s313更新标定极值；若无效，实际极值保持不变。具体地，可以过零时各组中其他两相信号的大小关系判断本次实际极值计算是否有效，依旧以为例，判断本次过零位时与上次过零位时的大小关系是否相反，以及，判断本次过零位时与上次过零位时的大小关系是否相反，若是，则确定实际极值的计算有效，跳转至步骤s313。
56.步骤s313：在所述信号区间内两次过零位处的另外两路霍尔电压信号的大小关系相反时，将所述标定数据所保存的映射关系中霍尔电压信号的标定极值更新为所述实际极值。
57.具体地，将计算得到的实际极值与标定数据中的标定极值进行比较，若计算得到的实际的极大值大于标定数据中标定的极大值，则将标定数据中标定的极大值更新为计算得到的实际的极大值；若计算得到的实际的极小值小于标定数据中标定的极小值，则将标定数据中标定的极小值更新为计算得到是实际的极小值。
58.步骤s320：根据所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值计算所述当前周期的霍尔电压信号的零位和极差；其中，所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值包括当前周期的霍尔信号的极大值和当前周期的霍尔信号的极小值。且有，当前周期的霍尔电压信号的零位的计算公式为：当前周期的霍尔信号的零位=(当前周期的霍尔信号的极大值+当前周期的霍尔信号的极小值)/2；当前周期的霍尔电压信号的极差的计算公式为：当前周期的霍尔信号的极差=当前周期的霍尔信号的极大值-当前周期的霍尔信号的极小值。
59.步骤s330：根据所述当前周期的霍尔电压信号的零位和所述标定温度下霍尔电压信号的零位，计算零位补偿系数；在具体地，所述零位补偿系数的计算公式为：零位补偿系数=当前周期的霍尔电压信号的零位-标定温度下霍尔电压信号的零位。
60.步骤s340：根据所述当前周期的霍尔电压信号的极差和所述标定温度下霍尔电压信号的极差，计算灵敏度补偿系数。
61.本发明实施例中，由于灵敏度系数变化为直接体现为一个周期内霍尔电压信号极差的变化，因此可以根据极差计算灵敏度补偿系数。具体地，所述灵敏度补偿系数的计算公式为：灵敏度补偿系数=当前周期的霍尔电压信号的极差/标定温度下霍尔电压信号的极差。
62.步骤s400：基于所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到当前角度位置。
63.在本发明实施例中，在计算得到补偿系数后，采用所述补偿系数对当前周期的霍尔电压信号进行补偿，使得所述霍尔电压信号回归标定时的灵敏度和零位，并根据补偿后的霍尔电压信号通过步骤s100标定时得到的映射关系数据库进行查表，从而解算得到当前
角度位置。具体地，请参见图12，其示出了图4所示信号补偿方法中步骤s400的一子流程，所述基于所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到当前角度位置，还包括：步骤s410：根据所述标定数据和所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到补偿后的霍尔电压信号；所述补偿后的霍尔电压信号的计算公式为：其中，为所述补偿后的霍尔电压信号，为所述当前周期的霍尔电压信号，为所述标定温度下霍尔电压信号的零位，为所述零位补偿系数，为所述灵敏度补偿系数。
64.步骤s420：根据所述补偿后的霍尔电压信号确定查表区间，并选择所述补偿后的霍尔电压信号中的一相霍尔电压信号作为查表项；在计算得到补偿后的霍尔电压信号后，即可基于补偿后的霍尔电压信号确定霍尔电压信号所在的如步骤s133所得到查表区间，并选择补偿后的霍尔电压信号中的一相霍尔电压信号作为查表项在查表区间内进行查表插值，从而解算出当前角度位置。具体地，可将补偿后得到六路霍尔信号如同步骤s132一样径向差分为三相信号，然后根据所述三相信号的大小关系确定在步骤s133六个查表区间中的所在区间，并将三相信号中的一相作为查表项。
65.步骤s430：基于所述查表区间、所述查表项和所述映射关系，查找所述标定数据中最接近所述查表项的霍尔电压信号及角度位置信号；在确定查表区间，并选择好查表项之后，在所述查表区间内搜索最接近于计算得到的补偿后的霍尔电压信号的电压及其对应的角度位置，以进一步用于计算当前角度位置。
66.步骤s440：基于所述标定数据中最接近所述查表项的霍尔电压信号及角度位置信号，通过线性差值算法计算所述查表项对应的当前角度位置。
67.所述当前角度位置的计算公式为：其中，为所述当前角度位置，为作为所述查表项的霍尔电压，为查表区间内小于且最接近所述查表项的霍尔电压的标定温度下的霍尔电压，为查表区间内大于且最接近所述查表项的霍尔电压的标定温度下的霍尔电压，为所对应的角度位置，为所对应的角度位置。
68.实施例二本发明实施例还提供了一种磁编码器，请参见图13，其示出了能够执行图4至图12所述信号补偿方法的磁编码器的硬件结构。所述磁编码器4可以是图1至图3及应用场景中所示的磁编码器4，此处不再详述。所述磁编码器4包括：所述至少一个处理器41；以及，与所
述至少一个处理器41通信连接的存储器42，图13中以一个处理器41为例。且有，所述处理器41还包括：模数转换模块41a；所述磁编码器4还包括：电路板43、磁环44、温度传感器49和若干个霍尔元件45，所述若干个霍尔元件45设置于所述电路板43，所述磁环44可相对于所述电路板43转动，所述处理器41、所述模数转换模块41a、所述霍尔元件45和所述温度传感器49分别与所述电路板43电气连接，以使所述霍尔元件45和所述温度传感器49通过所述电路板43分别与所述处理器41的模数转换模块41a通信连接，所述处理器41、所述霍尔元件45和所述温度传感器49固定在所述电路板43上。
69.所述存储器42存储有可被所述至少一个处理器41执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器41执行，以使所述至少一个处理器41能够执行上述图4至图12所述的信号补偿方法。所述处理器41和所述存储器42可以通过总线或者其他方式连接，图13中以通过总线连接为例。
70.存储器42作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本技术实施例中的信号补偿方法对应的程序指令/模块。处理器41通过运行存储在存储器42中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行磁编码器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例信号补偿方法。
71.存储器42可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据信号补偿装置的使用所创建的数据等。此外，存储器42可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器42可选包括相对于处理器41远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至信号补偿装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
72.所述一个或者多个模块存储在所述存储器42中，当被所述一个或者多个处理器41执行时，执行上述任意方法实施例中的信号补偿方法，例如，执行以上描述的图4至图12的方法步骤。
73.上述产品可执行本技术实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本技术实施例所提供的方法。
74.本技术实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图4至图12的方法步骤。
75.本技术实施例还提供了一种计算机程序产品，包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时时，使所述计算机执行上述任意方法实施例中的信号补偿方法，例如，执行以上描述的图4至图12的方法步骤。
76.实施例三本发明实施例提供了一种磁编码器的标定系统，请参见图14，其示出了本发明实施例提供的一种标定系统的结构，所述标定系统10可以是图1及应用场景所示的标定系统10，此处不再详述，所述标定系统10包括：伺服电机2、光电编码器1，以及如实施例二所述的磁编码器4，所述磁编码器4和所述光电编码器3分别连接于所述伺服电机2的转动轴。具体地，所述磁编码器4可通过图1所示的所述连接机构3固定在所述伺服电机2的转动轴上，且
与所述光电编码器1同轴固定。
77.能够执行实施例一所述信号补偿方法的磁编码器4可通过本发明实施例提供的标定系统10在标定温度下进行标定，获取标定数据并执行信号补偿方法，以使磁编码器4能够适应不同的环境温度。
78.本发明实施例中提供了一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统，该信号补偿方法首先获取标定数据，然后实时获取所述磁编码器输出当前周期的霍尔电压信号，并采集实时温度，在所述实时温度偏离标定温度时，根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数，最后基于所述补偿系数对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，本发明实施例提供的补偿方法能够对磁编码器进行温度补偿，从而提高磁编码器的检测精度，增大磁编码器的可适用范围。
79.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
80.通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read-only memory, rom）或随机存储记忆体（random access memory, ram）等。
81.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其他变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种磁编码器的信号补偿方法，其特征在于，包括：获取标定数据；实时获取所述磁编码器输出当前周期的霍尔电压信号，并采集实时温度；在所述实时温度偏离标定温度时，根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数，其中，所述标定系数包括标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差，根据所述当前周期的霍尔电压信号计算所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值，根据所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值计算所述当前周期的霍尔电压信号的零位和极差，根据所述当前周期的霍尔电压信号的零位和所述标定温度下霍尔电压信号的零位计算零位补偿系数，根据所述当前周期的霍尔电压信号的极差和所述标定温度下霍尔电压信号的极差计算灵敏度补偿系数；基于所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到当前角度位置。2.根据权利要求1所述的信号补偿方法，其特征在于，所述零位补偿系数的计算公式为：零位补偿系数=当前周期的霍尔电压信号的零位-标定温度下霍尔电压信号的零位；和/或所述灵敏度补偿系数的计算公式为：灵敏度补偿系数=当前周期的霍尔电压信号的极差/标定温度下霍尔电压信号的极差。3.根据权利要求1所述的信号补偿方法，其特征在于，所述霍尔电压信号包括六路，所述六路霍尔电压信号分为相位差为120
°
的两组霍尔电压信号，所述标定系数还包括标定温度下的霍尔电压信号和角度位置信号的映射关系，对于每组霍尔电压信号，所述根据所述当前周期的霍尔电压信号，计算所述当前周期的霍尔电压信号的实际极值，包括：选取所述当前周期的霍尔电压信号中存在一路霍尔电压信号两次过零位的信号区间；计算所述信号区间内的霍尔电压信号的实际极值，其中，所述实际极值包括极大值和极小值；在所述信号区间内两次过零位处的另外两路霍尔电压信号的大小关系相反时，将所述标定数据所保存的映射关系中霍尔电压信号的标定极值更新为所述实际极值。4.根据权利要求3所述的信号补偿方法，其特征在于，所述基于所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到当前角度位置，还包括：根据所述标定数据和所述补偿系数，对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，以得到补偿后的霍尔电压信号；根据所述补偿后的霍尔电压信号确定查表区间，并选择所述补偿后的霍尔电压信号中的一相霍尔电压信号作为查表项；基于所述查表区间、所述查表项和所述映射关系，查找所述标定数据中最接近所述查表项的霍尔电压信号及角度位置信号；基于所述标定数据中最接近所述查表项的霍尔电压信号及角度位置信号，通过线性差值算法计算所述查表项对应的当前角度位置。5.根据权利要求4所述的信号补偿方法，其特征在于，
所述补偿后的霍尔电压信号的计算公式为：其中，为所述补偿后的霍尔电压信号，为所述当前周期的霍尔电压信号，为所述标定温度下霍尔电压信号的零位，为所述零位补偿系数，为所述灵敏度补偿系数。6.根据权利要求4所述的信号补偿方法，其特征在于，所述当前角度位置的计算公式为：其中，为所述当前角度位置，为作为所述查表项的霍尔电压，为查表区间内小于且最接近所述查表项的霍尔电压的标定温度下的霍尔电压，为查表区间内大于且最接近所述查表项的霍尔电压的标定温度下的霍尔电压，为所对应的角度位置，为所对应的角度位置。7.根据权利要求1-6任一项所述的信号补偿方法，其特征在于，所述获取标定数据，包括：将所述磁编码器固定在标定装置上，其中，所述标定装置包括与所述磁编码器同轴固定在伺服电机上的光电编码器；启动所述标定装置的伺服电机，以使所述磁编码器和所述光电编码器同轴转动，并通过温度传感器测温且记录标定温度；通过所述磁编码器和所述光电编码器分别采集同一个周期的霍尔电压信号和角度位置信号，并建立所述标定温度下的映射关系；根据一个周期的霍尔电压信号计算所述标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差。8.根据权利要求7所述的信号补偿方法，其特征在于，所述磁编码器包括六个霍尔元件，所述通过所述磁编码器和所述光电编码器分别采集同一个周期的霍尔电压信号和角度位置信号并建立标定温度下的映射关系，包括：通过所述六个霍尔元件分别采集六路正弦形霍尔电压信号；将所述六路正弦形霍尔电压信号对径差分为三相相位差为120
°
的正弦形电压信号；将一个周期内的三相正弦形电压信号划分为若干个查表区间，并保存每个查表区间对应的霍尔电压信号；通过所述光电编码器采集与所述一个周期内的三相正弦形电压信号同一周期的角度位置信号；保存每一查表区间的霍尔电压信号和角度位置信号的映射关系至数据库。9.根据权利要求7所述的信号补偿方法，其特征在于，所述根据一个周期的霍尔电压信号计算所述标定温度下的霍尔电压信号的零位和极差，包括：获取一个周期的霍尔电压信号的极大值和极小值；
根据所述霍尔电压信号的极大值和极小值，计算所述霍尔电压信号的零位和极差，其中，所述霍尔电压信号的零位的计算公式为：霍尔信号的零位=(霍尔信号的极大值+霍尔信号的极小值)/2；所述霍尔电压信号的极差的计算公式为：霍尔信号的极差=霍尔信号的极大值-霍尔信号的极小值。10.一种磁编码器，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-9任一项所述的方法。11.根据权利要求10所述的磁编码器，其特征在于，所述处理器还包括：模数转换模块；所述磁编码器还包括：电路板、磁环、温度传感器和若干个霍尔元件，所述若干个霍尔元件设置于所述电路板，所述磁环可相对于所述电路板转动；所述模数转换模块、所述温度传感器分别与所述电路板电气连接。12.一种磁编码器的标定系统，其特征在于，包括：伺服电机、光电编码器以及如权利要求10或11所述的磁编码器，所述磁编码器和所述光电编码器分别连接于所述伺服电机的转动轴。

技术总结
本发明实施例涉及传感器技术领域，公开了一种磁编码器的信号补偿方法、磁编码器及标定系统，该信号补偿方法首先获取标定数据，然后实时获取所述磁编码器输出当前周期的霍尔电压信号，并采集实时温度，在所述实时温度偏离标定温度时，根据所述标定系数和所述当前周期的霍尔电压信号，确定所述磁编码器的补偿系数，最后基于所述补偿系数对所述当前周期的霍尔电压信号进行补偿，本发明实施例提供的补偿方法能够对磁编码器进行温度补偿，从而提高磁编码器的检测精度，增大磁编码器的可适用范围。围。围。


技术研发人员：吴海苗 马健 何杰 包马乾
受保护的技术使用者：杭州辰控智能控制技术有限公司
技术研发日：2023.08.22
技术公布日：2023/9/20