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一种在线误差参数辨识及自补偿系统和方法技术方案

技术编号:20219696 阅读:44 留言:0更新日期:2019-01-28 18:57
本发明专利技术涉及一种在线误差参数辨识及自补偿系统和方法,其包括数据输入模块、参数辨识模块以及角度解调模块;数据输入模块用于输入旋转变压类型角位移传感器的正余弦信号的实际测量信号,并发送到参数辨识模块;参数辨识模块包括信号流网络模块和优化控制器模块,信号流网络模块用于根据预先建立的误差模型对输入的正余弦信号的实际测量信号进行误差参数辨识,并将辨识结果发送到优化控制器模块;优化控制器模块用于对误差参数辨识结果进行参数优化,得到最佳参数后发送到角度解调模块;角度解调模块根据最佳参数进行正余弦信号自补偿及角度解算,得到旋转变压类型角位移传感器的角位移。本发明专利技术可以广泛应用于旋转变压类型的角位移传感器领域。

【技术实现步骤摘要】
一种在线误差参数辨识及自补偿系统和方法
本专利技术属于传感器检测与控制
,特别是涉及一种用于旋转变压类型的角位移传感器正余弦信号的在线误差参数辨识及自补偿系统和方法。
技术介绍
精密测量仪器误差识别与自补偿是对仪器进行校准的重要手段,也是传感器领域科学研究的重要方面。其中,角位移测量大量存在于以制造业为代表的工业生产和科学实践中,而旋转变压类型的角位移传感器具有稳定性较高、环境适应性强等特点,广泛应用于航空航天、智能制造等工业领域。旋转变压类型角位移传感器在实际生产中应用非常广泛,旋转变压类型的角位移传感器的原理,是通过旋变结构将角位移信息调制到两路正交信号上,用于解算角位移信息,而因为加工、偏心、倾斜等原因,所得正余弦信号多带有幅值误差、直流偏置误差、相位误差、谐波误差等;直接用得到的带误差的正余弦信号解算角度,解算得到的角度会带有较大的误差。国内外的资料中显示,不进行补偿的旋转变压类型的角位移传感器输出精度较低,而大多数的补偿方式,都是利用更高精度的转台、光栅等进行标定,这无疑提高了生产成本,造成了更多资源的浪费。通过误差识别的手段得到误差参数再进行自补偿,对于提高角位移传感器的精度很有必要。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术的目的是提供一种在线误差参数辨识及自补偿系统和方法,通过在线识别旋转变压类型角位移传感器生成的正余弦信号带有的幅值误差、直流偏置误差、相位误差以及谐波误差,实现旋转变压类型角位移传感器的在线自补偿,提高角位移传感器的精度。为实现上述目的,本专利技术采取以下技术方案:一种在线误差参数辨识及自补偿系统,其包括数据输入模块、参数辨识模块以及角度解调模块;所述数据输入模块用于输入旋转变压类型角位移传感器的正余弦信号的实际测量信号,并发送到所述参数辨识模块;所述参数辨识模块包括信号流网络模块和优化控制器模块,所述信号流网络模块用于根据预先建立的误差模型对输入的正余弦信号的实际测量信号进行在线误差参数辨识,并将辨识结果发送到所述优化控制器模块;所述优化控制器模块用于对误差参数辨识结果进行参数优化,得到最佳参数后发送到所述角度解调模块;所述角度解调模块根据最佳参数进行正余弦信号自补偿及角度解算,得到旋转变压类型角位移传感器的角位移。进一步的,所述信号流网络模块包括参数存储单元、仿射变换单元、迭代计算单元和信号重构单元;所述参数存储单元用于存储待辨识参数的值并不断迭代更新;所述仿射变换单元根据输入的正余弦测量信号得到初始迭代量以及初始迭代量相对于正余弦测量信号和待辨识参数的局部梯度信号后,发送到所述迭代计算单元;所述迭代计算单元根据输入的初始迭代量进行迭代计算,得到的迭代结果以及迭代结果相对于初始迭代量和待辨识参数的局部梯度信号发送到所述信号重构单元;所述信号重构单元根据迭代结果对正余弦信号进行重构,得到的重构后的正余弦信号以及该重构后正余弦信号相对于迭代结果和待辨识参数的局部梯度信号发送到所述优化控制器模块。进一步的,所述优化控制器模块包括标量输出单元、损失计算单元和参数更新单元;所述标量输出单元根据重构后的正余弦信号得到其标量值以及标量值相对于重构后的正余弦信号和待辨识参数的局部梯度信号发送到所述损失计算单元;所述损失计算单元根据重构后正余弦信号的标量值计算损失值以及损失值相对于标量值和待辨识参数的局部梯度信号,并将损失值发送到所述参数更新单元;所述参数更新单元根据接收到的各局部梯度信号以及损失值,对所述参数存储单元中的待辨识参数进行更新。进一步的,所述角度解调单元包括自补偿单元和解调单元,所述自补偿单元用于根据角位移传感器的正余弦信号的实际测量值以及所述优化控制器单元输出的最佳参数进行自补偿,得到目标正余弦函数;所述角度解调单元根据目标正余弦函数进行角度解算,得到旋转变压类型角位移传感器的角位移。一种在线误差参数辨识及自补偿方法,其包括以下步骤:1)建立旋转变压类型角位移传感器输出的正余弦信号的误差模型;2)根据建立的误差模型建立信号流网络,并将旋转变压类型角位移传感器正余弦信号的实际测量值输入到信号流网络中进行在线误差参数辨识,得到由于安装、偏心、倾角问题引起的最佳误差参数;3)根据得到的最佳误差参数进行在线自补偿得到补偿后的正余弦信号,并根据补偿后的正余弦信号进行角度解算,得到旋转变压类型角位移传感器的角位移。进一步的,所述步骤1)中,建立的误差模型为:U=a1sinθ+b1+Ksin(3θ),其中,V、U为旋转变压类型角位移传感器输出的有误差的正余弦信号,a1、a2为幅值误差,b1、b2为直流偏置误差,为相位误差,K为谐波分量误差系数。进一步的,所述步骤2)中,根据建立的误差模型建立信号流网络,并将旋转变压类型角位移传感器正余弦信号的实际测量值输入到信号流网络中进行在线误差参数辨识,得到由于安装、偏心、倾角问题引起的最佳误差参数的方法,包括以下步骤:2.1)根据建立的误差模型以及正余弦信号的实际测量值,得到迭代起始量,以及迭代起始量与实际测量值和各待辨识参数的局部梯度;2.2)对步骤2.1)中正余弦信号的初始迭代量进行整理变换,得到迭代输出结果Un、Vn,同时得到输出相对于输入和待辨识参数的局部梯度;2.3)对迭代输出结果进行信号重构,得到当前次迭代正余弦信号的重构信号,同时计算当前次迭代正余弦信号的重构信号相对于迭代输出结果和待辨识参数的局部梯度;2.4)将重构的正余弦信号转换为标量,同时计算正余弦信号标量输出相对于输入和待辨识参数的局部梯度;2.5)根据正余弦信号的标量值计算损失,同时计算输出相对于输入和待辨识参数的局部梯度;2.6)根据链式法则,将所有局部梯度分别组合相乘相加,得到损失对局部各参数的全局梯度,利用矩估计的方法迭代计算更新参数;2.7)将损失与预设阈值进行比较,当损失低于设定阈值时迭代结束,否则,以更新后的误差参数为基础,重复步骤2.1)~2.6),直到损失小于设定值时,当前次迭代得到的各误差参数即为最佳参数。进一步的,所述步骤2.1)中,根据建立的误差模型以及正余弦信号的实际测量值,得到迭代起始量,以及迭代起始量与实际测量值和各待辨识参数的局部梯度的方法为:首先,计算得到去除直流偏置误差的正余弦信号U1、V1:U1=U-b1=a1sinθ+Ksin(3θ),然后,根据去除直流偏置误差的正余弦信号U1、V1得到迭代起始量U2、V2:U2=U1×Kgain-u,V2=V1×Kgain-v,式中,Kgain_u、Kgain_v分别为正余弦信号的增益系数;最后,计算迭代起始量U2、V2相对于输入的正余弦信号的实际测量值U、V以及各待辨识参数a1、a2、b1、b2、K的局部梯度。本专利技术由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本专利技术在误差参数辨识时,可辨识出部分由安装、偏心、倾角等问题引起的误差,在线自补偿过程中可以实时消除直流偏置误差、幅值误差、相位误差及三次谐波分量误差,输出更准确的正余弦信号用于角度解算,提高了旋转变压类型角位移传感器的精度。2、本专利技术的参数辨识及自补偿都可在硬件电路中实现,在几乎不提高硬件成本的情况下,提升了旋转变压类型的角位移传感器的精度。3、本专利技术设置有参数存储模块,不但可以用于在线自校准,也可用于离线自校准,非常方便。因此,本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线误差参数辨识及自补偿系统,其特征在于:其包括数据输入模块、参数辨识模块以及角度解调模块;所述数据输入模块用于输入旋转变压类型角位移传感器的正余弦信号的实际测量信号,并发送到所述参数辨识模块;所述参数辨识模块包括信号流网络模块和优化控制器模块,所述信号流网络模块用于根据预先建立的误差模型对输入的正余弦信号的实际测量信号进行在线误差参数辨识,并将辨识结果发送到所述优化控制器模块;所述优化控制器模块用于对误差参数辨识结果进行参数优化,得到最佳参数后发送到所述角度解调模块;所述角度解调模块根据最佳参数进行正余弦信号自补偿及角度解算,得到旋转变压类型角位移传感器的角位移。

【技术特征摘要】
1.一种在线误差参数辨识及自补偿系统,其特征在于:其包括数据输入模块、参数辨识模块以及角度解调模块;所述数据输入模块用于输入旋转变压类型角位移传感器的正余弦信号的实际测量信号,并发送到所述参数辨识模块;所述参数辨识模块包括信号流网络模块和优化控制器模块,所述信号流网络模块用于根据预先建立的误差模型对输入的正余弦信号的实际测量信号进行在线误差参数辨识,并将辨识结果发送到所述优化控制器模块;所述优化控制器模块用于对误差参数辨识结果进行参数优化,得到最佳参数后发送到所述角度解调模块;所述角度解调模块根据最佳参数进行正余弦信号自补偿及角度解算,得到旋转变压类型角位移传感器的角位移。2.如权利要求1所述的一种在线误差参数辨识及自补偿系统,其特征在于:所述信号流网络模块包括参数存储单元、仿射变换单元、迭代计算单元和信号重构单元;所述参数存储单元用于存储待辨识参数的值并不断迭代更新;所述仿射变换单元根据输入的正余弦测量信号得到初始迭代量以及初始迭代量相对于正余弦测量信号和待辨识参数的局部梯度信号后,发送到所述迭代计算单元;所述迭代计算单元根据输入的初始迭代量进行迭代计算,得到的迭代结果以及迭代结果相对于初始迭代量和待辨识参数的局部梯度信号发送到所述信号重构单元;所述信号重构单元根据迭代结果对正余弦信号进行重构,得到的重构后的正余弦信号以及该重构后正余弦信号相对于迭代结果和待辨识参数的局部梯度信号发送到所述优化控制器模块。3.如权利要求2所述的一种在线误差参数辨识及自补偿系统,其特征在于:所述优化控制器模块包括标量输出单元、损失计算单元和参数更新单元;所述标量输出单元根据重构后的正余弦信号得到其标量值以及标量值相对于重构后的正余弦信号和待辨识参数的局部梯度信号发送到所述损失计算单元;所述损失计算单元根据重构后正余弦信号的标量值计算损失值以及损失值相对于标量值和待辨识参数的局部梯度信号,并将损失值发送到所述参数更新单元;所述参数更新单元根据接收到的各局部梯度信号以及损失值,对所述参数存储单元中的待辨识参数进行更新。4.如权利要求1所述的一种在线误差参数辨识及自补偿系统,其特征在于:所述角度解调单元包括自补偿单元和解调单元,所述自补偿单元用于根据角位移传感器的正余弦信号的实际测量值以及所述优化控制器单元输出的最佳参数进行自补偿,得到目标正余弦函数;所述角度解调单元根据目标正余弦函数进行角度解算,得到旋转变压类型角位移传感器的角位移。5.一种在线误差参数辨识及自补偿方法,其特征在于包括以下步骤:1)建立旋转变压类型角位移传感器输出的正余弦信号的误差模型;2)根据建立的误差模型建立信号流网络,并将旋转变压类型角位移传感器正余弦信号的实际测量值输入到信号流网络中进行在线误差参...

【专利技术属性】
技术研发人员:张嵘周斌黎超郜振翼侯波魏琦
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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