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制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于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

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术的基于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HC(t)，编码器检测位置信息HE(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：观测系统状态，根据不同的扰动情况调整观测器协方差值。较佳地，所述的步骤(2)中调整观测器协方差值，具体为：根据以下公式调整观测器协方差值：Z(k)＝CX(k)+R；其中，C和R分别为观测矩阵和过程噪声，X(k)和Z(k)分别为k时刻系统状态和观测结果。该用于实现上述方法的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的装置，其主要特点是，所述的系统包括控制电路、编码器和电容式位移传感器，所述的编码器和电容式位移传感器均与控制电路相连接，所述的编码器用于获取电机的运动信息，所述的电容式位移传感器用于获取距板高度，所述的控制电路对原始电容频率值进行初步处理并获取编码器的运动信息。较佳地，所述的控制电路包括Kalman滤波器，与所述的编码器和电容式位移传感器相连接，用于将编码器反馈的位置信息和电容式位移传感器检测的高度信息进行数据融合，将编码器反馈的运动量和电容式位移传感器反馈运动量作为线性系统，通过编码器反馈的运动信息对电容式位移传感器反馈的运动信息进行校正。较佳地，所述的装置还包括人机交互平台，与所述的控制电路通过硬件平台相连接，用于对整个装置进行相应的控制。采用了本专利技术的基于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。附图说明图1为本专利技术的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的装置的工作原理框图。图2为本专利技术的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的装置的实施例的装置图。具体实施方式为了能够更清楚地描述本专利技术的
技术实现思路
，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。本专利技术的该基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，其中包括以下步骤：(1)电容传感器检测板间距HC(t)，编码器检测位置信息HE(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)；(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。作为本专利技术的优选实施方式，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。作为本专利技术的优选实施方式，所述的步骤(2)还包括以下步骤：观测系统状态，根据不同的扰动情况调整观测器协方差值。作为本专利技术的优选实施方式，所述的步骤(2)中调整观测器协方差值，具体为：根据以下公式调整观测器协方差值：Z(k)＝CX(k)+R；其中，C和R分别为观测矩阵和过程噪声，X(k)和Z(k)分别为k时刻系统状态和观测结果。本专利技术的该用于实现上述方法的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的装置，其中包括控制电路、编码器和电容式位移传感器，所述的编码器和电容式位移传感器均与控制电路相连接，所述的编码器用于获取电机的运动信息，所述的电容式位移传感器用于获取距板高度，所述的控制电路对原始电容频率值进行初步处理并获取编码器的运动信息。作为本专利技术的优选实施方式，所述的控制电路包括Kalman滤波器，与所述的编码器和电容式位移传感器相连接，用于将编码器反馈的位置信息和电容式位移传感器检测的高度信息进行数据融合，将编码器反馈的运动量和电容式位移传感器反馈运动量作为线性系统，通过编码器反馈的运动信息对电容式位移传感器反馈的运动信息进行校正。作为本专利技术的优选实施方式，所述的装置还包括人机交互平台，与所述的控制电路通过硬件平台相连接，用于对整个装置进行相应的控制。本专利技术的具体实施方式中，提供一种基于Kalman滤波器的电容式位移传感器测距方法，用以解决电容式位移传感器受外部干扰影响导致检测精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：/n(1)电容传感器检测板间距H

【技术特征摘要】
1.一种基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)电容传感器检测板间距HC(t)，编码器检测位置信息HE(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)。


2.根据权利要求1所述的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，其特征在于，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。


3.根据权利要求1所述的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，其特征在于，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。


4.根据权利要求3所述的基于Kalman滤波器实现电容式位移传感器测距的方法，其特征在于，所述的步骤(2)还包括以下步骤：
观测系统状态，根据不同的扰动情况调整观测器协方差值。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑之开，陈豫，吴昊，朱成坤，
申请(专利权)人：上海维宏电子科技股份有限公司，上海维宏智能技术有限公司，上海维宏自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31