[發明專利]一種基于電機磁場模型的動子位移測量方法

有效

• 申請號: 201210052300.5
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102620636A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 胡金春;朱煜;穆海華;孫玉婷;張鳴;楊開明;劉召;尹文生
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及電機的位移測量方法，尤其是適用于處理電機磁場信號，實現電機位移檢測。

背景技術

隨著精密制造和數控技術等先進技術的發展，高速、高效、高精度成為當前設備的發展方向。直線電機以其零傳動、高速、高精度等所帶來的一切優點，成為熱點和發展趨勢。當前，對直線電機位移的檢測方法有光柵尺檢測、激光干涉儀檢測等，這些測量方法對安裝要求高，所得測量信號復雜。基于電機本身磁場作為位移檢測信號，實現高精度測量，可以降低傳感器的安裝難度和簡化信號的復雜程度。

現有的電子細分方法包括四細分辨向法、電阻鏈移相細分法、幅值分割細分法、載波調制細分法、鎖相倍頻細分法等。四細分辨向法只提高分辨率而不提高精度；電阻鏈移相細分法模擬電路復雜，難以實現更高的細分；幅值分割細分法和載波調制細分法對原始信號質量要求嚴格；鎖相倍頻細分法只能用于動態測量，要求被測物體運動速度基本恒定。上述各種細分方法都存在其局限性。因此，一種既基于電機本身磁場作為位移檢測信號實現高精度測量，同時又能實現高度細分、信號處理簡單快速的測量方法亟待提出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于電機磁場模型的動子位移測量方法，測量電機動子與電機定子的相對位移、實現高度細分、信號處理簡單快速。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

1)在電機定子中磁鋼陣列形成的正弦磁場中，沿電機動子運動方向在電機動子上布置兩個磁感應強度傳感器：第一傳感器和第二傳感器，第一傳感器和第二傳感器的采樣信號分別為B_s和B_c，兩個傳感器相距其中τ為磁場極距，N＝0，1，2，3……；

2)設位移分辨率Δx和采樣頻率f，測量磁鋼陣列形成的正弦磁場的磁感應強度幅值B_M，初始化計數單元n＝0，第一傳感器和第二傳感器的磁場參考值分別為B_ks和B_kc，電機動子在初始位置時，第一傳感器和第二傳感器的采樣信號分別為B_0s和B_0c，初始化B_ks和B_kc分別為B_0s和B_0c，令B_ks＝B_0s、B_kc＝B_0c；

3)測量開始，第一傳感器和第二傳感器以采樣頻率f采樣得到采樣信號B_s和B_c，完成一次采樣，進入步驟4)；

4)通過信號處理電路判斷含第一傳感器和第二傳感器的采樣信號B_s、B_c，第一傳感器和第二傳感器的磁場參考值B_ks、B_kc的不等式是否成立：

a.若不等式成立，則電機定子和電機動子產生的相對位移大于等于Δx，通過信號處理電路判斷B_sB_kc-B_cB_ks≥0是否成立，若成立，則位移方向為正方向，計數單元n＝n+1，若不成立，則位移方向為負方向，計數單元n＝n-1；

b.若不等式不成立，則電機定子和電機動子產生的相對位移小于Δx，返回步驟3)；

5)計算電機動子的位移x為x＝n·Δx，更新第一傳感器和第二傳感器的磁場參考值B_ks、B_kc，令B_ks＝B_s、B_kc＝B_c；

6)重復步驟3)至5)，實現實時測量電機動子的位移。

上述發明中，其特征還在于：該測量方法不僅可以用于直線電機，測量方法同樣適用于旋轉電機。

采用以上技術方案可使得本發明取得有益效果，即基于電機本身磁場作為位移檢測信號實現電機動子相對定子的位移測量，可以避免傳感器安裝困難等不利因素；同時又能實現高度細分，避免超越函數的計算和解決象限判斷問題，計算簡單，有利于實時高速運算，具有較高的工程價值。

附圖說明

圖1為本發明所述基于電機磁場模型的動子位移測量方法應用于動圈式直線電機的傳感器安裝結構示意圖。

圖2為電機工作過程中本發明所述第一傳感器的采樣信號和第二傳感器的采樣信號示意圖。

圖3為本發明所述基于電機磁場模型的動子位移測量方法的流程圖。