[發(fā)明專利]基于角度值生長的有限角度值細(xì)分方法及裝置

有效

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• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN109059968B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王磊;任齊民;張洪鑫;張永德
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14;G01B21/22
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 陳潤明

本發(fā)明涉及基于角度值生長的有限角度值細(xì)分方法及裝置。該方法及裝置包括：單對極霍爾傳感器對單對極角度值信號進(jìn)行測量，通過A/D轉(zhuǎn)換器對霍爾信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過單對極角度值計算模塊獲得有限角單對極角度值θ₁；多對極霍爾傳感器對多對極磁鋼信號進(jìn)行測量，通過A/D轉(zhuǎn)換器對霍爾信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過多對極角度值計算模塊獲得有限角多對極角度值θ₂；通過角度生長模塊將不完整的有限角單對極角度值θ₁及有限角多對極角度值θ₂補償完整，輸出完整的有限角單對極角度值θ_{1_tran}以及完整的有限角多對極角度值θ_{2_tran}；通過角度值細(xì)分處理實現(xiàn)有限角多對極磁電編碼器角度值的細(xì)分處理，實現(xiàn)有限角磁電編碼器的高分辨角度值輸出。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及磁電編碼器，具體地說，涉及一種基于角度值生長的有限角磁電編碼器角度值細(xì)分方法。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)編碼器在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著重要的角色，尤其是在電機控制方面。旋轉(zhuǎn)編碼器已廣泛應(yīng)用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，如機械工程、機器人技術(shù)、航空航天等領(lǐng)域。目前，編碼器主流產(chǎn)品可分為兩類:光電編碼器和磁電編碼器。光電編碼器將光分布投影轉(zhuǎn)換為模擬量信號，進(jìn)而解算出角度值。盡管光電編碼器在工業(yè)應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用，但也有一些明顯的缺點。它是由易碎材料制成，由于易碎性而不適合某些特殊工作場合。

相對而言，磁電編碼器具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，抗沖擊，耐高低溫，磁電編碼器是一種測量裝置，其原理是采用磁阻或者霍爾元件等傳感器對磁性材料的角度或者位移進(jìn)行測量，磁性材料的角度或者位移的變化會引起電阻或者電壓的變化，通過放大電路對變化量進(jìn)行放大，通過單片機處理后輸出脈沖信號或者模擬量信號，從而達(dá)到測量的目的。

在許多應(yīng)用場合，轉(zhuǎn)軸并不是整周旋轉(zhuǎn)工作，而是在有限夾角范圍內(nèi)工作，這就對編碼器的體積要求更為嚴(yán)格，要求編碼器的體積小，結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活度高，磁電編碼器以其絕對的優(yōu)勢在有限夾角應(yīng)用場合中脫穎而出。有限角度磁電編碼器工作原理圖如圖1所示，一般包括定子、轉(zhuǎn)子、永久磁鐵、霍爾傳感器和信號處理板。永久磁鐵粘接在轉(zhuǎn)子上，霍爾傳感器固定在信號處理板上。于是，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，永久磁鐵同步旋轉(zhuǎn)，在永久磁體與定子的氣隙中產(chǎn)生變化的磁場，霍爾傳感器將磁場信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，此時兩個機械相位角度相差90°的霍爾輸出兩路相位相差90°正余弦電壓信號，通過信號處理板進(jìn)行解算，從而實現(xiàn)角度測量。為提高有限角磁電編碼器分辨率，在單對極磁鋼夾角對面粘貼多對極磁鋼，多對極磁鋼產(chǎn)生多對極角度值信號，通過解算得到有限角度范圍內(nèi)的多對極角度值，并與有限角度范圍內(nèi)的單對極角度值進(jìn)行整合細(xì)分得到高分辨率角度值。但是，有限角度值在往復(fù)擺動過程中，初始位置及結(jié)束位置具有隨機性，角度值覆蓋不完整。另外，由于工作角度范圍受到限制，輸出的角度值方向總在往復(fù)變化，不利于有限角度值的細(xì)分處理，不利于有限角度值的高分辨率角度值輸出。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出一種方案，旨在對有限角磁電編碼器單對極角度值及多對極角度值起始點及終點進(jìn)行自動判斷，并自動生長成為完整的、不存在缺口的單對極及多對極角度值，便于有限角度磁電編碼器的細(xì)分處理，為有限角度磁電編碼器的高分辨角度值輸出提供支撐。

本發(fā)明是這樣構(gòu)思的：

基于角度值生長的有限角度值細(xì)分方法，包括以下步驟：

(1)采集有限角單對極角度值模擬電壓信號A+、A-與有限角多對極角度值模擬電壓信號B+、B-；

(2)通過A/D轉(zhuǎn)換器對模擬電壓信號A+、A-、B+、B-進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信號HA+、HA-、HB+、HB-；

(3)解算有限角單對極角度值θ₁、有限角多對極角度值θ₂；