[發明專利]一種雙向冗余磁電編碼器及其冗余檢測方法

有效

• 申請號: 202010595044.9
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111693073B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 王磊;韋欣;肖磊;張永德;姜金剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12;G01D5/14;G01D5/244
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種雙向冗余磁電編碼器冗余檢測方法，本方法應用于一種雙向冗余磁電編碼器，雙向冗余磁電編碼器，它包括磁電編碼器(1)、電機(2)、鋼柱(3)三部分組成；所述的磁電編碼器(1)通過鋼柱(3)電機(2)固接，所述的磁電編碼器(1)，它包括編碼器信號解算板a(1-1)、編碼器信號解算板b(1-2)、單對極霍爾a1(1-3)、單對極霍爾a2(1-4)、單對極霍爾b1(1-5)、單對極霍爾b2(1-6)、單對極磁鋼(1-7)，其中單對極霍爾a1(1-3)、單對極霍爾a2(1-4)與編碼器信號解算板a(1-1)焊錫焊接，單對極霍爾b1(1-5)、單對極霍爾b2(1-6)與編碼器信號解算板b(1-2)焊錫焊接，編碼器信號解算板a(1-1)、編碼器信號解算板b(1-2)與鋼柱(3)鉸制孔連接，鋼柱(3)與法蘭盤鉸制孔連接，單對極磁鋼(1-7)與轉軸(2-2)膠接；所述的電機(2)，它包括法蘭盤(2-1)、轉軸(2-2)、電機主體(2-3)，電機主體(2-3)與轉軸(2-2)軸承連接，法蘭盤(2-1)與電機主體(2-3)螺釘連接；

其特征在于：所述方法的具體實施過程為：

步驟一：

解算倆組單對極角度值；具體為電機轉軸轉動，磁鋼與電機轉軸膠接，從而單對極磁鋼轉動，單對極磁鋼會產生軸向磁場，單對極霍爾a1、單對極霍爾a2與編碼器信號解算板a焊錫焊接，且單對極霍爾a1與單對極霍爾a2互相垂直，位于單對極磁鋼的左側，單對極霍爾b1、單對極霍爾b2與編碼器信號解算板b焊錫焊接，單對極霍爾b1與單對極霍爾b2互相垂直，位于單對極磁鋼的右側，此時單對極磁鋼轉動，單對極霍爾a1單對極霍爾a2采集單對極角度值信號A+、A-，編碼器信號解算板a對角度值模擬信號A+、A-進行模數轉換，得到角度值數字信號HA+、HA-，再對得到的單對極角度值數字信號HA+、HA-進行解算，得到單對極角度值θ₁，解算公式(1)所示：

單對極霍爾b1、單對極霍爾b2采集單對極角度值信號B+、B-，編碼器信號解算板b對角度值模擬信號B+、B-進行模數轉換，得到角度值數字信號HB+、HB-，再對得到的單對極角度值數字信號HB+、HB-進行解算，得到單對極角度值θ₂，解算公式(2)如下：

步驟二：

以其中一組單對極角度值為制表依據，對另一組單對極角度值進行校正，倆組磁電編碼器計算得到角度值的相互獲取采用串口雙向通訊，保證了角度值計算值獲取的同步性；使倆組單對極角度值輸出幅值及趨勢一致，具體為同步輸出倆組單對極角度值θ₁，θ₂；

為了使單對極角度值θ₂與單對極角度值θ₁變化趨勢一致，將倆組角度值進行比較，得到兩者間角度差值，并將角度值誤差θ_err存儲在單片機的內存中作為補償表格，當前計算周期角度值補償誤差值θ_err(i)可以如式(3)所示：

θ_err(i)＝θ₁(i)-θ₂(i) (3)

上式中i為第i個采樣點；

最終，經過補償的第二組磁電編碼器單對極角度值輸出θ_2f(i)可以如式(4)所示：

θ_2f(i)＝θ₂(i)+θ_err(i) (4)

此時經過補償修正，單對極角度值θ₁與θ_2f角度值，輸出趨勢一致；

步驟三：

依據倆組單對極角度值計算倆組磁電編碼器角速度，并依據角速度狀態判斷倆組磁電編碼器角度值是否處于故障狀態，并進行修正：具體為依據單對極角度值θ₁，計算當前計算周期的編碼器旋轉角速度ω₁如式(5)所示：

上式中i為第i個采樣點，i-1為第i-1個采樣點，T_s為計算周期；

依據單對極角度值θ_2f，計算另一組磁電編碼器的當前計算周期編碼器旋轉角速度ω₂如式(6)所示：

設定速度偏差正常閾值為ξ，依據倆組計算得到的編碼器旋轉角速度ω₁，ω₂偏差ω_err如式(7)所示，對當前編碼器故障狀態進行判斷：

ω_err＝ω₁-ω₂ (7)

當|ω_err|＜＝ξ時，編碼器旋轉角速度處于正常范圍，認為無故障出現；

當|ω_err|＞ξ時，編碼器旋轉角速度超出正常范圍，認為故障出現，當|ω₁(i)-ω₁(i-1)|＞ξ，則認為ω₁角度解算過程所在的編碼器信號解算板出現故障，則使用單對極角度值θ_2f作為最終的角度值輸出，若該故障持續出現超過2秒，則認為該編碼器信號解算板出現硬件不可恢復故障，若該故障持續出現小于2秒，則認為是系統噪聲原因造成的瞬時故障，該編碼器信號解算板在故障恢復后仍可繼續使用；

當|ω₂(i)-ω₂(i-1)|＞ξ，則認為ω₂角度解算過程所在的編碼器信號解算板出現故障，則使用單對極角度值θ₁作為最終的角度值輸出，若該故障持續出現超過2秒，則認為該編碼器信號解算板出現硬件不可恢復故障，若該故障持續出現小于2秒，則認為是系統噪聲原因造成的瞬時故障，該編碼器信號解算板在故障恢復后仍可繼續使用；

根據故障狀態可能出現的示意圖，此時θ₁在第1000個采樣點出現故障，該計算點則使用θ_2f作為最終輸出；

根據故障狀態可能出現的示意圖，此時θ₁在第8210個采樣點出現故障，該計算點則使用θ_2f作為最終輸出；θ_2f在第9500個采樣點出現故障，該計算點則使用θ₁作為最終輸出，從該故障案例可以看出，該編碼器方案可以保證最終角度值的持續穩定輸出，提高了編碼器的可靠性；

根據故障狀態可能出現的示意圖，此時θ_2f在第9500個采樣點持續出現故障超過2s，在該種狀態下認為時硬件出現不可恢復故障，磁電編碼器則使用θ₁作為最終輸出。