编码器磁钢结构、编码器以及窗口余数区间判断矫正算法制造技术

本发明专利技术提出了一种编码器磁钢结构、编码器以及窗口余数区间判断矫正算法。所述编码器磁钢结构包括在同一空间平面内沿某一圆周法向方向上依次环形设置的单对极磁钢、第一多对极磁钢以及第二多对极磁钢；所述第一多对极磁钢包括P对磁极；所述第二多对极磁钢包括P'对磁极；其中，P'大于P，P大于1。通过使用本发明专利技术所述的编码器磁钢结构、编码器以及窗口余数区间判断矫正算法能够降低多对极磁钢的极对数较多时的数字角度值区间误判断机率，达到提高组合式磁电编码器的可靠性和精度的目的。

Encoder magnetic steel structure, encoder and the remainder of the window interval correction algorithm

The invention provides an encoder and a magnetic steel structure, an encoder and an error correction algorithm for the remainder of the window. The magnetic encoder structure is included in the same space plane along a circumference direction in order to set the ring of steel, the first single pole multi polar magnet and the more than and 2 magnet pole of the first; multi polar magnet including P on the pole; article more than and 2 of the P'on magnetic ladle among them, the pole; P' is greater than P, P is greater than 1. By using the magnetic encoder structure, encoder and window remainder interval judgment correction algorithm can reduce the multi polar magnetic pole logarithm more when the digital angle interval misjudgment probability, combined to improve the reliability and accuracy of the magnetic encoder objective.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于编码器制造
，具体涉及一种编码器磁钢结构、编码器以及窗口余数区间判断矫正算法。
技术介绍
目前工控领域的高精度伺服平台广泛采用的角位移传感器有旋转变压器、光电编码器和磁电编码器。其中，磁电编码器主要由永磁体和磁敏元件组成。磁敏元件能够通过霍尔效应或磁阻效应感应由永磁体旋转运动造成的空间磁场变化，且能将这一磁场变化转化为电压信号的变化，并能通过后续的信号处理系统达到对旋转部件角位移检测的目的。相比旋转变压器和光电编码器，磁电编码器具有结构简单、耐高温、抗油污、抗冲击和体积小、成本低等优点，在小型化和恶劣环境条件的应用场所具有独特优势。磁电编码器主要由磁信号发生结构和信号处理电路两部分组成，其中磁信号发生源称为磁钢。根据磁钢的磁极数的不同，可分为单对极磁钢和多对极磁钢，因而根据磁电编码器磁信号发生源的不同可分为单对极磁电编码器和单多对极组合式磁电编码器。组合式磁电编码器即在传统的单对极磁电编码器的基础之上增加一个多对极磁场信号源，来实现对单对极磁钢的编码细分，达到提高分辨率的目的。单对极磁电编码器典型结构是在单对极磁钢的周围径向间隔90°安装四个霍尔元件。当回转轴带动磁钢旋转时，在径向间隔90°的两点便会分别产生随时间变化的完整的正、余弦磁场。通过对径两个霍尔元件的差分消除干扰以及分区间反正切算法将磁场强度解算成0～360°的角度输出，再通过软件算法变换成0～216的数字角度值。同理，当添加一个多对极磁场信号源时，回转轴每转动一圈，多对极磁钢的每一对极都会在径向间隔90°电角度的两点分别产生一个完整的正余弦磁场，通过反正切算法，便可以将每一对极对应的机械角度解算成0～360°电角度即0——216的数字角度输出，通过单对极磁钢信号解算的角度来确定多对极磁钢信号所处的周期，从而达到对多对极磁钢信号数字角度连续编码的目的。例如，多对极磁钢为3对极，其每一对极对应的机械角度为120°，此时霍尔信号在120°范围内便可完成一个完整的正余弦周期，通过软件解算，可实现0～360°的角度输出，相当于将0～120°的机械角度扩大到了0～360°的范围，通过对多对极磁钢信号周期的累加，便可实现0～3×216的数字角度值输出，理论上在单对极磁钢的分辨率基础之上提高了3倍。通过大量实验证明，当多对极磁钢的极对数较多时，只用单对极磁钢的有限数字角度范围来判断多对极磁钢信号的周期，有较大机率出现多对极数字角度值区间的误判断，从而出现多对极数字角度值的错误编码，大大降低了组合式磁电编码器的可靠性和精度。
技术实现思路
本专利技术提出了一种编码器磁钢结构、编码器以及窗口余数区间判断矫正算法，通过使用本专利技术所述的编码器磁钢结构、编码器以及窗口余数区间判断矫正算法能够降低多对极磁钢的极对数较多时的数字角度值区间误判断机率，达到提高组合式磁电编码器的可靠性和精度的目的。本专利技术提出了一种编码器磁钢结构，其中包括在同一空间平面内沿某一圆周法向方向上依次环形设置的单对极磁钢、第一多对极磁钢以及第二多对极磁钢；所述第一多对极磁钢包括P对磁极；所述第二多对极磁钢包括P'对磁极；其中，P'大于P，P大于1。如上所述的编码器磁钢结构，其中，所述单对极磁钢与所述第一多对极磁钢间的间距为1.5mm。如上所述的编码器磁钢结构，其中，所述第一多对极磁钢与所述第二多对极磁钢间的间距为1.5mm。本专利技术还提出了一种编码器，所述编码器包括如上任一一项所述的编码器磁钢结构。本专利技术还提出了一种利用如上所述的编码器进行数字角度值的区间判断及连续编码的窗口余数区间判断矫正算法，包括以下步骤：S1：通过确定所述多对极磁钢其中某一个周期节点对应的所述单对极磁钢的数字角度值，以此单对极磁钢数字角度值为单对极磁钢的起始点；S2：将所述单对极磁钢的数字角度乘P，得到所述单对极磁钢在[0，65536×P]上的数字角度编码值θ_single，并对所述单对极磁钢的数字角度编码值开启一个窗口,令θ_up＝θ_single+θ_windθ_down＝θ_single-θ_wind其中，θ_up、θ_down分别为该窗口的上下边界；S3：用65536对θ_up以及θ_down进行分割，令up_area_int＝int(θ_up/65536)down_area_int＝int(θ_down/65536)其中，up_area_int、down_area_int分别为所述单对极上下窗口每个数字角度对应的[0，P-1]区间值；S4：令multi_area_int为此时P对极磁钢数字角度值所处的区间值，让每个P对极磁钢数字角度值的区间值都等于对应的单对极磁钢上窗口数字角度区间值，令multi_area_int＝up_area_int，且up_area_rem＝θ_up-65536×multi_area_int，down_area_rem＝θ_down-65536×multi_area_int，其中，up_area_rem为单对极磁钢每个数字角度确定完区间后的上窗口余数，down_area_rem为单对极磁钢每个数字角度确定完区间后的下窗口余数；S5：根据确定的所有P对极磁钢数字角度对应的区间N，通过公式θ＝N×65536+θ_multi便能求出连续递增的所述P对极磁钢数字角度编码值，θ_multi为所述P对极磁钢每一对极的数字角度；将所述P对极磁钢连续编码后的数字角度值作为上述算法中理论上的单对极数字角度值，原理上重复上述算法的S1-S5便可以实现对所述P'对极磁钢数字角度值的区间判断及连续编码。如上所述窗口余数区间判断矫正算法，其中，所述单对极磁钢的起始点的数字角度值为65536。如上所述窗口余数区间判断矫正算法，其中，所述单对极磁钢的数字角度编码窗口可通过θ_wind进行调节。如上所述窗口余数区间判断矫正算法，其中，此时在机械角度[0，360°]上将有由每个up_area_rem、down_area_rem组合成的窗口P个，其中每个窗口的间距即是2倍θ_wind的值。如上所述窗口余数区间判断矫正算法，其中，对所述P对极磁钢的数字角度进行连续编码后，进一步包括利用所述P対极磁钢数字角度前后差值来验证编码是否正确。如上所述窗口余数区间判断矫正算法，其中，所述利用P対极磁钢数字角度前后差值来验证编码是否正确的过程包括以下步骤：首先求取未连续递增编码的P对极磁钢数字角度θ_multi前后值之差；再求取连续递增编码后的P对极磁钢数字角度θ前后值之差；最后求取上述两个差值之差。通过使用本专利技术所述的编码器磁钢结构，能够将相对较多对极的编码器相对单对极编码器等效为相对较少对极的编码器相对单对极编码器。通过使用本专利技术所述的编码器，当第二多对极磁钢为24对极磁钢时，编码器分辨率可达到21位，位置检测精度达到0.05°。通过使用本专利技术所述的窗口余数区间判断矫正算法，能够降低多对极磁钢的极对数较多时的数字角度值区间误判断机率，从而提高组合式磁电编码器的可靠性和精度度。附图说明下面结合附图详细说明本专利技术。通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：图1为本专利技术所述编码器磁钢结构的结构示意图；图2为图1中本专利技术所述编码器磁钢结构的剖面图；图3为本专利技术所述编本文档来自技高网...

【技术保护点】
编码器磁钢结构，其特征在于，包括在同一空间平面内沿某一圆周法向方向上依次环形设置的单对极磁钢、第一多对极磁钢以及第二多对极磁钢；所述第一多对极磁钢包括P对磁极；所述第二多对极磁钢包括P'对磁极；其中，P'大于P，P大于1。

【技术特征摘要】
1.编码器磁钢结构，其特征在于，包括在同一空间平面内沿某一圆周法向方向上依次环形设置的单对极磁钢、第一多对极磁钢以及第二多对极磁钢；所述第一多对极磁钢包括P对磁极；所述第二多对极磁钢包括P'对磁极；其中，P'大于P，P大于1。2.根据权利要求1所述的编码器磁钢结构，其特征在于，所述单对极磁钢与所述第一多对极磁钢间的间距为1.5mm。3.根据权利要求1所述的编码器磁钢结构，其特征在于，所述第一多对极磁钢与所述第二多对极磁钢间的间距为1.5mm。4.编码器，所述编码器包括权利要求1-3任一一项所述的编码器磁钢结构。5.利用权利要求4所述的编码器进行数字角度值的区间判断及连续编码的窗口余数区间判断矫正算法，包括以下步骤：S1：通过确定所述P对极磁钢其中某一个周期节点对应的所述单对极磁钢的数字角度值，以此单对极磁钢数字角度值为单对极磁钢的起始点；S2：将所述单对极磁钢的数字角度乘P，得到所述单对极磁钢在[0，65536×P]上的数字角度编码值θ_single，并对所述单对极磁钢的数字角度编码值开启一个窗口,令θ_up＝θ_single+θ_windθ_down＝θ_single-θ_wind其中，θ_up、θ_down分别为该窗口的上下边界；S3：用65536对θ_up以及θ_down进行分割，令up_area_int＝int(θ_up/65536)down_area_int＝int(θ_down/65536)其中，up_area_int、down_area_int分别为所述单对极磁钢上下窗口每个数字角度对应的[0，P-1]区间值；S4：令multi_area_int为此时P对极磁钢数字角度值所处的区间值，让每个P对极磁钢数字角度值的区间值都等于对应的单对极磁钢上窗口数字角度区间值，令multi_area_int＝up_area_int，...

【专利技术属性】
技术研发人员：余立红，高成玉，冯焕玉，郝蓉佼，武练梅，李荣宁，王磊，冯同，石海，张镇，李哲，钱凌峰，张修文，
申请(专利权)人：航天鑫创自控装备发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11