基于角度值生长的有限角度值细分方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于角度值生长的有限角度值细分方法及装置。该方法及装置包括：单对极霍尔传感器对单对极角度值信号进行测量，通过A/D转换器对霍尔信号进行模数转换，通过单对极角度值计算模块获得有限角单对极角度值θ1；多对极霍尔传感器对多对极磁钢信号进行测量，通过A/D转换器对霍尔信号进行模数转换，通过多对极角度值计算模块获得有限角多对极角度值θ2；通过角度生长模块将不完整的有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2补偿完整，输出完整的有限角单对极角度值θ1_tran以及完整的有限角多对极角度值θ2_tran；通过角度值细分处理实现有限角多对极磁电编码器角度值的细分处理，实现有限角磁电编码器的高分辨角度值输出。

【技术实现步骤摘要】
基于角度值生长的有限角度值细分方法及装置
本专利技术总体上涉及磁电编码器，具体地说，涉及一种基于角度值生长的有限角磁电编码器角度值细分方法。
技术介绍
旋转编码器在现代工业中扮演着重要的角色，尤其是在电机控制方面。旋转编码器已广泛应用于许多应用领域，如机械工程、机器人技术、航空航天等领域。目前，编码器主流产品可分为两类:光电编码器和磁电编码器。光电编码器将光分布投影转换为模拟量信号，进而解算出角度值。尽管光电编码器在工业应用中得到广泛应用，但也有一些明显的缺点。它是由易碎材料制成，由于易碎性而不适合某些特殊工作场合。相对而言，磁电编码器具有良好的环境适应性，抗冲击，耐高低温，磁电编码器是一种测量装置，其原理是采用磁阻或者霍尔元件等传感器对磁性材料的角度或者位移进行测量，磁性材料的角度或者位移的变化会引起电阻或者电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，从而达到测量的目的。在许多应用场合，转轴并不是整周旋转工作，而是在有限夹角范围内工作，这就对编码器的体积要求更为严格，要求编码器的体积小，结构设计灵活度高，磁电编码器以其绝对的优势在有限夹角应用场合中脱颖而出。有限角度磁电编码器工作原理图如图1所示，一般包括定子、转子、永久磁铁、霍尔传感器和信号处理板。永久磁铁粘接在转子上，霍尔传感器固定在信号处理板上。于是，转子旋转时，永久磁铁同步旋转，在永久磁体与定子的气隙中产生变化的磁场，霍尔传感器将磁场信号转化为电压信号，此时两个机械相位角度相差90°的霍尔输出两路相位相差90°正余弦电压信号，通过信号处理板进行解算，从而实现角度测量。为提高有限角磁电编码器分辨率，在单对极磁钢夹角对面粘贴多对极磁钢，多对极磁钢产生多对极角度值信号，通过解算得到有限角度范围内的多对极角度值，并与有限角度范围内的单对极角度值进行整合细分得到高分辨率角度值。但是，有限角度值在往复摆动过程中，初始位置及结束位置具有随机性，角度值覆盖不完整。另外，由于工作角度范围受到限制，输出的角度值方向总在往复变化，不利于有限角度值的细分处理，不利于有限角度值的高分辨率角度值输出。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种方案，旨在对有限角磁电编码器单对极角度值及多对极角度值起始点及终点进行自动判断，并自动生长成为完整的、不存在缺口的单对极及多对极角度值，便于有限角度磁电编码器的细分处理，为有限角度磁电编码器的高分辨角度值输出提供支撑。本专利技术是这样构思的：基于角度值生长的有限角度值细分方法，包括以下步骤：(1)采集有限角单对极角度值模拟电压信号A+、A-与有限角多对极角度值模拟电压信号B+、B-；(2)通过A/D转换器对模拟电压信号A+、A-、B+、B-进行转换，得到数字信号HA+、HA-、HB+、HB-；(3)解算有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2；(4)依据有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2对有限角度进行生长，令有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2生长完整，得到生长完整的单对极角度值θ1_tran及多对极角度值θ2_tran；(5)依据生长完整的有限角单对极角度值θ1_tran及多对极角度值θ2_tran进行有限角多对极角度值细分处理，输出高分辨率的有限角度值θduo_org。作为优选，所述的步骤(1)通过以下方法实现：单对极霍尔对磁场信号采样输出有限角单对极角度值模拟电压信号A+、A-，多对极霍尔对磁场信号采样得到有限角多对极角度值模拟电压信号B+、B-。作为优选，所述的步骤(2)通过以下方法实现：通过A/D转换器进行模数转换，将步骤(1)得到的模拟电压信号A+、A-，B+、B-在A/D转换器中转换为数字信号HA+、HA-、HB+、HB-。作为优选，所述的步骤(3)通过以下方法实现：数字信号HA+与HA-、HB+与HB-间的相位角度偏差为90°，通过反正切公式，求解出有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2，如式(1)所示：作为优选，所述的步骤(4)采用以下方法实施：判断有限角单对极角度值θ1的两个边界即有限角单对极角度值起始点θs_start以及有限角单对极角度值终点θs_end；判断有限角多对极角度值θ2的两个边界即有限角多对极角度值起始点θm_start以及有限角多对极角度值终点θm_end；当θs_start＜θs_end，θm_start＜θm_end时，设定角度值生长点数N，有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2按16位整数型数据输出(0～65535)；对有限角单对极θ1及有限角多对极θ2在生长位置每个点的生长幅值进行求解，得到有限角单对极单点生长幅值θs_add与有限角多对极单点生长幅值θm_add如式(2)所示：将有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2进行生长处理，得到生长完整的有限角单对极角度值θ1_tran以及生长完整的有限角多对极角度值θ2_tran，在有限角单对极角度值边界θs_start、θs_end以及有限角多对极角度值边界θm_start、θm_end间进行生长，处理过程如式(3)所示：当θs_start＞θs_end，θm_start＞θm_end时，设定角度值生长点数N，有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2按16位整数型数据输出(0～65535)；对有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2在生长位置每个点的生长幅值进行求解，有限角单对极θ1先从边界起始点θs_start生长到角度值最大幅值65535，然后再从0生长到有限角单对极终止点边界θs_end；有限角多对极θ2先从边界起始点θm_start生长到角度值最大幅值65535，然后再从0生长到有限角多对极终止点边界θm_end；有限角单对极单点生长幅值θs_add及有限角多对极单点生长幅值θm_add如式(4)所示：将有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2进行生长处理，得到生长完整的有限角单对极角度值θ1_tran以及生长完整的有限角多对极角度值θ2_tran，在有限角单对极角度值边界θs_start、θs_end以及有限角多对极角度值边界θm_start、θm_end间进行生长，处理过程如式(5)所示：当θ1_tran与θ2_tran大于65535时，令θ1t_ran＝θt1ran_-65535，θ2_tran＝θ2_tran-65535。作为优选，所述的步骤(5)通过以下方法实现：高分辨率的有限角度值解算如式(6)所示：θduo_org＝P*65535+θ2_tran(6)式中：P是通过有限角单对极角度值θ1_tran的高10位查表得到的多周期个数；θ2_tran为当前计算周期的有限角多周期角度值。有限角单对极角度值θ1_tran、有限角多对极角度值θ2_tran的数据类型为16位整数型数据，通过有限角单对极角度值θ1_tran的高10位角度值查下表确定有限角多对极角度值极数P的数值；此时，通过步骤(5)得到的细分整合后的角度值θduo_org范围从单对极角度值θ1_tran∈[0,65535]变化到角度值θduo_org∈[0,65535*P]，提高了磁电编码器分辨率。作为本专利技术的另一面，本专利技术提供基于角度值生长的有限角度值细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于角度值生长的有限角度值细分方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)采集有限角单对极角度值模拟电压信号A+、A‑与有限角多对极角度值模拟电压信号B+、B‑；(2)通过A/D转换器对模拟电压信号A+、A‑、B+、B‑进行转换，得到数字信号HA+、HA‑、HB+、HB‑；(3)解算有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2；(4)依据有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2对有限角度进行生长，令有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2生长完整，得到生长完整的单对极角度值θ1_tran及多对极角度值θ2_tran；(5)依据生长完整的有限角单对极角度值θ1_tran及多对极角度值θ2_tran进行有限角多对极角度值细分处理，输出高分辨率的有限角度值θduo_org。

【技术特征摘要】
1.基于角度值生长的有限角度值细分方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)采集有限角单对极角度值模拟电压信号A+、A-与有限角多对极角度值模拟电压信号B+、B-；(2)通过A/D转换器对模拟电压信号A+、A-、B+、B-进行转换，得到数字信号HA+、HA-、HB+、HB-；(3)解算有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2；(4)依据有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2对有限角度进行生长，令有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2生长完整，得到生长完整的单对极角度值θ1_tran及多对极角度值θ2_tran；(5)依据生长完整的有限角单对极角度值θ1_tran及多对极角度值θ2_tran进行有限角多对极角度值细分处理，输出高分辨率的有限角度值θduo_org。2.根据权利要求1所述的基于角度值生长的有限角度值细分方法，其特征在于：所述的步骤(1)通过以下方法实现：单对极霍尔对磁场信号采样输出有限角单对极角度值模拟电压信号A+、A-，多对极霍尔对磁场信号采样得到有限角多对极角度值模拟电压信号B+、B-。3.根据权利要求1所述的基于角度值生长的有限角度值细分方法，其特征在于：所述的步骤(2)通过以下方法实现：通过A/D转换器进行模数转换，将步骤(1)得到的模拟电压信号A+、A-、B+、B-在A/D转换器中转换为数字信号HA+、HA-、HB+、HB-。4.根据权利要求1所述的基于角度值生长的有限角度值细分方法，其特征在于：所述的步骤(3)通过以下方法实现：数字信号HA+与HA-、HB+与HB-间的相位角度偏差为90°，通过反正切公式，求解出有限角单对极角度值θ1、有限角多对极角度值θ2如式(1)所示：5.根据权利要求1所述的基于角度值生长的有限角度值细分方法，其特征在于：所述的步骤(4)通过以下方法实现：判断有限角单对极角度值θ1的两个边界即有限角单对极角度值起始点θs_start以及有限角单对极角度值终点θs_end；判断有限角多对极角度值θ2的两个边界即有限角多对极角度值起始点θm_start以及有限角多对极角度值终点θm_end；当θs_start＜θs_end，θm_start＜θm_end时，设定角度值生长点数N，有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2按16位整数型数据输出(0～65535)；对有限角单对极θ1及有限角多对极θ2在生长位置每个点的生长幅值进行求解，得到有限角单对极单点生长幅值θs_add与有限角多对极单点生长幅值θm_add如式(2)所示：将有限角单对极角度值θ1及有限角多对极角度值θ2进行生长处理，得到生长完整的有限角单对极角度值θ1_tran以及生长完整的有限角多对极角度值θ2_tran，在有限角单对极角度值边界θs_start、θs_en...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，任齐民，张洪鑫，张永德，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23