一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法及装置，基于多对极磁电编码器角度值冗余输出方法的实现装置，首先解算单对极角度值θ

【技术实现步骤摘要】
一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法及装置
本专利技术总体上涉及磁电编码器，具体地说，涉及一种用于实现多对极磁电编码器角度值冗余输出的方法及装置。
技术介绍
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。磁电编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰和宽温度的特性，因此，可广泛应用于工业控制、机械制造、船舶、纺织、印刷、航空、航天、雷达、通讯、军工等领域。常用的测量角度的传统磁电编码器一般包括定子、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。如图1所示为多对极磁电编码器的示例性霍尔元件分布图。图中，4个霍尔元件A+、B+、A-、B-，其中单对极霍尔A+、A-围绕着定子的圆周相隔90°分布。在单对极磁钢的作用下，在这2个霍尔元件上产生相位相差90°的电压信号。其中多对极霍尔B+、B-围绕着定子的圆周按照相隔90°除以16(多对极磁钢极对数)再乘以奇数倍的角度分布，以保证多对极编码器俩个霍尔电角度相位相差90°。在多对极磁钢的作用下，在这2个霍尔元件上产生相位相差90°的电压信号，再经过角度值解算处理得到当前单对极角度值与多对极角度值。然而，在实际工作环境中，多对极磁钢因为环境振动或温度过高等问题常出现磁钢碎裂现象，因为多对极磁电编码器角度值的输出依靠多对极角度值和单对极角度值的对应关系进行解算，当多对极磁电编码器磁钢突然碎裂时，会导致角度值输出突然发生跳变，角度值输出错误，控制系统无法正常使用，针对该问题本专利技术提出一种冗余角度值输出方法，当多对极磁钢发生故障时，采用单对极角度值维持角度值的正常输出，提高了控制系统的整体可靠性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种方案，旨在提高磁电编码器角度值输出的可靠性，当多对极角度值输出出现异常时，采用单对极角度值输出，并且保持角度值的变化趋势一致，没有角度值的突变，保证伺服控制系统角度值的平滑输出，提高整个伺服控制系统的可靠性。本专利技术公布了一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)解算单对极角度值θ1与多对极角度值θ2；(2)依据单对极角度值θ1与多对极角度值θ2对多对极角度值进行角度值细分，得到细分后的多对极角度值θ3；(3)将得到的细分后的多对极角度值θ3进行等比例缩放，进而得到角度幅值范围在0～65535LSB内的多对极角度值θ4；(4)将单对极角度值θ1向细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4进行拟合，得到拟合后的单对极角度值θ5；(5)判断拟合后的单对极角度值θ5与细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4的差值范围，依据差值范围判断最终角度值θfin输出，当角度值差值范围超过设定范围时，认为细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4出现解算故障，则使用拟合后的单对极角度值θ5作为最终角度值θfin输出，当角度值差值范围没有超过设定范围时，则使用细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4作为最终角度值θfin输出。2.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(1)，采取以下方法实施：霍尔信号采集板上的单对极霍尔与多对极霍尔分别对单对极磁场信号与多对极磁场信号进行采集，进而得到单对极角度值信号A+、A-与多对极角度值信号B+、B-；然后通过单片机内置的模数转换通道对单对极角度值信号A+、A-与多对极角度值信号B+、B-进行数字转换，得到数字信号HA+、HA-、HB+、HB-；通过反正切公式(1)、(2)求解出单对极角度值θ1与多对极角度值θ2，其中单对极角度值θ1与多对极角度值θ2均为16位整数型数据，角度测量范围∈[0,65535]：3.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(2)，采取以下方法实施：通过单对极角度值θ1的高10位角度值查表确定多对极角度值极数P，其中高10位角度值变化范围从0到1023，然后由式(3)得到细分后的多对极角度值θ3：θ3＝65535(P-1)+θ2(3)4.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(3)，采取以下方法实施：将得到的细分后的多对极角度值θ3经过式(4)进行比例缩放，得到经过缩放的多对极角度值θ4：5.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(4)，采取以下方法实施：将单对极角度值θ1向细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4进行拟合，通过式(5)得到单对极角度值θ1与经过缩放的多对极角度值θ4的角度偏差量θerr：θerr＝θ1-θ4(5)以单对极角度值θ1的高10位角度值为查表项，其中高10位角度值变化范围从0到1023，以角度偏差量θerr作为被查表项，由式(6)得到经过查表修正拟合后的单对极角度值θ5：θ5＝θ1+θerr(6)6.根据权利要求1所述的种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(5)，采取以下方法实施：拟合后的单对极角度值θ5与细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4角度偏差判断值θerr_f：θerr_f＝θ5-θ4(7)设理想的角度偏差判断值范围为M时，即θerr_f＞M或θerr_f＜-M时，认为细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4由于软件或硬件问题出现解算故障，则使用拟合后的单对极角度值θ5作为最终角度值θfin输出：θfin＝θ5(8)当角度值差值范围没有超过设定范围时，即M＞θerr_f＞-M时，则使用细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4作为最终角度值θfin输出：θfin＝θ4(9)7.一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法的装置，其特征在于：所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法的装置包括：单对极霍尔传感器，用于采集单对极磁钢产生的磁场信号，并将其转换为电压信号；多对极霍尔传感器，用于采集多对极磁钢产生的磁场信号，并将其转换为电压信号；模数转换器，用于将单对极电压信号转换为数字信号，将多对极电压信号转换为数字信号；单对极角度计算模块，用于将得到的数字量转换为单对极角度值θ1；多对极角度计算模块，用于将得到的数字量转换为多对极角度值θ2；多对极角度值细分处理模块，用于将多对极角度值θ2进行细分整合，假设多对极磁钢极数为16，单对极角度值θ1角度值范围在0～65535LSB，多对极角度值θ2的角度值范围在0～65535LSB，细分后的多对极角度值θ3角度值范围在(0～65535)×16LSB；等比例缩小模块，用于将得到的细分后的多对极角度值θ3等比例缩小到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：/n(1)解算单对极角度值θ

【技术特征摘要】
1.一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：
(1)解算单对极角度值θ1与多对极角度值θ2；
(2)依据单对极角度值θ1与多对极角度值θ2对多对极角度值进行角度值细分，得到细分后的多对极角度值θ3；
(3)将得到的细分后的多对极角度值θ3进行等比例缩放，进而得到角度幅值范围在0～65535LSB内的多对极角度值θ4；
(4)将单对极角度值θ1向细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4进行拟合，得到拟合后的单对极角度值θ5；
(5)判断拟合后的单对极角度值θ5与细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4的差值范围，依据差值范围判断最终角度值θfin输出，当角度值差值范围超过设定范围时，认为细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4出现解算故障，则使用拟合后的单对极角度值θ5作为最终角度值θfin输出，当角度值差值范围没有超过设定范围时，则使用细分处理后经过缩放的多对极角度值θ4作为最终角度值θfin输出。


2.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(1)，采取以下方法实施：
霍尔信号采集板上的单对极霍尔与多对极霍尔分别对单对极磁场信号与多对极磁场信号进行采集，进而得到单对极角度值信号A+、A-与多对极角度值信号B+、B-；然后通过单片机内置的模数转换通道对单对极角度值信号A+、A-与多对极角度值信号B+、B-进行数字转换，得到数字信号HA+、HA-、HB+、HB-；通过反正切公式(1)、(2)求解出单对极角度值θ1与多对极角度值θ2，其中单对极角度值θ1与多对极角度值θ2均为16位整数型数据，角度测量范围∈[0,65535]：








3.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(2)，采取以下方法实施：
通过单对极角度值θ1的高10位角度值查表确定多对极角度值极数P，其中高10位角度值变化范围从0到1023，然后由式(3)得到细分后的多对极角度值θ3：
θ3＝65535(P-1)+θ2(3)


4.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(3)，采取以下方法实施：
将得到的细分后的多对极角度值θ3经过式(4)进行比例缩放，得到经过缩放的多对极角度值θ4：





5.根据权利要求1所述的一种多对极磁电编码器角度值冗余输出方法，其特征在于：所述的步骤(4)，采取以下方法实施：
将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，吴殿昊，肖磊，
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