基于粒子群的新型编码器角度过零跳点抑制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于编码器制造领域，涉及基于粒子群的新型编码器角度过零跳点抑制方法及装置。本发明专利技术利用单对极磁钢与多对极磁钢组合而成的磁电编码器，通过霍尔元件将采集到的三组磁场信号经过Clarke变换后使用反正切算法转换成角度值，再进行排序、多对极角度值加极限确定界限值x、划分区域、形成极数判断区间等处理后，用限定后的极数对多对极角度值进行角度细分计算，并进行差分处理，将粒子群算法与之结合，不断带入极限确定界限值x进行迭代计算。本发明专利技术能够通过粒子群收敛速度快、精度高等优势，实现准确快速的找到没有跳点产生的确界值，是一种能快速、便捷的角度过零跳点抑制方法。法。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子群的新型编码器角度过零跳点抑制方法及装置

：
[0001]本专利技术属于编码器制造领域，具体涉及基于粒子群的新型编码器角度过零跳点抑制方法及装置。

技术介绍
：
[0002]磁电编码器是安装在伺服电机上用来测量磁极位置和伺服电机转角以及转速的一种传感器，通常由定子、转子、霍尔元件、磁钢、信号采集板等组成。磁电编码器同其他的编码器相比，具有抗振动、抗腐蚀、抗污染、抗干扰等特性，可应用于传统的编码器不能适应的领域。
[0003]磁电编码器根据磁钢的极对数不同有单对极磁电编码器和多对极磁电编码器。一种单对极磁钢与多对极磁钢组合使用的磁电编码器其工作过程为，单对极磁钢旋转一周产生一个周期信号，多对极磁钢旋转一周产生多周期信号，编码器信号解算板将霍尔元件采集到的角度值信号进行模数转换，得到角度值数字信号，再经过单片机对角度值数字信号进行解算得到角度值。但是这种计算会在模数转换过程中产生噪声，硬件电路电源也会产生噪声。因此，在计算多对极磁电编码器的角度值时，很难准确地确定过零点的位置，过零点处的角度值会在当前周期与前一个周期之间往复跳动，这种角度值在过零点处的反复跳动导致了当前角度值计算的偏差，会导致细分后的角度值中出现跳点，严重影响磁电编码器分辨率的提高。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种方案，旨在解决磁电编码器角度细分过程中产生跳点的问题。通过与粒子群算法结合，在多对极角度值的过零跳变的位置添加极限确定界限值x，能够准确判断当前多对极角度值的极数，以抑制在过零点位置往复跳动而引起的极数误判问题，从而抑制跳点的产生，提高磁电编码器的分辨率。
[0005]本专利技术公布了一种基于粒子群的新型编码器角度过零跳点抑制方法，包括以下步骤。
[0006]步骤一：将单对极霍尔a1、单对极霍尔a2、单对极霍尔a3采集的单对极角度值信号A+、A、A
‑
，经过Clarke变换，其公式为：
[0007][0008]将三组单对极角度值信号转换成两组相位差为90
°
的单对极角度值信号α+、α
‑
，编码器信号解算板对α+、α
‑
进行模数转换得到单对极角度值数字信号H
α+
、H
α
‑
，再通过单片机中内置的反正切算法进行解算，得到单对极角度值θ1，θ1的取值范围为[0，d]，解算公式为：
[0009][0010]将多对极霍尔b1、多对极霍尔b2、多对极霍尔b3采集的多对极角度值信号B+、B、B
‑
，经过Clarke变换：
[0011][0012]将三组多对极角度值信号转换成两组相位差为90
°
的多对极角度值信号β+、β
‑
，编码器信号解算板对β+、β
‑
进行模数转换得到多对极角度值数字信号H
β+
、H
β
‑
，再通过单片机中内置的反正切算法进行解算，得到多对极角度值θ2，θ2取值范围为[0，d]，解算公式为：
[0013][0014]步骤二：以单对极角度值θ1从小到大对多对极角度值θ2进行排序，得到了多对极角度值θ2与单对极角度值θ1的对应关系，本专利技术使用的多对极磁钢的极对数为k，故在一个旋转周期内，单对极角度值θ1从0到d变化一次对应的多对极角度值θ2从0到d变化k次。多对极角度值经过排序后，赋予多对极角度值θ2一个极限确定界限值x，其公式为：
[0015][0016]其中θ
up
为上界限多对极角度值，θ
down
为下界限多对极角度值。
[0017]步骤三：将步骤二中经过排序后的单对极角度值θ1全部除以d，θ1的取值范围从[0，d]变为[0，1]之间的小数，再乘以区间长度length1，并用取整函数命令对其取整数，就将单对极角度值映射到了length1区间之内。具体公式为：
[0018]θ
1_length1_int
(i)＝FR(θ1(i)/d
×
length1)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0019]其中θ
1_length_int
为压缩取整后的单对极角度值，取值范围为[0，length1]，FR为取整命令，具体取整方式为：取小于当前值且距当前值最近的整数，θ1为单对极角度值，i为数据采样点的个数，取值为[1，g]，length1为区间长度值。对压缩取整后的单对极角度值θ
1_length1_int
进行差分计算，
[0020]θ
1_length1_int_err
(i)＝θ
1_length1_int
(i+1)
‑
θ
1_length1_int
(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0021]θ
1_length1_int_err
为差分计算后的数列，θ
1_length_int
(i+1)为当前压缩取整的单对极角度值，θ
1_length_int
(i)为上一个压缩取整的单对极角度值，i为数据采样点的个数，取值为[1，g]。将数列θ
1_length1_int_err
中所有大于0的数值的序列号提取出来，单独制作成一个数列dis_length1。
[0022]步骤四：以数列dis_length1中的数据值作为多对极角度值θ2、上界限多对极角度值θ
up
、下界限多对极角度值θ
down
中的数列序号将其查找出来，其公式为：
[0023][0024]其中θ
2_tab
为原始无界限多对极角度值，θ
up_tab
为标准上界限多对极角度值，θ
down_tab
为标准下界限多对极角度值。Δ为数列dis_length1中数据点的个数，取值为[1，length1]。对θ
2_tab
原始无界限多对极角度值、θ
up_tab
标准上界限多对极角度值、θ
down_tab
标准下界限多对极角度值进行区域划分，以θ
2_tab
为例，具体为：
[0025]当θ
2_tab
中的数值大于0且小于16384时，将此区域定义为0区域；当θ
2_tab
中的数值大于等于16384并且小于32768时，将此区域定义为1区域；当θ
2_tab
中的数值大于等于32768并且小于49152时，将此区域定义为2区域；当θ
2_tab
中的数值大于等于49152并且小于65536时，将此区域定义为3区域；对θ
up_tab
、θ
down_tab
进行相同的处理。
[0026]对θ
2_tab
、θ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种编码器角度过零跳点抑制方法，本方法应用于一种新型磁电编码器，新型磁电编码器，它包括单对极磁钢(1)、单对极霍尔a1(1
‑
1)、单对极霍尔a2(1
‑
2)、单对极霍尔a3(1
‑
3)、磁屏蔽板(2)、多对极磁钢(3)、多对极霍尔b1(3
‑
1)、多对极霍尔b2(3
‑
2)、多对极霍尔b3(3
‑
3)、支撑板(4)、导磁环(5)、单对极霍尔槽c1(5
‑
1)、单对极霍尔槽c2(5
‑
2)、单对极霍尔槽c3(5
‑
3)、编码器信号解算板(6)、编码器端盖(7)、电机转轴(8)、轴承(9)、电机法兰盘(10)、单片机(11)；其中单对极磁钢(1)与电机转轴(8)胶接，磁屏蔽板(2)与多对极磁钢(3)胶接后再与支撑板(4)胶接，支撑板(4)与电机转轴(8)胶接；单对极霍尔a1(1
‑
1)、单对极霍尔a2(1
‑
2)、单对极霍尔a3(1
‑
3)、多对极霍尔b1(3
‑
1)、多对极霍尔b2(3
‑
2)、多对极霍尔b3(3
‑
3)、单片机(11)均与编码器信号解算板(6)锡焊焊接；导磁环(5)上的单对极霍尔槽c1(5
‑
1)中插入单对极霍尔a1(1
‑
1)、单对极霍尔槽c2(5
‑
2)中插入单对极霍尔a2(1
‑
2)、单对极霍尔槽c3(5
‑
3)中插入单对极霍尔a3(1
‑
3)后，导磁环(5)与编码器信号解算板(6)胶接；编码器信号解算板(6)与编码器端盖(7)胶接；编码器端盖(7)与电机法兰盘(10)螺纹连接；其特征在于：所述方法的具体实施过程为：步骤一：将单对极霍尔a1、单对极霍尔a2、单对极霍尔a3采集的单对极角度值信号A+、A、A
‑
，经过Clarke变换，其公式为：将三组单对极角度值信号转换成两组相位差为90
°
的单对极角度值信号α+、α
‑
，编码器信号解算板对α+、α
‑
进行模数转换得到单对极角度值数字信号H
α+
、H
α
‑
，再通过单片机中内置的反正切算法进行解算，得到单对极角度值θ1，θ1取值范围为[0，d]，解算公式为：将多对极霍尔b1、多对极霍尔b2、多对极霍尔b3采集的多对极角度值信号B+、B、B
‑
，经过Clarke变换：将三组多对极角度值信号转换成两组相位差为90
°
的多对极角度值信号β+、β
‑
，编码器信号解算板对β+、β
‑
进行模数转换得到多对极角度值数字信号H
β+
、H
β
‑
，再通过单片机中内置的反正切算法进行解算，得到多对极角度值θ2，θ2取值范围为[0，d]，解算公式为：
步骤二：以单对极角度值θ1从小到大对多对极角度值θ2进行排序，得到了多对极角度值θ2与单对极角度值θ1的对应关系，本发明使用的多对极磁钢的极对数为k，故在一个旋转周期内，单对极角度值θ1从0到d变化一次对应的多对极角度值θ2从0到d变化k次；多对极角度值经过排序后，赋予多对极角度值θ2一个极限确定界限值x，其公式为：其中θ
up
为上界限多对极角度值，θ
down
为下界限多对极角度值；步骤三：将步骤二中经过排序后的单对极角度值θ1全部除以d，θ1的取值范围从[0，d]变为[0，1]之间的小数，再乘以区间长度length1，并用取整函数命令对其取整数，就将单对极角度值映射到了length1区间之内；具体公式为：θ
1_length1_int
(i)＝FR(θ1(i)/d
×
length1)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中θ
1_length_int
为压缩取整后的单对极角度值，取值范围为[0，length1]，FR为取整命令，具体取整方式为：取小于当前值且距当前值最近的整数，θ1为单对极角度值，i为数据采样点的个数，取值为[1，g]，length1为区间长度值；对压缩取整后的单...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，梁鹏博，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：