基于蚁群算法的磁电编码器角度值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磁电编码器制造领域，涉及到基于蚁群算法的磁电编码器角度值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单对极与多对极磁场信号通过反正切算法转换成角度值，再进行排序，在多对极角度值基础上附加域值x、确定区域上下限、形成极数判断区间等处理后，用限定后的极对数对多对极角度值进行角度细分计算，并进行差分处理，将蚁群算法与之结合，不断代入域值x进行迭代计算。本发明专利技术能够通过蚁群算法收敛速度快、计算能力大、运行效率高等优势，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。跳点抑制方法。

【技术实现步骤摘要】
基于蚁群算法的磁电编码器角度值跳点抑制方法及装置

：
[0001]本专利技术属于编码器制造领域，具体涉及基于蚁群算法的磁电编码器角度值跳点抑制方法及装置。

技术介绍
：
[0002]磁电编码器是一种新型的测量装置，可以用于测量电机转角以及位移，按照其工作方式可以分为绝对式磁电编码器和增量式磁电编码器。磁电编码器通常由磁钢、霍尔元件、编码器信号解算板等组成，磁电编码器同其他的编码器相比，不易受外界环境的干扰，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，所以磁电编码器很适用于高精密、工作环境恶劣的场合。
[0003]目前在广泛使用的磁电编码器中，无论是单对极还是多对极都各自存在一些缺点，因此将单对极与多对极的磁电编码器组合在一起使用。虽然组合式的磁电编码器与之前相比精度明显提高，但是在磁电编码器配合使用时，角度值放大的过程中存在着噪声问题，这种噪声会对角度值的放大精度产生影响，特别是在多对极角度值处在前一个周期与后一个周期的过渡阶段，由于噪声的影响，会使得多对极角度值在确定当前具体的多对极极数的时候产生错误，使原本是前一周期的多对极角度值误判成了下一个周期的角度值。这样会使得放大后的多对极角度值中产生很多的跳点，这种因为在前后周期过零点处的极数误判所产生的角度值跳点问题对于提升多对极角度值的精度具有极大的影响。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种方案，目的是解决磁电编码器角度值在过零时产生跳点的问题。利用单对极磁钢与多对极磁钢组合而成的磁电编码器，收集信号，再通过霍尔元件将采集到的单对极与多对极磁场信号通过反正切算法转换成角度值，再进行重新排序，在多对极角度值基础上附加域值x、确定区域上下限、形成极数判断区间等处理后，用限定后的极对数对多对极角度值进行角度细分计算，并进行差分处理，将蚁群算法与之结合，不断代入域值x进行迭代计算，用来抑制在多极对角度值过零时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]本专利技术公布了基于蚁群算法的磁电编码器角度值跳点抑制方法及装置，包括以下步骤。
[0006]步骤一：当电机主轴转动时，径向充磁的单对极磁钢会产生径向磁场，经过导磁体，然后单对极霍尔a1、单对极霍尔a2采集单对极角度值信号A+、A
‑
，电机主轴转动时，轴向充磁的多对极磁钢会产生轴向磁场，多对极霍尔b1、多对极霍尔b2采集多对极角度值信号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
‑
；通过反正切公式求解出单对极角度值θ1与多对极角度值θ2，解算公式为：
[0007][0008][0009]步骤二：以单对极角度值θ1升序的顺序对多对极角度值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j，故在一个旋转周期内，单对极角度值θ1从0到65535变化一次对应的多对极角度值θ2从0到65535变化j次；多对极角度值经过排序后，赋予多对极角度值θ2一个域值x，其公式为：
[0010][0011]其中θ
upper
为区域上限多对极角度值，θ
lower
为区域下限多对极角度值；若θ
upper
(i)>65536，则θ
upper
(i)＝θ
upper
(i)
‑
65536；若θ
lower
(i)<0，则θ
lower
(i)＝θ
lower
(i)+65536。
[0012]步骤三：将排序后的单对极角度值θ1全部除以65535，θ1的取值范围从[0，65535]变为[0，1]之间的小数，再乘以区间长度changdu进行压缩，这样便于数据存储，对压缩后的数据用取整函数命令对其取整，就将单对极角度值映射到了changdu区间之内，具体公式为：
[0013]θ
1_changdu_1
(i)＝QZ(θ1(i)/d
×
changdu)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0014]其中θ
1_changdu_1
为压缩取整后的单对极角度值，取值范围为[0，changdu]，QZ为向下取整函数，取整方式为：取小于或等于当前值且距当前值最近的整数；
[0015]对压缩取整后的单对极角度值θ
1_changdu_1
进行差分计算，具体公式为：
[0016]θ
1_changdu_error
(i)＝θ
1_changdu_1
(i+1)
‑
θ
1_changdu_1
(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0017]其中θ
1_changdu_error
为差分计算后的数列，θ
1_changdu_1
(i+1)为当前压缩取整的单对极角度值，θ
1_changdu_1
(i)为上一个压缩取整的单对极角度值；将差分后的数列θ
1_changdu_error
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changdu_sift。
[0018]步骤四：按照单对极差分后的得到的数列changdu_sift的顺序，对多对极的多对极角度值θ2、区域上限多对极角度值θ
upper
、区域下限多对极角度值θ
lower
进行排序，其公式为：
[0019][0020]排序结束后，再对θ
2_tab
、θ
upper_tab
、θ
lower_tab
分别进行差分计算，具体公式为：
[0021]θ
2_tab_err
＝θ
2_tab
(i+1)
‑
θ
2_tab
(i)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0022]其中θ
2_tab_err
为差分计算后的数列，θ
2_tab
(i+1)为当前多对极角度值，θ
2_tab
(i)为上一个单对极角度值，若差值数列θ
2_tab_err
中的数据点值小于
‑
60000，则原始无界限的多对极极数θ
2_pole_num
加1，直到极数的值等于多对极磁钢的极对数j为止，当超过极对数j时，j＝1；同理，对θ
upper_tab
、θ
lower_tab
进行相同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于蚁群算法的磁电编码器角度值跳点抑制方法及装置，该磁电编码器的结构包括电机主轴(1)、轴承(2)、法兰盘(3)、支撑板(4)、多对极磁钢(5)、磁场屏蔽环(6)、单对极磁钢(7)、导磁体(8)、编码器端盖(9)、编码器信号解算板(10)、单片机(11)；其中编码器信号解算板(10)上焊锡焊接直插式的单对极霍尔a1(7
‑
1)与单对极霍尔a2(7
‑
2)、贴片式的多对极霍尔b1(5
‑
1)与多对极霍尔b2(5
‑
2)、单片机(11)，单对极霍尔a1(7
‑
1)与单对极霍尔a2(7
‑
2)在同一圆周上呈90
°
放置，多对极霍尔b1(5
‑
1)与多对极霍尔b2(5
‑
2)在同一圆周上呈90
°
放置，导磁体(8)上有单对极霍尔槽c1(8
‑
1)、单对极霍尔槽c2(8
‑
2)，其中支撑板(4)与电机主轴(1)胶接，轴向充磁方式的多对极磁钢(5)与支撑板(4)胶接，磁场屏蔽环(6)与支撑板(4)胶接，径向充磁方式的单对极磁钢(7)与电机主轴(1)胶接，导磁体(8)与编码器信号解算板(10)胶接，导磁体(8)上的单对极霍尔槽c1(8
‑
1)与单对极霍尔槽c2(8
‑
2)中插入单对极霍尔a1(7
‑
1)与单对极霍尔a2(7
‑
2)，编码器信号解算板(10)与编码器端盖(9)胶接，编码器端盖(9)与法兰盘(3)采用螺栓、螺母连接；其特征在于：所述方法的具体实施过程为：步骤一：当电机主轴转动时，径向充磁的单对极磁钢会产生径向磁场，经过导磁体，然后单对极霍尔a1、单对极霍尔a2采集单对极角度值信号A+、A
‑
，电机主轴转动时，轴向充磁的多对极磁钢会产生轴向磁场，多对极霍尔b1、多对极霍尔b2采集多对极角度值信号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
‑
；通过反正切公式求解出单对极角度值θ1与多对极角度值θ2，解算公式为：，解算公式为：步骤二：以单对极角度值θ1升序的顺序对多对极角度值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j，故在一个旋转周期内，单对极角度值θ1从0到65535变化一次对应的多对极角度值θ2从0到65535变化j次；多对极角度值经过排序后，赋予多对极角度值θ2一个域值x，其公式为：其中θ
upper
为区域上限多对极角度值，θ
lower
为区域下限多对极角度值；若θ
upper
(i)>65536，则θ
upper
(i)＝θ
upper
(i)
‑
65536；若θ
lower
(i)<0，则θ
lower
(i)＝θ
lower
(i)+65536；步骤三：将排序后的单对极角度值θ1全部除以65535，θ1的取值范围从[0，65535]变为[0，1]之间的小数，再乘以区间长度changdu进行压缩，这样便于数据存储，对压缩后的数据用取整函数命令对其取整，就将单对极角度值映射到了changdu区间之内；具体公式为：θ
1_changdu_1
(i)＝QZ(θ1(i)/d
×
changdu) (4)其中θ
1_changdu_1
为压缩取整后的单对极角度值，取值范围为[0，changdu]，QZ为向下取整函数，取整方式为：取小于或等于当前值且距当前值最近的整数；对压缩取整后的单对极角度值θ
1_changdu_1
进行差分计算，具体公式为：
θ
1_changdu_error
(i)＝θ
1_changdu_1
(i+1)
‑
θ
1_changdu_1
(i) (5)其中θ
1_changdu_error
为差分计算后的数列，θ
1_changdu_1
(i+1)为当前压缩取整的单对极角度值，θ
1_changdu_1
(i)为上一个压缩取整的单对极角度值；将差分后的数列θ
1_changdu_error
中...

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