一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统及方法，包括一个或多个永磁体次级动子，多个分段电机绕组，绝对式磁阻编码器位置检测板，多个PMAC控制器，工控机，导轨滑块，导轨，电机底座；其中，绝对式磁阻编码器位置检测板包括多个磁阻传感器，模拟数字转化器，磁阻编码器控制器，以太网口通讯器；磁阻传感器与模拟数字转化器连接，模拟数字转化器与磁阻编码器控制器连接，磁阻编码器控制器与以太网通讯器连接，以太网控制器与PMAC控制器连接。本发明专利技术实现了磁悬浮动子相对于定子之间的非接触式位置测量；在保证高精度的情况下，有着更高的可靠性；采用磁阻编码器控制器数字式处理器，实现数据流的高速通讯，提高了实时控制效果。效果。效果。

【技术实现步骤摘要】
一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统及方法


[0001]本专利技术专利公开了一种应用于磁悬浮输送系统的绝对位置检测系统及方法，属于磁悬浮


技术介绍

[0002]以电磁原理工作的永磁同步电机是为伺服系统提供大功率、高推力的主要执行元件。相比由旋转电机通过丝杠、齿条及传动装置将旋转运动转换成直线运动，直线电机不需要任何转换装置而直接产生直线推力，使得系统响应时间较短，有效降低系统在运行过程中的噪声和损耗，提高了控制精度，因而直线电机在高端装备制造和精密测量领域得到广泛应用，但精密机电系统中位置检测技术却始终未能与直线电机实现有效集成，形成结构化、模块化的检测系统。
[0003]目前在智能制造装备上用于定位的直线电机位置检测方式通常是安装外置式非接触式位移传感器，如光栅、磁栅、旋转变压器等位移传感器，其中以光栅传感器最为普遍。虽然光栅稳定性好，测量精度高，但光栅对制作工艺和工作环境要求也高。光栅的测量精度取决于等间距栅线的制造精度，但由于我国工业基础比较薄弱，工艺落后，至今仍未能实现高精度光栅的国产化，另外光栅对油污、粉尘和振动较为敏感，这些弊端在一定程度上限制了光栅的测量精度和应用范围。磁栅和光栅一样对外部环境要求较高，对油污、粉尘比较敏感，而且在移动时需要拖拽线缆，不适合长行程的工况。旋转变压器虽然能有效克服恶劣环境因素影响，但由于其测量原理的限制，目前主要应用于旋转电机中。
[0004]而上述技术所存在的最主要的问题在于这些位移检测方案均为相对式的位移检测方案，即在电机上电时刻无法获取当前位置，需要电机在初始状态下运动一段距离后才能确定当前位置，这种缺陷限制了直线电机在高精度IC装配生产线等其他对初始位置有严格要求的其他领域的应用，且上述技术单位造价成本高，而在实际生产时，直线电机通常以几十米至上百米的长度进行组合和排列，这种检测方案在大规模的生产应用中显然是无法实现的。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术针对现有直线电机上电无法检测初始位置、检测系统易受复杂工况环境干扰、单位造价昂贵的局限性，提出了一种抗干扰性强、免维护、单位造价低的非接触绝对式磁阻编码器位置检测系统。
[0006]技术方案：
[0007]一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统，包括一个或多个永磁体次级动子，多个分段电机绕组，绝对式磁阻编码器位置检测板，多个PMAC控制器(可编程多轴控制器，Programmable Multi
‑
Axis Controller)，工控机，导轨滑块，导轨，电机底座；其中，绝对式磁阻编码器位置检测板包括多个磁阻传感器，模拟数字转化器，磁阻编码器控制器，以太网口通讯器；
[0008]所述永磁体次级动子固定在导轨滑块上，导轨滑块可在导轨上滑动；分段电机绕组固定在电机底座上；永磁体次级动子包括背铁和多个永磁体，永磁体的一极与背铁面贴合连接，N极和S极依次交替排列，另一极与分段电机绕组相对；永磁体次级动子与分段电机绕组之间具有气隙；绝对式磁阻编码器位置检测板位于永磁体次级动子下方一侧，并与分段电机绕组固定，其上的磁阻传感器可检测永磁体次级动子上磁极的磁场方向；
[0009]磁阻传感器与模拟数字转化器连接，模拟数字转化器与磁阻编码器控制器连接，磁阻编码器控制器与以太网通讯器连接，以太网控制器与PMAC控制器连接；磁阻传感器采集永磁体磁极磁场方向信号，输出体现永磁体磁场方向的正余弦电压信号，模拟数字转化器对磁阻传感器输出的正余弦电压信号进行采样并转变为数字量；磁阻编码器控制器通过正交信号补偿滤除谐波磁场信号的方式提高信号质量，再运行Cordic反正切算法，提取角度值信号，进行有效区间判断并作位置计算；磁阻编码器控制器通过以太网通讯器把位置信号传输至PMAC控制器；工控机与PMAC控制器通过网线连接，采用EtherNet通讯方式进行数据交互，无需固定在磁悬浮输送系统机械结构本体上；一个PMAC控制器对应连接一个分段电机绕组，控制分段电机绕组电流驱动永磁体次级动子运动。
[0010]进一步地，永磁体宽度大于胶封后分段电机绕组的宽度。
[0011]进一步地，工控机为Linux工控机，模拟数字转化器为高速Σ
‑
Δ调制器，以太网通讯器为RJ45千兆以太网通讯器。
[0012]进一步地，永磁体次级动子与分段电机绕组之间的垂直气隙为1mm，磁阻传感器相互之间以10mm间距阵列排布在绝对式磁阻编码器位置检测板上，和动子永磁体极距τ保持一致，极距τ为10mm。
[0013]进一步地，模拟数字转化器高速Σ
‑
Δ调制器，磁阻编码器控制器，RJ45千兆以太网口通讯器均以SMT贴片的方式焊接在检测版PCB上。
[0014]一种磁悬浮输送系统绝对位置检测方法，包括如下步骤：
[0015]步骤1，磁阻传感器检测永磁体次级动子上永磁体的磁场方向信号，输出一对正余弦电压信号；模拟数字转化器将磁阻传感器输出的正余弦电压信号进行采样并转变为数字量，在磁阻编码器控制器建立包含所有次谐波的单个磁阻传感器输出信号模型，磁阻编码器控制器对模拟数字转化器输出的数据进行预处理即通过正交信号补偿滤除谐波磁场信号的方式提高信号质量；
[0016]步骤2，通过磁阻编码器控制器中Cordic反正切算法对步骤1中经过预处理的正余弦电压信号进行处理，提取出正余弦电压信号中包含的角度值信号；
[0017]步骤3，磁阻编码器控制器对步骤1中经过预处理的正余弦电压信号进行有效区间判断，将无效的角度值信号进行剔除，提高检测精度；
[0018]步骤4，通过步骤3中前期识别出的有效区间值对永磁体次级动子位置进行粗判，得到累计零点的个数，再结合步骤2中反正切算法得到的角度值对永磁体次级动子位置进行精确计算，得出最终永磁体次级动子的位置信息。
[0019]进一步地，步骤1具体为：
[0020]步骤11，磁阻传感器检测的永磁体次级动子上永磁体的磁场方向信号，输出正余弦电压信号，模拟数字转化器将磁阻传感器输出的正余弦电压信号进行采样并转变为数字量，建立包含所有次谐波的单个磁阻传感器输出信号模型，如下式：
[0021][0022]式中，v
dc
为传感器输出电压曲线中叠加的直流电压量，v
f
，ω
f
，分别为输出电压曲线中基波电压的幅值，角速度，相位；v
2n+1
，(2n+1)ω
f
，分别为输出电压曲线中奇数次谐波电压的幅值，角速度，相位；v
2n
，2nω
f
，分别为输出电压曲线中偶数次谐波电压的幅值，角速度和相位；
[0023]步骤12，设计一种基于延时滤波器的方法，通过正交信号补偿滤除谐波磁场信号，对谐波磁场信号进行预处理以达到滤波的效果，延时滤波器的处理步骤是将固定坐标系下的电压量延时n分之一个周期再结合模数转化后的信号进行谐波消除，其传递函数如下所示：
[0024][0025]其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统，其特征在于，包括一个或多个永磁体次级动子(1)，多个分段电机绕组(2)，绝对式磁阻编码器位置检测板(3)，多个PMAC控制器(4)，工控机(5)，导轨滑块，导轨，电机底座；其中，绝对式磁阻编码器位置检测板(3)包括多个磁阻传感器(6)，模拟数字转化器(7)，磁阻编码器控制器(8)，以太网口通讯器(9)；所述永磁体次级动子固定在导轨滑块上，导轨滑块可在导轨上滑动；分段电机绕组(2)固定在电机底座上；永磁体次级动子(1)包括背铁和多个永磁体，永磁体的一极与背铁面贴合连接，N极和S极依次交替排列，另一极与分段电机绕组相对；永磁体次级动子(1)与分段电机绕组(2)之间具有气隙；绝对式磁阻编码器位置检测板(3)位于永磁体次级动子下方一侧，并与分段电机绕组固定，其上的磁阻传感器(6)可检测永磁体次级动子上磁极的磁场方向；磁阻传感器(6)与模拟数字转化器(7)连接，模拟数字转化器(7)与磁阻编码器控制器(8)连接，磁阻编码器控制器(8)与以太网通讯器(9)连接，以太网控制器(9)与PMAC控制器(4)连接；磁阻传感器(6)采集永磁体磁极磁场方向信号，输出正交的正余弦电压信号，模拟数字转化器(7)对磁阻传感器输出的正余弦电压信号进行采样并转变为数字量；磁阻编码器控制器(8)通过正交信号补偿滤除谐波磁场信号的方式提高信号质量，再运行Cordic反正切算法，提取角度值信号，进行有效区间判断并作位置计算；磁阻编码器控制器(8)通过以太网通讯器把位置信号传输至PMAC控制器；工控机(5)与PMAC控制器(4)通过网线连接，一个PMAC控制器(4)对应连接一个分段电机绕组(2)。2.根据权利要求1所述的一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统，其特征在于，永磁体宽度大于胶封后分段电机绕组的宽度。3.根据权利要求1所述的一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统，其特征在于，工控机为Linux工控机，模拟数字转化器为高速Σ
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Δ调制器，以太网通讯器为RJ45千兆以太网通讯器。4.根据权利要求1所述的一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统，其特征在于，永磁体次级动子(1)与分段电机绕组(2)之间的垂直气隙为1mm，磁阻传感器(6)相互之间以10mm间距阵列排布在绝对式磁阻编码器位置检测板(3)上，和动子永磁体极距τ保持一致，极距τ为10mm。5.根据权利要求1所述的一种磁悬浮输送系统绝对位置检测系统，其特征在于，模拟数字转化器高速Σ
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Δ调制器(7)，磁阻编码器控制器(8)，RJ45千兆以太网口通讯器(9)均以SMT贴片的方式焊接在检测版PCB上。6.一种磁悬浮输送系统绝对位置检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，磁阻传感器检测永磁体次级动子上永磁体的磁场方向信号，输出一对正余弦电压信号；模拟数字转化器将磁阻传感器输出的正余弦电压信号进行采样并转变为数字量，在磁阻编码器控制器建立包含所有次谐波的单个磁阻传感器输出信号模型，磁阻编码器控制器对模拟数字转化器输出的数据进行预处理即通过正交信号补偿滤除谐波磁场信号的方式提高信号质量；步骤2，通过磁阻编码器控制器中Cordic反正切算法对步骤1中经过预处理的正余弦电压信号进行处理，提取出正余弦电压信号中包含的角度值信号；步骤3，磁阻编码器控制器对步骤1中经过预处理的正余弦电压信号进行有效区间判
断，将无效的角度值信号进行剔除，提高检测精度；步骤4，通过步骤3中前期识别出的有效区间值对永磁体次级动子位置进行粗判，得到累计零点的个数，再结合步骤2中反正切算法得到的角度值对永磁体次级动子位置进行精确计算，得出最终永磁体次级动子的位置信息。7.根据权利要求6所述的一种磁悬浮输送系统绝对位置检测方法，其特征在于，步骤1具体为：步骤11，磁阻传感器检测的永磁体次级动子上永磁体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐园平，凌阳熠，周瑾，金超武，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：