一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置及方法，第一旋转变压器与第一齿轮

【技术实现步骤摘要】
一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置及方法


[0001]本专利技术属于机电伺服控制
，涉及一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置及方法
。

技术介绍

[0002]在机电伺服控制系统中，通过控制电机旋转，带动传动机构，最终实现作动器位移的精确控制
。
其中若需实现位移的精确控制，首先需要对位移实现稳定
、
可靠的精确采集
。
实现位移采集传统方式是通过位移传感器
。
位移传感器分为电阻接触式位移传感器
、LVDT
磁感应非接触式位移传感器等
。
[0003]在航天伺服应用中，往往伴随较强的定制性
。
即有些需实现长行程的位移伺服；有些则需要实现较小行程的位移伺服
。
以上两种方式均不适合设计位移传感器
。
当行程过长时，传感器需要同样的行程，故传感器的线性度
、
零位偏差的性能较难实现；当行程较短时，传感器同样较难实现
。
以上两种方式均会导致位置检测可靠性降低
。
同时在航天应用领域，机电伺服控制的工作环境恶劣，往往伴随长时的振动环境
、
电磁干扰等
。
因此对于电阻接触式位移传感器，在长时振动环境下往往导致传感器触点失效；对于
LVDT
感应非接触式位移传感器，由其固有的电磁感应特性，线性度很难做到一致
。
且其原理通过电磁感应实现，在电机等强电磁环境下往往出现采集的物理量被干扰的现象
。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置及方法，可取消位置采样传感器和传感器的解调电路，将位置伺服的位置采样转换为两个非接触式的旋转角度的差值，以实现对位置采集传感器的小型化
、
集成化，同时提高位置采样的可靠性
。
[0005]本专利技术解决技术的方案是：一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置，包括第一旋转变压器
、
第一齿轮
、
第一旋转变压器解码接口
、
第二旋转变压器
、
第二齿轮
、
第二旋转变压器解码接口
、
电机转子
、
位移执行机构
、
信号处理器；第一齿轮与第二齿轮存在齿数差；
[0006]第一旋转变压器与第一齿轮
、
电机转子同轴连接，第一旋转变压器解码接口接收第一旋转变压器的输出信号进行解码，输出第一齿轮的转动角度到信号处理器，所述第一齿轮的转动角度与电机转子的转动角度相等；
[0007]第二齿轮与第一齿轮啮合，第二旋转变压器与第二齿轮同轴连接，第二转变压器解码接口接收第二旋转变压器的输出信号进行解码，输出第二齿轮的转动角度到信号处理器；
[0008]位移执行机构与电机转子直接连接，电机转子旋转使位移执行机构产生位移；
[0009]信号处理器根据第一齿轮与第二齿轮的转动角度差以及伺服系统传动系数计算位移执行机构的位移
。
[0010]进一步的，第一齿轮与第二齿轮的齿数差在
60
～
80
之间
。
[0011]进一步的，第一齿轮与第二齿轮的齿数比包括
61
比
79。
[0012]进一步的，信号处理器根据第一齿轮与第二齿轮的转动角度差以及伺服系统传动系数计算位移执行机构的位移，具体为：
[0013]S
＝
(
θ1‑
θ2)
×
k
[0014]其中，
S
为位移执行机构的位移，
θ1为第一齿轮转动角度，
θ2为第二齿轮转动角度，
k
为伺服系统传动系数，表示电机转子转动一圈，位移执行机构伸出或缩回的实际位移
。
[0015]进一步的，所述信号处理器为可编程逻辑器件
。
[0016]进一步的，所述信号处理器选择
ARM
处理器
、DSP、FPGA
之一
。
[0017]另一方面，提供一种基于电机转角差值的伺服位移采样方法，包括以下步骤：
[0018]电机旋转，测量第一齿轮
、
第二齿轮的转动角度；
[0019]读取第一旋转变压器解码接口
、
第二旋转变压器解码接口记录的转动角度；
[0020]计算第一齿轮与第二齿轮的转动角度差；
[0021]根据转动角度差与伺服系统传动系数的正相关关系计算位移执行机构的实时位移并输出
。
[0022]进一步的，第一齿轮
、
第二齿轮之间存在角度差，所述齿数差在
60
～
80
之间
。
[0023]进一步的，第一齿轮
、
第二齿轮的齿数比包括
61
比
79。
[0024]进一步的，信号处理器根据第一齿轮与第二齿轮的转动角度差以及伺服系统传动系数计算位移执行机构的位移，具体为：
[0025]S
＝
(
θ1‑
θ2)
×
k
[0026]其中，
S
为位移执行机构的位移，
θ1为第一齿轮转动角度，
θ2为第二齿轮转动角度，
k
为伺服系统传动系数，表示电机转子转动一圈，位移执行机构伸出或缩回的实际位移
。
[0027]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0028](1)
本专利技术采用两个旋转变压器的角度差实现位置伺服的位移计算，这种非接触式的采集方式，避免了电阻接触式位移传感器的使用寿命问题
。
[0029](2)
本专利技术计算两个齿轮的位置差，避免了过长行程
、
过短行程位置伺服的位移传感器难加工的问题；线性度良好，避免了
LVDT
式位移传感器的非线性差异问题
。
[0030](3)
本专利技术解算单元与伺服控制回路深度整合，解算方式简单，无需单独配置专用解调模块，无需对位置伺服的电气零位进行参数装订
。
[0031](4)
本专利技术通过旋转变压器采样，在伺服电机的高电压
、
大电流
、
强磁场环境下，与电阻式位移传感器
、LVDT
位移传感器等相比，抗干扰能力更强
。
[0032](5)
本专利技术采用统一解调电路，可减少另一种传感器解调电路带来的元器件种类提升弊端，适合产品的统一化设计，有利于产品化
、
降低生产
、
维护成本
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置，其特征在于，包括第一旋转变压器
(203)、
第一齿轮
(204)、
第一旋转变压器解码接口
(103)、
第二旋转变压器
(201)、
第二齿轮
(202)、
第二旋转变压器解码接口
(102)、
电机转子
(205)、
位移执行机构
(3)、
信号处理器
(101)
；第一齿轮
(204)
与第二齿轮
(202)
存在齿数差；第一旋转变压器
(203)
与第一齿轮
(204)、
电机转子
(205)
同轴连接，第一旋转变压器解码接口
(103)
接收第一旋转变压器
(203)
的输出信号进行解码，输出第一齿轮
(204)
的转动角度到信号处理器
(101)
，所述第一齿轮
(204)
的转动角度与电机转子
(205)
的转动角度相等；第二齿轮
(202)
与第一齿轮
(204)
啮合，第二旋转变压器
(201)
与第二齿轮
(202)
同轴连接，第二转变压器解码接口
(102)
接收第二旋转变压器
(201)
的输出信号进行解码，输出第二齿轮
(202)
的转动角度到信号处理器
(101)
；位移执行机构
(3)
与电机转子
(205)
直接连接，电机转子
(205)
旋转使位移执行机构
(3)
产生位移；信号处理器
(101)
根据第一齿轮
(204)
与第二齿轮
(202)
的转动角度差以及伺服系统传动系数计算位移执行机构
(3)
的位移
。2.
根据权利要求1所述的一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置，其特征在于，第一齿轮
(204)
与第二齿轮
(202)
的齿数差在
60
～
80
之间
。3.
根据权利要求1所述的一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置，其特征在于，第一齿轮
(204)
与第二齿轮
(202)
的齿数比包括
61
比
79。4.
根据权利要求1所述的一种基于电机转角差值的伺服位移采样装置，其特征在于，信号处理器
(101)
根据第一齿轮
(204)
与第二齿轮
(202)
的转动角度差以及伺服系统传动系数计算位移执行机构
(3)
的位移，具体为：
S
＝
(
...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雨昂，郑起佳，焦玮玮，杨金鹏，赵宇飞，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：