一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法
【專利摘要】一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法，該方法在直線電機(jī)動(dòng)子上，沿動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向在半個(gè)磁場極距長度內(nèi)等距離布置n個(gè)開關(guān)霍爾傳感器，通過測量所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量方向，各開關(guān)霍爾傳感器輸出狀態(tài)值1或0。在動(dòng)子運(yùn)動(dòng)過程中，記錄各開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值，并將其按順序編碼成n位二進(jìn)制編碼值。對(duì)比當(dāng)前編碼值與前一次編碼值，可以得出動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向及相對(duì)位移，累加所有相對(duì)位移，可以得到當(dāng)前時(shí)刻動(dòng)子的總位移。該方法針對(duì)包含直線磁鋼陣列的直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，利用電機(jī)本身的磁場信息以及多個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值，無需特別轉(zhuǎn)換算法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的相對(duì)位移測量，具有簡單便捷、高精度、魯棒性好等特點(diǎn)。
【專利說明】一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法，特別涉及一 種包含直線磁鋼陣列的運(yùn)動(dòng)部件的一維定位方法，屬于電機(jī)位移測量及數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng) 域?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]直線電機(jī)是一種將電磁能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的電磁裝置，它具有結(jié)構(gòu) 簡單、定位精度高、響應(yīng)速度快和靈敏度好等優(yōu)點(diǎn)，由于它能直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)，這樣就消除 了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和工作臺(tái)之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，從而克服了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式的傳動(dòng)環(huán)節(jié)帶來 的缺點(diǎn)，因而廣泛地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床及工藝裝備、交通運(yùn)輸、軍事裝備等眾多領(lǐng)域。[0003]在直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，一般采用光柵尺和激光干涉儀等傳感器作為位置 檢測元件。專利200720002447.8中，描述了利用光柵位置檢測編碼器進(jìn)行位置檢測；專利 200610033455中，描述了利用光柵編碼器進(jìn)行位置實(shí)時(shí)反饋來進(jìn)行定位。以上專利所運(yùn)用 的位置檢測裝置，雖然能夠達(dá)到較高的測量精度，但是需要在直線電機(jī)的定子和動(dòng)子上布 置位移信號(hào)產(chǎn)生裝置或電子處理單元裝置，增加了傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，且成本較高。 對(duì)于電機(jī)這樣的對(duì)象，其磁場本身具有一定的規(guī)律性，如果能夠利用電機(jī)本身的磁場信息， 實(shí)現(xiàn)高精度位移測量，則可以降低傳感器安裝與信號(hào)的復(fù)雜性。類似專利201010034274.4， 需要求解復(fù)雜非線性方程，這對(duì)工業(yè)實(shí)時(shí)應(yīng)用帶來困難；其他類似專利描述方法的測量結(jié) 果對(duì)測量信號(hào)本身要求較高的信噪比，對(duì)實(shí)現(xiàn)電路提出復(fù)雜性、低噪聲等高要求。因此，一 種既能降低傳感器安裝與信號(hào)的復(fù)雜性，又能同時(shí)實(shí)現(xiàn)精度高、對(duì)原始信號(hào)質(zhì)量不敏感、信 號(hào)處理簡單快速的測量方法亟待提出。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提出了一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方 法，該方法針對(duì)包含直線磁鋼陣列的直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，利用電機(jī)本身的磁場信息以及多 個(gè)對(duì)電機(jī)磁場敏感的開關(guān)霍爾傳感器輸出狀態(tài)值組成的順序編碼，無需特別轉(zhuǎn)換算法，實(shí) 現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一維位移測量，使其具有簡單便捷、高精度、魯棒性好等特點(diǎn)。[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序 編碼的直線電機(jī)定位方法，所述的直線電機(jī)包括定子和相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)子，其特征在 于所述方法包括如下步驟:[0006]I)在定子上布置一排N極和S極磁鋼交替放置的直線磁鋼陣列，相鄰N極和S極 磁鋼中心之間的距離為τ/2，其中τ是所述的直線磁鋼陣列形成正弦周期性的空間磁場 的極距，動(dòng)子位于直線磁鋼陣列產(chǎn)生的磁場中；[0007]2)在所述的直線電機(jī)的動(dòng)子上，沿動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向布置開關(guān)霍爾傳感器陣列，所 述的開關(guān)霍爾傳感器陣列的長度為s=t/2，任意相鄰的兩個(gè)開關(guān)霍爾傳感器之間距離為 δ = τ /2η，δ亦為定位分辨率，其中η為所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列所包含的開關(guān)霍爾傳感器的個(gè)數(shù)，n≤3 ;
[0008]3)通過測量所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列中的每個(gè)開關(guān)霍爾傳感器所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量方向，確定各開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值為I或0 ;
[0009]4)在動(dòng)子運(yùn)動(dòng)過程中，每隔時(shí)間Ts記錄步驟3)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出
狀態(tài)值⑷，其中Ts為相鄰兩次信號(hào)采樣之間的時(shí)間間隔，k為信號(hào)采樣次數(shù)，k=l，2^-，i=l, 2，…，n ;對(duì)于所述的各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值Sw，需要進(jìn)行以下處理:
[0010]設(shè)s(k)為各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值ザ}按實(shí)際安裝順序排列組成的n位二進(jìn)制編碼值穸'=S[l、Sf、;
[0011]5)通過對(duì)比步驟4)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值組成的n位二進(jìn)制順序編碼S(k)與第k-1次輸出狀態(tài)值組成的n位二進(jìn)制順序編碼S0rf)，得出在V1至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子的運(yùn)動(dòng)方向及相對(duì)位移，其中tk表示第k次信號(hào)采樣時(shí)間，tk=kTs, tk_!表不第k-1次イ目號(hào)米樣時(shí)間，tk_!= (k-1) Ts ；
[0012]6)累加步驟5)中從初始時(shí)刻至tk時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間段的動(dòng)子相對(duì)于定子的相對(duì)位移，計(jì)算出從初始時(shí)刻tfO至tk=kTs時(shí)間段內(nèi)所述的直線電機(jī)的動(dòng)子相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)的總相對(duì)位移為Ax=C(k) T /2n0
[0013]上述技術(shù)方案中，對(duì)于步驟4)中在V1至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移的確定方法如下:
[0014]I)設(shè)C(k)為第k次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，C0rf)為第k-1次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，Ax(k)為動(dòng)子相對(duì)于在V1至tk時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)位移；
[0015]2)對(duì)比第k次n位二進(jìn)制順序編碼S(k)與第k-1次n位二進(jìn)制順序編碼
果Sw=S(H),則相對(duì)位移計(jì)數(shù)值不變Cw=C(H)，表示在tkベ至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沒有相對(duì)位移或者相對(duì)位移小于ー個(gè)定位分辨率5 ;
[0016]3)如果 W = sri) ? ? ? ? ? ? Cl1*0，或ザ)=SI' 0 …5f -".? ? S:?I，則第 k次相對(duì)位
移計(jì)數(shù)值c(k) =(:^+1,表示直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沿正向運(yùn)動(dòng)，在V1至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為a x(k)= T /2n ；
[0017]4)如果#丨=o^—n ? ? ? s:r]，或#—)=啤—n…ザ—1) ? ? ? s廣n,則第k次相對(duì)位
移計(jì)數(shù)值c(k) =C0^-1,表示直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沿反向運(yùn)動(dòng)，在V1至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為A X(k)=- T /2n。
[0018]采用以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果:本發(fā)明利用電機(jī)本身的磁場信息和多個(gè)開關(guān)霍爾傳感器輸出狀態(tài)值組成的二進(jìn)制順序編碼，無需特別轉(zhuǎn)換算法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一維位移測量，為包含直線磁鋼陣列的直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)提供一種簡單便捷、高精度、魯棒性好的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)定位方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是ー種U槽型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)及其位移測量裝置示意圖。
[0020]圖2是U槽型直線電機(jī)的直線磁鋼陣列磁感應(yīng)強(qiáng)度示意圖。[0021]圖3是U槽型直線電機(jī)的動(dòng)子及開關(guān)霍爾傳感器布局示意圖。[0022]圖4是一種圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]其中，Ia-U槽型定子，1.1_第一定子，1.2_第二定子，2a-平板型動(dòng)子，3a-直線磁鋼陣列對(duì)，3.1-第一直線磁鋼陣列，3.2-第二直線磁鋼陣列，4-開關(guān)霍爾傳感器陣列，4.1-第一開關(guān)霍爾傳感器，4.2-第二開關(guān)霍爾傳感器,4.3-第三開關(guān)霍爾傳感器,4.4-第四開關(guān)霍爾傳感器，4.5-第五開關(guān)霍爾傳感器，5-信號(hào)連接線，6-信號(hào)處理板卡，Ib-圓筒型定子，2b-圓柱型動(dòng)子，3b-圓筒型直線磁鋼陣列。【具體實(shí)施方式】[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。[0025]本發(fā)明提供的一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法，該方法包括如下步驟:[0026]1)在定子上布置一排N極和S極磁鋼交替放置的直線磁鋼陣列，相鄰N極和S極磁鋼中心之間的距離為τ/2，其中τ是所述的直線磁鋼陣列形成正弦周期性的空間磁場的極距，動(dòng)子位于直線磁鋼陣列產(chǎn)生的磁場中；所述的直線電機(jī)的定子可以為U槽型定子、 圓環(huán)形定子或平板型定子。[0027]2)在所述的直線電機(jī)的動(dòng)子上，沿動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向布置開關(guān)霍爾傳感器陣列4，所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列的長度為s=t/2，任意相鄰的兩個(gè)開關(guān)霍爾傳感器之間距離為 δ = τ /2η，δ亦為定位分辨率，其中η為所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列所包含的開關(guān)霍爾傳感器的個(gè)數(shù)，η≥3 ;[0028]3)通過測量所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列中的每個(gè)開關(guān)霍爾傳感器所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量方向，確定各開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值為I或O ;[0029]4)在動(dòng)子運(yùn)動(dòng)過程中，每隔時(shí)間Ts記錄步驟3)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值s(k)i，其中Ts為相鄰兩次信號(hào)采樣之間的時(shí)間間隔，k為信號(hào)采樣次數(shù)，k=l，2^..，i=l, 2，…，η ;對(duì)于所述的各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值史s)，需要進(jìn)行以下處理:[0030]設(shè)S(k)為各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值1按實(shí)際安裝順序排列組成的η 位二進(jìn)制編碼值1 = SlkX、…d、；[0031]5)通過對(duì)比步驟4)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值組成的η位二進(jìn)制順序編碼s(k)與第k-ι次輸出狀態(tài)值組成的η位二進(jìn)制順序編碼S(H),得出在V1至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子的運(yùn)動(dòng)方向及相對(duì)位移，其中tk表示第k次信號(hào)采樣時(shí)間，tk=kTs, tk_1表不第k-1次彳目號(hào)米樣時(shí)間，tk-1= (k-1) Ts ；[0032]在V1至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子的運(yùn)動(dòng)方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移的確定方法如下:[0033]a)設(shè)C(k)為第k次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，C0rf)為第k-Ι次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，Δχω為動(dòng)子相對(duì)于定子在V1至tk時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)位移；[0034]b)對(duì)比第k次η位二進(jìn)制順序編碼S(k)與第k-1次η位二進(jìn)制順序編碼Sk-1)，如果Sw=S(H),則相對(duì)位移計(jì)數(shù)值不變Cw=C(H),表示在tk工至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沒有相對(duì)位移或者相對(duì)位移小于ー個(gè)定位分辨率5 ;
[0035]c)如果妒)…f—n…’或ダり=ザ-1)…5f-u…欠!廣1，則第k次相對(duì)位
移計(jì)數(shù)值c(k) =(:^+1,表示直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沿正向運(yùn)動(dòng)，在V1至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為a x(k)= T /2n ；
[0036]山如果ヌ⑷ーぜ-”…ザ-”…ザ-”’或が-し叫⑷…ザ-”…乂》則第k次相對(duì)
位移計(jì)數(shù)值c(k) =C0^-1,表示直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沿反向運(yùn)動(dòng)，在V1至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為Ax(k)=- T /2n ；
[0037]6)累加步驟5)中從初始時(shí)刻至tk時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間段的動(dòng)子相對(duì)于定子的相對(duì)位移，計(jì)算出從初始時(shí)刻tfO至tk=kTs時(shí)間段內(nèi)所述的直線電機(jī)的動(dòng)子相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)的總相對(duì)位移為Ax=C(k) T /2n0
[0038]圖1是ー種U槽型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)及其位移測量裝置示意圖，包括U槽型定子la、相對(duì)兩個(gè)定子運(yùn)動(dòng)的平板型動(dòng)子2a和固定在U槽型定子Ia上的直線磁鋼陣列對(duì)3a ;所述的U槽型定子Ia包括第一定子1.1和第二定子1.2，第一定子1.1上布置ー排N極和S極磁鋼交替放置的第一直線磁鋼陣列3.1，第二定子1.2上布置ー排N極和S極磁鋼交替放置的第二直線磁鋼陣列3.2，所述的第一直線磁鋼陣列3.1和第二磁鋼陣列3.2形成正弦周期性的空間磁場，空間磁場的極距為T，動(dòng)子位于第一直線磁鋼陣列3.1和第二直線磁鋼陣列
3.2空間磁場中。
[0039]圖2為U槽型直線電機(jī)的直線`磁鋼陣列磁感應(yīng)強(qiáng)度示意圖，其中X表示動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向上的某一點(diǎn)的位置坐標(biāo)，B(X)絕對(duì)值的大小表示該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，B(X)的正負(fù)代表磁感強(qiáng)度矢量的方向。
[0040]圖3為U槽型直線電機(jī)動(dòng)子及開關(guān)霍爾傳感器布局示意圖，在所述的平板型動(dòng)子2a上，沿平板型動(dòng)子2a的運(yùn)動(dòng)方向布置開關(guān)霍爾傳感器陣列4，所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列的長度為S= T/2，任意相鄰的兩個(gè)開關(guān)霍爾傳感器之間距離為S = T/2n，6亦為定位分辨率，其中n為所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列所包含的開關(guān)霍爾傳感器的個(gè)數(shù)，本實(shí)施例中，取n=5，即:第一開關(guān)霍爾傳感器4.1、第二開關(guān)霍爾傳感器4.2、第三開關(guān)霍爾傳感器
4.3、第四開關(guān)霍爾傳感器4.4、第五開關(guān)霍爾傳感器4.5，則所述的兩個(gè)傳感器之間距離為T /10 ;還包括信號(hào)連接線5和信號(hào)處理板卡6，信號(hào)連接線的一端與動(dòng)子上的開關(guān)霍爾傳感器相連，另一端與信號(hào)處理板卡6相連，其定位方法描述如下:
[0041]I)通過測量所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列4中的每個(gè)開關(guān)霍爾傳感器所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量方向，確定各開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值為I或0 ;
[0042]2)在平板型動(dòng)子2a運(yùn)動(dòng)過程中，每隔一定時(shí)間Ts記錄步驟I)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳
感器的輸出狀態(tài)值乂W，其中Ts兩次采樣之間的時(shí)間間隔，k為信號(hào)采樣次數(shù)，k=l，2，3，…，對(duì)于所述的各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值乂W，需要進(jìn)行以下處理:
[0043]設(shè)S(k)為各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值S按實(shí)際安裝順序排列組成的5位二進(jìn)制編碼值W =;
[0044]3)通過對(duì)比步驟2)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值組成的5位二進(jìn)制順序編碼與第k-1次輸出狀態(tài)值組成的5位二進(jìn)制順序編碼S05-1)，得出在tk_i至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子的運(yùn)動(dòng)方向及相對(duì)位移，其中tk表示第k次信號(hào)采樣時(shí)間， tk=kTs, tk_!表示第k-1次信號(hào)采樣時(shí)間,V1=(I1-1)Ts ；[0045]4)累加步驟3)中所述的從初始時(shí)刻tfO至tk時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間段的平板型動(dòng)子 2a相對(duì)于U槽型定子Ia的相對(duì)位移，可計(jì)算出從初始時(shí)刻tfO至tk時(shí)間段內(nèi)所述的直線電機(jī)的動(dòng)子相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)的總相對(duì)位移為Ax=C0i) τ/10。[0046]對(duì)于步驟3)中所述的在tk_i至tk時(shí)間段內(nèi)平板型動(dòng)子2a相對(duì)于U槽型定子Ia 的運(yùn)動(dòng)方向和相對(duì)位移的確定方法如下:[0047]I)設(shè)C(k)為第k次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，C0rf)為第k-Ι次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，Λ x(k)為平板型動(dòng)子2a相對(duì)于U槽型定子Ia在tk_i至tk時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)位移；[0048]2)對(duì)比第k次η位二進(jìn)制順序編碼S(k)與第k_l次5位二進(jìn)制順序編碼S0^，如果Sw=S(H)則相對(duì)位移計(jì)數(shù)值不變Cw=C(H),表示在tk工至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)平板型動(dòng)子2a相對(duì)于U槽型定子Ia沒有相對(duì)位移或者相對(duì)位移小于一個(gè)定位分辨率δ ；[0049]3)如果= Silk^S12k^S^l)O ’或# 1 = Slk-uS^uS^l)S^uI ’ 則第 k 次相對(duì)位移計(jì)數(shù)值表示直線電機(jī)平板型動(dòng)子2a相對(duì)于U槽型定子Ia沿正向運(yùn)動(dòng)，在 tk_i至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為Λχω= τ /10 ；[0050]4)如果 Sw = O處-1Wf-u ’或 6" = ISf-1Wf -’ 則第 k 次相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，表示直線電機(jī)平板型動(dòng)子2a相對(duì)于U槽型定子Ia沿反向運(yùn)動(dòng)，在V1 至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為Λχω=-τ/10。[0051]本發(fā)明所使用的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)并不限于如圖1所示的U槽型直線電機(jī)，對(duì)于任何能產(chǎn)生周期磁場的直線電機(jī)，均可采用上述的方法進(jìn)行定位。圖4所示為一種圓筒型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，包括圓筒型定子Ib和圓柱型動(dòng)子2b,在所述的圓筒型定子Ib上布置一排N極和S極圓環(huán)型磁鋼交替放置的直線磁鋼陣列3b，所述的圓環(huán)型直線磁鋼陣列3b形成正弦周期性的空間磁場，圓柱型動(dòng)子2b位于圓筒型直線磁鋼陣列3b產(chǎn)生的磁場中。[0052]采用以上技術(shù)方案，利用電機(jī)本身的磁場信息以及多個(gè)開關(guān)霍爾傳感器，無需特別轉(zhuǎn)換算法，直接輸出二進(jìn)制編碼信號(hào)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一維位移測量，為包含直線磁鋼陣列的直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)提供一種簡單便捷、高精度、魯棒性好的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)定位方法。
【權(quán)利要求】
1.一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法，所述的直線電機(jī)包括定子和相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)子，其特征在于所述方法包括如下步驟: 1)在定子上布置ー排N極和S極磁鋼交替放置的直線磁鋼陣列，相鄰N極和S極磁鋼中心之間的距離為T/2，其中T是所述的直線磁鋼陣列形成正弦周期性的空間磁場的極距，動(dòng)子位于直線磁鋼陣列產(chǎn)生的磁場中； 2)在所述的直線電機(jī)的動(dòng)子上，沿動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向布置開關(guān)霍爾傳感器陣列(4)，所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列的長度為S= T /2，任意相鄰的兩個(gè)開關(guān)霍爾傳感器之間距離為6 = T /2n，6亦為定位分辨率，其中n為所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列所包含的開關(guān)霍爾傳感器的個(gè)數(shù)，n≥3 ; 3)通過測量所述的開關(guān)霍爾傳感器陣列中的每個(gè)開關(guān)霍爾傳感器所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的矢量方向，確定各開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值為I或O ; 4)在動(dòng)子運(yùn)動(dòng)過程中，每隔時(shí)間Ts記錄步驟3)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值ザ}，其中Ts為相鄰兩次信號(hào)采樣之間的時(shí)間間隔，k為信號(hào)采樣次數(shù)，k=l，2，…，i=l, 2，…，n ;對(duì)于所述的各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器的輸出狀態(tài)值*f )，需要進(jìn)行以下處理: 設(shè)S(k)為各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值)按實(shí)際安裝順序排列組成的n位二進(jìn)制編碼值が1 =ず.? ? Sjk).? ? Slk); 5)通過對(duì)比步驟4)中各個(gè)開關(guān)霍爾傳感器第k次輸出狀態(tài)值組成的n位二進(jìn)制順序編碼S(k)與第k-1次輸出狀態(tài)值組成的n位二進(jìn)制順序編碼S(H),得出在V1至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子的運(yùn)動(dòng)方向及相對(duì)位移，其中tk表示第k次信號(hào)采樣時(shí)間，tk=kTs, tk_!表示第k-1次信號(hào)采樣時(shí)間,V1=(Ic-1)Ts ； 6)累加步驟5)中從初始時(shí)刻至tk時(shí)間段內(nèi)各時(shí)間段的動(dòng)子相對(duì)于定子的相對(duì)位移，計(jì)算出從初始時(shí)刻t^O至tk=kTs時(shí)間段內(nèi)所述的直線電機(jī)的動(dòng)子相對(duì)于定子運(yùn)動(dòng)的總相對(duì)位移為Ax=C(k) T /2n。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法，其特征在于，對(duì)于步驟5)中在至tk時(shí)間段內(nèi)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向和相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移的確定方法如下: a)設(shè)C(k)為第k次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，C0rf)為第k-1次測量時(shí)相對(duì)位移計(jì)數(shù)值，Ax(k)為動(dòng)子相對(duì)于定子在V1至tk時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)位移； b)對(duì)比第k次n位二進(jìn)制順序編碼S(k)與第k-1次n位二進(jìn)制順序編碼S0rf)，如果Sw=S0rf)，則相對(duì)位移計(jì)數(shù)值不變c(k)=c(H)，表示在もィ至tk時(shí)間段內(nèi)直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沒有相對(duì)位移或者相對(duì)位移小于ー個(gè)定位分辨率5 ; c)如果が)=ザ—1).? ? S廣1). ? S=1、0 ’或ダ” =S廣u.1，則第k次相對(duì)位移計(jì)數(shù)值Cw=C0^kl,表示直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沿正向運(yùn)動(dòng)，在至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為 Ax(k)= T /2n ； d)如果が*)= 0ザ-1)…-D…兌*-1) ’或S⑷=u…S廣u…ガ—-u ’則第k次相對(duì)位移計(jì)數(shù)值Cw=C0^-1,表示直線電機(jī)動(dòng)子相對(duì)于定子沿反向運(yùn)動(dòng)，在至tk時(shí)間段內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移為 Δχω=-τ/2η。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于開關(guān)霍爾傳感器順序編碼的直線電機(jī)定位方法，其特征在于，所述的直線電機(jī)的定 子為U槽型定子、圓環(huán)形定子或平板型定子。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK103557782SQ201310484970
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】胡金春, 朱煜, 季國峰, 尹文生, 楊開明, 張鳴, 徐登峰, 成榮 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京華卓精科科技有限公司