【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及磁懸浮，具體為一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法。
技術(shù)介紹
1、隨著工業(yè)自動化程度的提高，對直線運(yùn)輸技術(shù)的響應(yīng)性、精度、可靠性、帶載能力要求越來越高。比如在高精度機(jī)床上使用的直線電機(jī)模組和高速高柔性運(yùn)輸線使用的磁懸浮輸送裝置，這些直線運(yùn)輸技術(shù)和設(shè)備都離不開伺服電機(jī)與位置反饋傳感器，尤其是位置反饋傳感器更是決定直線運(yùn)輸技術(shù)的精度和穩(wěn)定性；
2、目前直線電機(jī)方案在直線輸送技術(shù)中的運(yùn)用已經(jīng)比較成熟，尤其是永磁同步直線電機(jī)更是由于結(jié)構(gòu)簡單，體積小、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)成為主流。但是無論是傳統(tǒng)的動圈式直線電機(jī)還是當(dāng)前越來越流行的動磁式柔性拼接直線電機(jī)，其基本原理都是通過位置傳感器的反饋和數(shù)字處理器計算，精確的控制電機(jī)線圈產(chǎn)生矢量磁場，從而與永磁鐵作用控制物體移動；
3、現(xiàn)有技術(shù)中采用的是陣列amr磁阻傳感器的并行采集方案，每個amr磁阻傳感器都需要配備多路高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換傳感器,該類型傳感器價格較貴，而且同時還要高性能的數(shù)字處理器同步進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此成本高、器件多、體積大。另一種是采用兩個amr磁阻傳感器的方案，這種方案雖然成本較低，但是該方法沒法做到設(shè)備一上電就可以直接讀取位置，必須通過外加不間斷電源或者每次上電人工校準(zhǔn)才行；
4、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)如下：
5、（1）當(dāng)前使用的線性霍爾和接近開關(guān)雖然成本較低，但是精度不高而且極易丟失位置，無法做到絕對位置讀取；
6、（2）當(dāng)前使用的兩點(diǎn)式amr磁阻傳感器精度不高，而且無法做到絕對位置
7、（3）當(dāng)前使用的陣列，雖然成本低，但無法上電后直接讀取當(dāng)前動子位置，每次上電都需要人工對所有動子進(jìn)行特殊操作，流程復(fù)雜操作難度高；
8、（4）當(dāng)前使用的磁珊或光柵成本高，且必須工作在清潔環(huán)境中，對環(huán)境要求較高。
9、因此一款成本較低、性能優(yōu)良、體積較小的位置傳感器是決定直線電機(jī)性能的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，通過陣列的12個磁性霍爾檢測磁場的變化，并通過對磁場信號的解算得到磁極的具體位置，從而判斷出帶磁極物體的絕對位置，具體包括以下步驟：
3、步驟一、首先在高速串行數(shù)據(jù)采集模塊，12個磁性霍爾將磁場信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過高速開關(guān)進(jìn)行選通，高速開關(guān)選通到對應(yīng)的傳感器后，獲取該傳感器的磁場->電壓轉(zhuǎn)換信號，并將電壓信號進(jìn)行濾波和解調(diào)處理；
4、步驟二、在原始信號處理模塊，將解調(diào)得到的電壓信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的正余弦信號，對每個磁性霍爾傳感器的正余弦信號進(jìn)行反正切運(yùn)算得出相應(yīng)的角度，并對正余弦信號進(jìn)行平方和運(yùn)算從而評估其線性度；
5、步驟三、在位置解算模塊，一方面通過線性區(qū)判斷當(dāng)前磁極所處的大致區(qū)域，另一方面根據(jù)每個磁性霍爾當(dāng)前的具體角度值判斷細(xì)分的位置區(qū)域，最后將線性區(qū)數(shù)據(jù)和細(xì)分位置數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而得到磁極的具體位置。
6、優(yōu)選的，所述高速串行數(shù)據(jù)采集模塊的具體作用如下：
7、磁性霍爾采用磁阻傳感器amr3001或者線性霍爾傳感器tmr2151，12個陣列的磁性霍爾的數(shù)據(jù)輸出通道通過2個高速的選擇開關(guān)tmr2415進(jìn)行切換，從而能夠在高達(dá)12mhz的頻率下串行的進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。
8、通過高速選擇開關(guān)選通后，磁性霍爾能夠與模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行連接，從而周期性的將磁場信號轉(zhuǎn)換為能夠處理的數(shù)字信號；
9、采集完成數(shù)字信號后，一方面需要對數(shù)字信號進(jìn)行濾波和調(diào)制處理，另一方面需要根據(jù)存儲設(shè)備中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對數(shù)字信號進(jìn)行校準(zhǔn)。
10、優(yōu)選的，濾波和調(diào)試處理采用一階濾波算法，降低了算法復(fù)雜度：式中：ωc表示濾波截止角頻率，ts表示采樣時間，y(n)表示本次濾波值，y(n-1)表示上次濾波值為，?x(n)表示本次采樣值；
11、數(shù)字信號的校準(zhǔn)是通過將預(yù)先存儲在存儲設(shè)備中的校準(zhǔn)值讀取并采集當(dāng)前的實(shí)時供電電壓后，將這兩個數(shù)據(jù)加入到傳感器的數(shù)字信號中，以此修正數(shù)字信號的偏差。
12、優(yōu)選的，所述陣列磁性霍爾的數(shù)量與感應(yīng)磁極的數(shù)量均為12個，間距相等均為12mm，高速選擇開關(guān)一端與磁性霍爾連接，一端與adc模數(shù)傳感器連接，用于將磁場信號串行的轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，adc模式傳感器將數(shù)字信號傳入帶有存儲功能的數(shù)字處理器，完成數(shù)字信號的后續(xù)處理。
13、優(yōu)選的，所述原始信號處理模塊的具體作用如下：
14、經(jīng)過高速串行數(shù)據(jù)采集模塊后會得到可用于數(shù)字處理器處理的數(shù)字信號，直接轉(zhuǎn)換而來的數(shù)字信號呈現(xiàn)的是正余弦的分布；
15、將正余弦分布的數(shù)字信號進(jìn)行反正切運(yùn)算，可以獲取每個磁性霍爾對應(yīng)磁極的角度值，該角度值可以反映每個磁極相對霍爾的位置：式中：sinθ表示從高速串行數(shù)據(jù)采集模塊獲取的正弦分布的數(shù)字信號，cosθ表示從高速串行數(shù)據(jù)采集模塊獲取的余弦分布的數(shù)字信號，θ表示最終通過反正切得到的具體角度值。
16、優(yōu)選的，通過平方和運(yùn)算的方式來檢測磁極所處位置的線性度：式中：r表示線性度，sin(θ)表示從高速串行數(shù)據(jù)采集模塊獲取的正弦分布的數(shù)字信號，cos(θ)表示從高速串行數(shù)據(jù)采集模塊獲取的余弦分布的數(shù)字信號；
17、當(dāng)r值在接近1附近的時候，表示磁性霍爾檢測到有效磁極，此時該數(shù)字信號有效用于進(jìn)一步的處理。
18、優(yōu)選的，所述位置解算模塊的具體作用如下：
19、將12個陣列的磁性霍爾的線性度值與標(biāo)準(zhǔn)線性度值作差進(jìn)行比較，如絕對值在閾值范圍以內(nèi)，表面有磁極進(jìn)入磁性霍爾的線性檢測范圍，并記錄每個磁性霍爾的線性區(qū)標(biāo)志：式中：sh(n)表示磁性霍爾的線性區(qū)標(biāo)志數(shù)據(jù)；1:處于線性區(qū)?，0:不處于線性區(qū)，r(n)表示當(dāng)前計算出得線性度數(shù)據(jù)，rstd表示標(biāo)準(zhǔn)的線性度數(shù)據(jù)；
20、獲取每個霍爾的線性區(qū)標(biāo)志后，將12個霍爾的線性區(qū)按照權(quán)重的方式進(jìn)行組合，得到一個綜合的線性區(qū)判斷數(shù)據(jù)：式中：sha表示12個磁性霍爾線性標(biāo)志組合后的數(shù)據(jù)，sh(0)...sh(n)-表示12個磁性霍爾的線性標(biāo)志。
21、優(yōu)選的，為了得到更加精確的位置通過反正切計算得到細(xì)分角度，進(jìn)行最終位置的擬合；其中：finalpos表示最終擬合后的絕對位置，fineangle表示反正切得到的細(xì)分角度，ln表示通過線性區(qū)判斷得到的初步位置。
22、本專利技術(shù)提出的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，有益效果在于：
23、1.陣列的磁性霍爾通過高速選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)串行采樣，因此可以在保證采樣速度足夠的情況下節(jié)省采樣器件的成本；
24、2.通過數(shù)字處理器和存儲器件，可以預(yù)先將校準(zhǔn)值存入，并且在進(jìn)行數(shù)字信號處理的時候讀出并對數(shù)字信號進(jìn)行校準(zhǔn)；
25、3.通過陣列的磁本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：通過陣列的12個磁性霍爾檢測磁場的變化，并通過對磁場信號的解算得到磁極的具體位置，從而判斷出帶磁極物體的絕對位置，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：所述高速串行數(shù)據(jù)采集模塊的具體作用如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：濾波和調(diào)試處理采用一階濾波算法，降低了算法復(fù)雜度：式中：ωc表示濾波截止角頻率，Ts表示采樣時間，Y(n)表示本次濾波值，Y(n-1)表示上次濾波值為，?X(n)表示本次采樣值；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：所述陣列磁性霍爾的數(shù)量與感應(yīng)磁極的數(shù)量均為12個，間距相等均為12mm，高速選擇開關(guān)一端與磁性霍爾連接，一端與ADC模數(shù)傳感器連接，用于將磁場信號串行的轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，ADC模式傳感器將數(shù)字信號傳入帶有存儲功能的數(shù)字處理器，完成數(shù)字信號的后續(xù)處理。
5.根據(jù)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：通過平方和運(yùn)算的方式來檢測磁極所處位置的線性度：式中：R表示線性度，Sin(θ)表示從高速串行數(shù)據(jù)采集模塊獲取的正弦分布的數(shù)字信號，Cos(θ)表示從高速串行數(shù)據(jù)采集模塊獲取的余弦分布的數(shù)字信號；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：所述位置解算模塊的具體作用如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：為了得到更加精確的位置通過反正切計算得到細(xì)分角度，進(jìn)行最終位置的擬合；其中：FinalPos表示最終擬合后的絕對位置，F(xiàn)ineAngle表示反正切得到的細(xì)分角度，Ln表示通過線性區(qū)判斷得到的初步位置。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：通過陣列的12個磁性霍爾檢測磁場的變化，并通過對磁場信號的解算得到磁極的具體位置，從而判斷出帶磁極物體的絕對位置，具體包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：所述高速串行數(shù)據(jù)采集模塊的具體作用如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：濾波和調(diào)試處理采用一階濾波算法，降低了算法復(fù)雜度：式中：ωc表示濾波截止角頻率，ts表示采樣時間，y(n)表示本次濾波值，y(n-1)表示上次濾波值為，?x(n)表示本次采樣值；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用陣列磁阻霍爾獲取直線絕對位置的串行檢測方法，其特征在于：所述陣列磁性霍爾的數(shù)量與感應(yīng)磁極的數(shù)量均為12個，間距相等均為12mm，高速選擇開關(guān)一端與磁性霍爾連接，一端與adc模數(shù)傳感器連接，用于將磁場信號串行的轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，adc模式傳感器將數(shù)字信號傳入...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李朝陽，楊翔，郜秀春，章有啟，
申請(專利權(quán))人：蘇州元磁智控科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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