[发明专利]一种电机动子位移测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于动圈式直线电机、旋转电机等一类具有正弦磁场模型的电机中的动子位移测量方法，特别涉及一种长行程的细分测量算法。

背景技术

精密动态测量技术是实现动态精度控制的重要环节。在常规应用领域，光栅尺、激光干涉仪、磁栅尺等传感器作为动圈式直线电机、旋转电机的直线和角度位移的测量方法。专利200720002447.8中，描述了利用光栅位置检测编码器进行位置检测，专利200610033455中，描述了利用光栅编码器进行位置实时反馈来进行定位。这些传感器需要在电机定子上布置专门产生位移信号特征的磁场、栅格等装置，在动子上布置接收位移信号特征的电子处理单元装置；或者在动子上布置专门产生位移信号特征装置，而在定子上布置电子处理单元装置。专门产生位移信号特征装置以及电子处理单元装置两种装置增加了传感器系统的结构复杂性。此外这些传感器测量精度虽然较高，但需要较为复杂的电路与光学设备并且成本较高。而在实际运动过程中，若直接用霍尔传感器进行位置测量，测量信号本身及采样过程都会存在噪声而导致测量精度损失。

对于电机这样的对象，其磁场本身就是位移信号检测的一个重要途径。如果能够利用电机本身的磁场信息，实现高精度位移测量，可以降低传感器安装与信号的复杂性。类似专利ZL201010034274.4，需要求解复杂非线性方程，这对工业实时应用带来困难；其他类似专利描述方法的测量结果对测量信号本身要求较高的信噪比，对实现电路提出复杂性、低噪声等高要求。因此，一种既能降低传感器安装与信号的复杂性，又能同时实现精度高、对原始信号质量不敏感、信号处理简单快速的测量方法亟待提出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机动子位移的测量方法，利用电机本身的磁场信息，实现电机动子的高精度位移测量，无需特别转换算法，可直接输出工控领域常用的正交编码信号。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

1)在电机定子磁钢阵列形成的正弦磁场中沿动子运动方向在动子上布置两个磁感应强度传感器：正弦传感器和余弦传感器，所述正弦传感器和余弦传感器相距τ/4，所述τ为电机正弦磁场的磁场极距，将所述正弦传感器的采样信号通过信号处理电路量化并进行幅值归一化处理后得到正弦测量信号S₀，将所述余弦传感器的采样信号通过所述信号处理电路量化并进行幅值归一化处理后得到余弦测量信号C₀；

2)通过所述信号处理电路(8)将所述正弦测量信号S₀和余弦测量信号C₀作n次倍频运算，即2ⁿ细分运算：

S₁＝2*S₀*C₀，C₁＝C₀*C₀-S₀*S₀，

S₂＝2*S₁*C₁，C₂＝C₁*C₁-S₁*S₁，

...，

S_n＝2*S_n-1*C_n-1，C_n＝C_n-1*C_n-1-S_n-1*S_n-1

得到正弦细分信号S_n和余弦细分信号C_n，其中：S₁、C₁、S₂、C₂...S_n-1和C_n-1为中间变量，n＝1，2，3，...；

3)对步骤2)中经过n次迭代计算后得到的所述正弦细分信号S_n和余弦细分信号C_n进行过零点检测，生成1组正交测量脉冲信号：正弦测量脉冲信号A和余弦测量脉冲信号B；所述正弦细分信号S_n＞0，则所述正弦测量脉冲信号A输出高电平；所述正弦细分信号S_n＜0，则所述正弦测量脉冲信号A输出低电平；所述余弦细分信号C_n＞0，则所述余弦测量脉冲信号B输出高电平；所述余弦细分信号C_n＜0，则所述余弦测量脉冲信号B输出低电平；