[发明专利]一种基于双同步旋转坐标系的磁编码器

说明书

技术领域

本发明属于运动信息检测传感器领域，更具体地，涉及一种基于双同步旋转坐标系的磁编码器。

背景技术

磁编码器是一种通过对磁性元件的运动信息进行解算以实现对运动速度和运动距离等运动信息进行测量和提取的传感器，其适用场合不受雾霭、烟尘和油污等因素的影响，其对安装误差和振动的敏感性也不如光电编码器强烈，而且其加工制作工艺简单、成本低廉、编码接口丰富灵活，是运动信息检测应用领域重要的发展方向。

目前在研和在用的磁编码器信号解算方法主要有反正切运算解算法、标定查表法和角度跟踪锁相法等。反正切运算解算法一般采用数值逼近的方法实现反正切运算，通过反正切运算实现对运动信息解算。反正切运算解算法原理简单明晰，但对信号处理单元的运算性能要求较高，且其解算的精确度受磁性元件安放准确性影响大。标定查表法首先通过高精度的光电编码器对磁性元件的磁电信号进行离线标定制表并存储，磁编码器工作时根据磁电信号情况通过查事先存储的标定表对磁性元件的运动信息进行解算。标定查表法的解算思路清晰、解算速度快，但要求磁编码器具有一定容量的存储空间，而且其标定表制作复杂、工艺要求高。角度跟踪锁相法是一种闭环自跟踪的运动信息解算方法，具有较强的抗振动干扰能力，但常规的角度跟踪锁相法对元件性能差异和安装误差等因素导致的运动信息解算误差不具有自屏蔽能力。

目前国内针对磁编码器运动信息解算方法的专利申请文件(公开号为CN102095431A)公开的磁编码器数字转换器。该申请文件默认假定原始磁电信号理想正交，从而没有考虑元件性能差异和安装误差等因素对运动信息解算造成的误差，所以其解算的精确度不可避免受磁编码器安装工艺水平和元件性能一致性水平的影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双同步旋转坐标系的磁编码器，其目的在于使得磁编码器的解算精确度不受器件差异和安装误差等因素影响，由此解决现有技术中磁编码器磁电信号的正交性或对称性必然受到各种误差因素的影响的技术问题。

本发明提供了一种基于双同步旋转坐标系的磁编码器，包括依次连接的磁电信号发生器、信号调理器、信号采集模块和信号处理单元；所述信号处理单元包括：正向帕克变换器、反向帕克变换器、正向解耦器、反向解耦器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第三低通滤波器、第四低通滤波器和运动信息解算器；所述磁电信号发生器用于将磁性元件的运动情况转换成包含运动信息的模拟电信号；所述信号调理器用于将所述模拟电信号进行调理和模拟滤波处理后输出与所述信号采集模块相匹配的信号；所述信号采集模块用于对所述信号调理器的输出进行模数转换并输出数字电信号；所述正向帕克变换器的输入端连接至所述信号采集模块的输出端，用于将所述数字电信号以恒幅值变换到以正向基波同步角速度ω旋转的dq⁺坐标系下，提取所述数字电信号中的基波正序分量幅值，同时分理出所述数字电信号中的基波负序分量两倍频波动分量；所述反向帕克变换器的输入端连接至所述信号采集模块的输出端，用于将所述数字电信号以恒幅值变换到以逆向基波同步角速度-ω旋转的dq^-坐标系下，提取所述数字电信号中的基波负序分量幅值，同时分理出所述数字电信号中的基波正序分量两倍频波动分量；所述正向解耦器的输入端与所述正向帕克变换器的输出端连接；用于通过数字电信号基波负序分量的幅值反馈量以消除dq⁺坐标系下数字电信号中由基波负序分量引起的交流成分；所述反向解耦器的输入端与所述反向帕克变换器的输出端连接；用于通过数字电信号基波正序分量的幅值反馈量以消除dq^-坐标系下数字电信号中由基波正序分量引起的交流成分；所述第一低通滤波器的输入端连接至所述正向解耦器的第一输出端，所述第一低通滤波器的输出端连接至所述反向解耦器的第一反馈端；用于滤除正向解耦器输出的dq⁺坐标系下基波正序分量的两倍频波动分量，得到dq⁺坐标系下基波正序分量幅值。所述第二低通滤波器的输入端连接至所述正向解耦器的第二输出端，所述第二低通滤波器的输出端连接至所述反向解耦器的第二反馈端，所述第二低通滤波器的输出端还作为数字电信号中基波正序分量幅值输出端；用于滤除正向解耦器输出的dq⁺坐标系下基波负序分量的两倍频波动分量，得到dq⁺坐标系下基波负序分量幅值；所述第三低通滤波器的输入端连接至所述反向解耦器的第一输出端，所述第三低通滤波器的输出端连接至所述正向解耦器的第一反馈端，所述第三低通滤波器的输出端还作为数字电信号中基波负序分量幅值输出端；用于滤除负向解耦器输出的dq^-坐标系下基波正序分量的两倍频波动分量，得到dq^-坐标系下基波正序分量幅值；所述第四低通滤波器的输入端连接至所述反向解耦器的第二输出端，所述第四低通滤波器的输出端连接至所述正向解耦器的第二反馈端，所述第四低通滤波器的输出端还作为数字电信号中基波负序分量幅值输出端；用于滤除负向解耦器输出的dq^-坐标系下基波正序分量的两倍频波动分量，得到dq^-坐标系下基波正序分量幅值；所述运动信息解算器的输入端连接至所述正向解耦器的第二输出端，用于对包含运动信息的数字电信号进行锁相，并对磁电信号发生器中磁性元件的运动距离和运动速度进行解算后输出磁元件运动的角速度和角度值