[发明专利]一种基于反正切跨区间制表法的磁电编码器标定方法

权利要求书

1.一种基于反正切跨区间制表法的磁电编码器标定方法，其特征在于：所述方法的具体实现过程为：

步骤一：磁电信号的采集

磁电编码器采用表贴式的单对极磁钢作为信号的发生元件，单对极磁钢粘贴在电机转轴的端面上，转轴转动时，单对极磁钢随转轴转动并产生正弦磁场，四个霍尔元件A₊、A-、B₊、B-间隔90°均匀分布在霍尔板上，霍尔板安装在电机端盖上，霍尔元件的均布轴线与转轴轴线共线，霍尔元件面向磁钢布置，利用霍尔元器件对磁电模拟信号进行采集，4路霍尔信号经过差分，模数转换计算出d-q轴磁电信号；

考虑到磁场的非线性，霍尔元件A₊采集的磁电信号含有直流偏量和高次谐波，可用式(1)表示：

其中θ为测量角度，为直流偏量，Δc₁为高次谐波，在A-霍尔元件上感应的磁电信号可用式(2)表示：

同理，B₊、B-采集的信号分别为

将A₊、A-、B₊、B-霍尔采集得到的磁电信号对径相减得到d-q轴磁电信号，如式(3)所示：

步骤二：利用分区间反正切查表算法计算磁电编码器角度

利用反正切公式计算磁电编码器角度如(4)所示：

将整个圆周划分为8个区间，每个小区间的角度范围在0°到45°之间，反正切值在0到1之间，可避免计算过程中由于反正切值出现正无穷及负无穷而造成的计算结果错误的情况，通过比较d-q轴霍尔信号的正负及其绝对值的大小，判断所处的角度区间并用相应的反正切公式计算出待测角度在所处区间中的相对角度θ₀'，当θ₀'不在区间范围0°到45°内时需要通过加减周期变换到0°到45°区间范围内，如式(5)所示，即

θ₀＝θ₀'±nT,其中T＝45°，n为整数 (5)

当所用的反正切公式为arctan(d_h/q_h)时，相对角度加上所处区间的角度下限θ_l即可得到待测角度的实际角度θ_T，如式(6)所示；

θ_T＝θ₀+θ_l (6)

当所用的反正切公式为arctan(q_h/d_h)时，所处区间的角度上限θ_h减去相对角度即可得到待测角度的实际角度θ_T，如式(7)所示；

θ_T＝θ_h-θ₀ (7)

如当d轴信号为正，q轴信号为负，且满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于0～45°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(d_h/q_h)求得，所处区间的角度下限θ_l＝0°，则待测角度的实际角度θ_T＝θ₀+0°；

当d轴信号为正，q轴信号为正，且不满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于45～90°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(q_h/d_h)求得，所处区间的角度上限θ_h＝90°，则待测角度的实际角度θ_T＝90°-θ₀；

当d轴信号为正，q轴信号为负，且不满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于90～135°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(q_h/d_h)求得，所处区间的角度上限θ_h＝135°，则待测角度的实际角度θ_T＝135°-θ₀；

当d轴信号为正，q轴信号为负，且满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于135～180°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(d_h/q_h)求得，所处区间的角度下限θ_l＝135°，则待测角度的实际角度θ_T＝θ₀+135°；

当d轴信号为负，q轴信号为负，且满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于180～225°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(d_h/q_h)求得，所处区间的角度下限θ_l＝180°，则待测角度的实际角度θ_T＝θ₀+180°；

当d轴信号为负，q轴信号为负，且不满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于225～270°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(q_h/d_h)求得，所处区间的角度上限θ_h＝270°，则待测角度的实际角度θ_T＝270°-θ₀；

当d轴信号为正，q轴信号为负，且不满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于270～315°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(q_h/d_h)求得，所处区间的角度上限θ_h＝315°，则待测角度的实际角度θ_T＝315°-θ₀；

当d轴信号为正，q轴信号为负，且满足|d_h|＜|q_h|时，待测角度处于315～360°之间，待测角度在该区间内的相对角度θ₀'可由arctan(d_h/q_h)求得，所处区间的角度下限θ_l＝180°，则待测角度的实际角度θ_T＝θ₀+315°；

步骤三：基于跨区间平均制表法的角度标定修正

经过反正切算法得到的角度存在角度偏差，将计算得到的角度值进行角度标定，将16位精度(0-65535)表示0-360°的光电编码器测量值作为基准，修正计算出来的磁电编码器的测量值；

将磁电编码器、电机、光电编码器同轴安装在标定转台上，驱动电机旋转，将磁电编码器及光电编码器测得的角度值同步输出，得到磁电编码器与光电编码器的角度偏差值，通过跨区间线性插补的方式对输出的偏差值进行处理，如对采集点数M_j对应的偏差值进行处理时，先对M_j左侧相邻四个采集点M_j-1，M_j-2，M_j-3，M_j-4对应的偏差值求取偏差均值θ_p1，再对M_j右侧相邻四个采集点M_j+1，M_j+2，M_j+3，M_j+4对应的偏差值求取误差均值θ_p2，利用θ_p1，θ_p2线性插补出目标点的角度误差值θ_p0，如式(8)所示，将所有插补结果作为磁电编码器与光电编码器之间的补偿值制成角度补偿表格，通过查取角度补偿表格中的补偿值作为角度补偿量对磁电编码器的输出结果进行修正，以提高磁电编码器的测量精度；

利用反正切计算得到的磁电编码器角度对应16位的整数型数据，由于高10位数值稳定而低6位数值存在波动，因此角度补偿表格中只包含以角度值的高10位数值k(0-1023)为采集点所对应的偏差值，低6位数值b(0-63)通过局部细分得到，即使用角度值的高10位数值向表格查表得到误差修正值C(k)，并利用低6位数值b(0-63)对同一高10位下查得的误差修正值进行平均处理，将得到的平均结果依次累加后分配给对应的低6位数值，此时经过查表及细分后的磁电编码器角度误差最终修正值C_F(k)可写为式(9)：

则最终磁电编码器角度的测量值θ_F为由利用分区间反正切查表算法计算得到的待测角度的实际角度θ_T与基于跨区间平均制表法得到角度误差最终修正值C_F(k)的加和，如式(10)所示：

θ_F＝θ_T+C_F(k) (10)。