[发明专利]一种双向冗余磁电编码器及其冗余检测方法

权利要求书

1.一种双向冗余磁电编码器冗余检测方法，本方法应用于一种双向冗余磁电编码器，双向冗余磁电编码器，它包括磁电编码器(1)、电机(2)、钢柱(3)三部分组成；所述的磁电编码器(1)通过钢柱(3)电机(2)固接，所述的磁电编码器(1)，它包括编码器信号解算板a(1-1)、编码器信号解算板b(1-2)、单对极霍尔a1(1-3)、单对极霍尔a2(1-4)、单对极霍尔b1(1-5)、单对极霍尔b2(1-6)、单对极磁钢(1-7)，其中单对极霍尔a1(1-3)、单对极霍尔a2(1-4)与编码器信号解算板a(1-1)焊锡焊接，单对极霍尔b1(1-5)、单对极霍尔b2(1-6)与编码器信号解算板b(1-2)焊锡焊接，编码器信号解算板a(1-1)、编码器信号解算板b(1-2)与钢柱(3)铰制孔连接，钢柱(3)与法兰盘铰制孔连接，单对极磁钢(1-7)与转轴(2-2)胶接；所述的电机(2)，它包括法兰盘(2-1)、转轴(2-2)、电机主体(2-3)，电机主体(2-3)与转轴(2-2)轴承连接，法兰盘(2-1)与电机主体(2-3)螺钉连接；

其特征在于：所述方法的具体实施过程为：

步骤一：

解算俩组单对极角度值；具体为电机转轴转动，磁钢与电机转轴胶接，从而单对极磁钢转动，单对极磁钢会产生轴向磁场，单对极霍尔a1、单对极霍尔a2与编码器信号解算板a焊锡焊接，且单对极霍尔a1与单对极霍尔a2互相垂直，位于单对极磁钢的左侧，单对极霍尔b1、单对极霍尔b2与编码器信号解算板b焊锡焊接，单对极霍尔b1与单对极霍尔b2互相垂直，位于单对极磁钢的右侧，此时单对极磁钢转动，单对极霍尔a1单对极霍尔a2采集单对极角度值信号A+、A-，编码器信号解算板a对角度值模拟信号A+、A-进行模数转换，得到角度值数字信号HA+、HA-，再对得到的单对极角度值数字信号HA+、HA-进行解算，得到单对极角度值θ₁，解算公式(1)所示：

单对极霍尔b1、单对极霍尔b2采集单对极角度值信号B+、B-，编码器信号解算板b对角度值模拟信号B+、B-进行模数转换，得到角度值数字信号HB+、HB-，再对得到的单对极角度值数字信号HB+、HB-进行解算，得到单对极角度值θ₂，解算公式(2)如下：

步骤二：

以其中一组单对极角度值为制表依据，对另一组单对极角度值进行校正，俩组磁电编码器计算得到角度值的相互获取采用串口双向通讯，保证了角度值计算值获取的同步性；使俩组单对极角度值输出幅值及趋势一致，具体为同步输出俩组单对极角度值θ₁，θ₂；

为了使单对极角度值θ₂与单对极角度值θ₁变化趋势一致，将俩组角度值进行比较，得到两者间角度差值，并将角度值误差θ_err存储在单片机的内存中作为补偿表格，当前计算周期角度值补偿误差值θ_err(i)可以如式(3)所示：

θ_err(i)＝θ₁(i)-θ₂(i) (3)

上式中i为第i个采样点；

最终，经过补偿的第二组磁电编码器单对极角度值输出θ_2f(i)可以如式(4)所示：

θ_2f(i)＝θ₂(i)+θ_err(i) (4)

此时经过补偿修正，单对极角度值θ₁与θ_2f角度值，输出趋势一致；

步骤三：

依据俩组单对极角度值计算俩组磁电编码器角速度，并依据角速度状态判断俩组磁电编码器角度值是否处于故障状态，并进行修正：具体为依据单对极角度值θ₁，计算当前计算周期的编码器旋转角速度ω₁如式(5)所示：

上式中i为第i个采样点，i-1为第i-1个采样点，T_s为计算周期；

依据单对极角度值θ_2f，计算另一组磁电编码器的当前计算周期编码器旋转角速度ω₂如式(6)所示：

设定速度偏差正常阈值为ξ，依据俩组计算得到的编码器旋转角速度ω₁，ω₂偏差ω_err如式(7)所示，对当前编码器故障状态进行判断：

ω_err＝ω₁-ω₂ (7)

当|ω_err|＜＝ξ时，编码器旋转角速度处于正常范围，认为无故障出现；

当|ω_err|＞ξ时，编码器旋转角速度超出正常范围，认为故障出现，当|ω₁(i)-ω₁(i-1)|＞ξ，则认为ω₁角度解算过程所在的编码器信号解算板出现故障，则使用单对极角度值θ_2f作为最终的角度值输出，若该故障持续出现超过2秒，则认为该编码器信号解算板出现硬件不可恢复故障，若该故障持续出现小于2秒，则认为是系统噪声原因造成的瞬时故障，该编码器信号解算板在故障恢复后仍可继续使用；

当|ω₂(i)-ω₂(i-1)|＞ξ，则认为ω₂角度解算过程所在的编码器信号解算板出现故障，则使用单对极角度值θ₁作为最终的角度值输出，若该故障持续出现超过2秒，则认为该编码器信号解算板出现硬件不可恢复故障，若该故障持续出现小于2秒，则认为是系统噪声原因造成的瞬时故障，该编码器信号解算板在故障恢复后仍可继续使用；

根据故障状态可能出现的示意图，此时θ₁在第1000个采样点出现故障，该计算点则使用θ_2f作为最终输出；

根据故障状态可能出现的示意图，此时θ₁在第8210个采样点出现故障，该计算点则使用θ_2f作为最终输出；θ_2f在第9500个采样点出现故障，该计算点则使用θ₁作为最终输出，从该故障案例可以看出，该编码器方案可以保证最终角度值的持续稳定输出，提高了编码器的可靠性；

根据故障状态可能出现的示意图，此时θ_2f在第9500个采样点持续出现故障超过2s，在该种状态下认为时硬件出现不可恢复故障，磁电编码器则使用θ₁作为最终输出。