CN101581566A - 一种粗精双角度传感器角度数据耦合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粗精双角度传感器角度数据耦合方法。对于使用单通道旋转变压器和单通道感应同步器的双传感器测角方案，该方法利用前后两次测量的相关性融合粗精角度数据，大大简化了粗通道与精通道的角度数据融合过程，而且可以一定程度上抑制粗通道温度漂移对耦合的影响。本发明可以应用在航天对地观测、气象预报等一些对扫描机构体积质量要求较高的场合，也可应用于工业伺服控制等领域。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理方法，具体指一种粗精双角度传感器角度数据耦合方法，它主要用于粗精双角度传感器角度数据的耦合，具体可应用在航天产品扫描机构的伺服控制，也可应用于工业产品转动机构的伺服控制。
背景技术
扫描机构的设计，一般会引入高精度的角度传感器。角度传感器精度的高低，往往与其设计的体积、质量有关。一般而言，体积质量越大，传感器的精度越高，体积质量越小，传感器精度越低。航天产品中，一方面要求角度传感器具有高精度，另一方面，由于载荷自身体积的限制，又要求角度传感器越小越好。这就存在了体积大小与精度高低的矛盾。
为解决上述矛盾，粗精双角度传感器测角方案被提出并应用于航天仪器中，其安装结构图如图1所示。方案采用单通道旋转变压器作为粗通道角度测量，精度约为10′，用于绝对定位；单通道感应同步器作为精通道测量，用于提高测量精度。感应同步器一周360对极，每一极内精度为0.5″。机械安装会导致两者零位不同，于是存在着粗精角度数据耦合的问题。
现有耦合方法主要是“十分位比较法”(文献：1.张东纯、蒋亚红双通道测角系统的粗精耦合问题[J]测控技术2006 Vol25 No9；2.曾庆双、刘升才一种双通道测角系统的设计[J]中国惯性技术学报1996 Vol4 No2)，其方法具体描述如下：
1 定义：粗通道测量值为α，精通道为β；其中α取值范围[0～360°)，精度10′，β取值范围[0～1°)，精度0.5″；
2 粗精通道零位偏差安装结束即可标定出来，令零位偏差为δ，有δ∈[0，1°)；不难理解，当α＝0时，有β＝δ。
3测量结果以a°b′c″表示，a°b′c″的取值区间为[0～359°59′59.5″)，不难理解，b′c″＝β。
4根据定义a的取值与(α+δ)相关，以[α+δ]表示(α+δ)的整数部分，则a取值方法可由流程图图2表示。
该方法要求每一处精通道的测量精度得到保证，而根据经验，在精通道的测量过程中，往往会有某些点存在结构性的固定偏差，因此容易造成耦合误差；其次，该方法中的δ是一个固定值，并未考虑温度漂移的影响，或者说它要求粗精通道的温度漂移保持一致，而这在实际过程往往难以做到。因此，该方法会在一定程度上影响航天仪器的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种粗精双角度传感器角度数据耦合的方法，以解决现有耦合方法在航天产品的使用中可靠性上的不足。
本发明所说的粗精角度数据耦合的方法，具体描述如下：
1 定义：第k次粗通道测量值为α(k)，取值范围[0～360°)，精度10′；第k次精通道测量值为β(k)，取值范围[0～1°)，精度0.5″；第k次的耦合结果为Angle(k)，取值范围[0～359°59′59.5″)。
2 约定零点。由于粗通道旋转变压器的测量精度要差于精通道感应同步器，旋转变压器的每一个测量值，都对应感应同步器一个区间的值。因此，零点的约定以感应同步器测量值为准，旋转变压器测量值为辅。
约定：某位置为零点，要求该位置精通道感应同步器测量值β接近0.5°，粗通道旋转变压器测量值α＝γ0，γ0为一定值。由于α是绝对测角的结果，具有唯一性，因此，同时满足条件
的点，在一周内具有唯一性。γ0的值不同，约定的零点也不同，并不影响该方法的可行性与可靠性。约定该点为零点，每次开机先寻此零点。
3 三段求解。由于已确定零点，不妨假定零点为第一次粗精角度数据融合的结果，即Angle(0)＝0。
按实际使用的情况，粗精通道测量频率均为2.5KHz，扫描机构转速不超过720°/s。由此可知，前后两次测量之差小于(1/3)°，即|Angle(k+1)-Angle(k)|＜(1/3)°，考虑利用此测量关系求解角度数据。将每1°分成Sectα、Sectβ、Sectγ三段，各段取值区间分别为：
Sectα＝[0～1/3°)
Sectβ＝[1/3°～2/3°)
Sectγ＝[2/3°～1°)
如附图3所示。下面利用归纳法融合角度数据。
步骤I：已知Angle(0)＝0，第k次测量结果为α(k)、β(k)，第k+1次测量结果为α(k+1)、β(k+1)。
步骤II：假定由α(k)、β(k)可融合出Angle(k)
步骤III：情况①，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectα，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况②，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectβ，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况③，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectγ，则可判定β(k)、β(k+1)不在同1°内，此时有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)-1°；
情况④，如果β(k)∈Sectβ，不管β(k+1)处在Sectα、Sectβ或Sectγ，都有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况⑤，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectα，则可判定β(k)、β(k+1)不在同1°内，此时有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)+1°；
情况⑥，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectβ，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况⑦，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectγ，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
以上假设了β(k)、β(k+1)所有的可能关系，均可求解出Angle(k+1)。因此可知，由β(k)、β(k+1)的相关性和Angle(k)的值可求融合出Angle(k+1)。
步骤III算法流程图可见附图4。
本发明有如下有益效果：
1.本发明的方法简化了粗精角度数据的融合过程，且能够抑制粗通道1°以内温度漂移对角度数据融合的影响，提高了双角位置传感器测角在航天产品中的可靠性。
2.本发明所提出的方法可应用在各种对环境要求、体积质量要求高的伺服系统的控制中。
附图说明
图1粗精双位置传感器扫描机构结构图
图2“十分位法”粗精角度数据融合算法图
图3三段法图
图4三段法求解算法流程图
图5试验结果图
实验结果与效果说明
为验证该发明，作者研制了粗精双传感器扫描机构。该扫描机构包含粗通道旋转变压器、精通道感应同步器、扫描镜、扫描电机，扫描机构结构图如图1所示。
利用该扫描机构按8.125°/s的转速转动，同时采集粗精角度数据耦合方法耦合出来的角度数据，如图5所示。在该图中，横坐标表示采集样本数，频率为2.5KHz，纵坐标表示采集的角度数据。采集数据是连续的，且未出现奇异点(现有方法易出现奇异点)，表明了该粗精角度数据融合方法的可靠性。
Claims (1)
1.一种粗精双角度传感器角度数据耦合的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
A约定零点
约定：某位置为零点，要求该位置精通道感应同步器测量值β接近0.5°，粗通道旋转变压器测量值α＝γ0，γ0为一定值，γ0的值不同，约定的零点也不同，并不影响该方法的可行性与可靠性，约定该点为零点，每次开机先寻此零点，并假定零点为第一次粗精角度数据融合的结果，即Angle(0)＝0；B三段求解
将每1°分成Sectα、Sectβ、Sectγ三段，各段取值区间分别为：
Sectα＝[0～1/3°)
Sectβ＝[1/3°～2/3°)
Sectγ＝[2/3°～1°)
利用两次测量的相关性融合角度数据，其融合方法如下：
步骤I：已知Angle(0)＝0，第k次测量结果为α(k)、β(k)，第k+1次测量结果为α(k+1)、β(k+1)；
步骤II：假定由α(k)、β(k)可融合出Angle(k)；
步骤III：情况①，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectα，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况②，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectβ，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况③，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectγ，则可判定β(k)、β(k+1)不在同1°内，此时有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)-1°；
情况④，如果β(k)∈Sectβ，不管β(k+1)处在Sectα、Sectβ或Sectγ，都有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况⑤，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectα，则可判定β(k)、β(k+1)不在同1°内，此时有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)+1°；
情况⑥，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectβ，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
情况⑦，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectγ，则可判定β(k)、β(k+1)在同1°内，那么有：
Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；
上述公式中：angle(k)为第k次粗精角度数据融合的结果，α(k)为第k次粗通道旋转变压器测量值，β(k)为第k次精通道感应同步器测量值。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107747956A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-03-02 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种圆感应同步器的数据融合方法 |
| CN108562307A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-09-21 | 北京控制工程研究所 | 一种基于n对极感应同步器的自校正测角方法 |
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2009
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