CN114545022A - 一种高速直线电机定位测速实时仿真方法及系统 - Google Patents

一种高速直线电机定位测速实时仿真方法及系统 Download PDF

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CN114545022A CN202210106574.1A CN202210106574A CN114545022A CN 114545022 A CN114545022 A CN 114545022A CN 202210106574 A CN202210106574 A CN 202210106574A CN 114545022 A CN114545022 A CN 114545022A
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史黎明
李耀华
徐飞
李子欣
张明远
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Abstract

本发明公开了一种高速直线电机定位测速实时仿真方法及系统，旨在解决高速直线电机定位测速系统建模以及定位测速方法验证的问题。所述方法包括：动子光栅尺、激光阵列实时仿真建模方法，以及动子位置和速度仿真计算方法。所述系统包括：一种电子设备、多个激光器、接收装置和控制器。一种电子设备根据给定的动子位置曲线，结合动子光栅尺模型、激光器阵列模型生成脉冲信号，触发不同激光器产生激光脉冲信号，接收装置通过接收器检测激光器脉冲信号并对动子的位置和速度进行实时仿真计算，控制器将给定的动子位置和速度曲线与仿真测量的位置和速度曲线进行对比。该系统能够真实还原高速直线电机的动子位置与速度运行过程，为高速直线电机定位测速系统的设计和算法的验证提供平台。

Description

一种高速直线电机定位测速实时仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及定位测速仿真领域，具体涉及一种高速直线电机定位测速实时仿真方法及系统。
背景技术
大型电磁发射高速直线电机是利用电机产生的电磁力，按照预定的运行速度，在有限的行程和较短的时间范围内迅速完成加速度、匀速和制动全部过程的新型设备。系统在运行过程中需要精确控制动子速度以获得运动体气动特性的精确数据。直线感应电机可以看作是一个伺服系统，采用动子速度进行闭环控制，为实现稳定的推力，在系统运行过程中需要高精度、高实时性的动子速度，同时由于定子由多个定子段构成，为降低变流器的功率容量，需要通过切换开关对定子进行分段供电，因此需要动子的实时位置信息。
现有的高速直线驱动定位测速技术主要有激光和电涡流式测速系统。测速算法主要有T法、M法、M/T法、跟踪微分器法、卡尔曼滤波算法以及最小二乘法等。中国专利CN201810464869“用于高速直线电机的组合测速系统”公开了一种用于高速直线电机的组合测速系统和方法。但该系统通过两套接收器测量动子的速度和位置，通过测速方法采用固定时间内的脉冲数量，即M法，因此会造成时间延迟，尤其是加速度较大的电磁发射领域，会造成测速延迟，从而导致系统控制推力不稳定问题。中国专利201510130015.4“超速度磁悬浮列车测速定位装置及方法”公开了一种高速磁悬浮列车激光定位装置及方法。其激光器安装与磁浮列车上，采用的T法进行测速。
以下文献是与本发明相关的技术背景资料：
[1]韦克康、毛凯、张艳清等，用于高速直线电机的组合测速系统和方法，2018.05.16，CN201810464869.X。
[2]郭永勇，邹东升，张庆杰等，高速磁悬浮列车激光测速定位装置及方法，2019.03.20，CN201910210291.X。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法实现高速直线电机定位测速实时仿真建模的问题，本发明提供了一种高速直线电机定位测速实时仿真方法及系统，能够真实还原高速直线电机的动子位置与速度运行过程，为高速直线电机定位测速系统的设计和算法的验证提供了平台。
本发明所提出的技术方案如下：
一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，应用于高速直线电机定位测速实时仿真系统，所述仿真系统包括激光器阵列以及接收装置，该仿真建模方法包括：
步骤S1，根据动子光栅尺、激光阵列器实时仿真建模，生成各激光器的驱动信号脉冲，触发各激光器产生光脉冲信号；
步骤S2，计算接收装置中的各激光接收器的绝对位置以及动子位置；
步骤S3，计算动子速度；
其中所述步骤S1包括：
步骤S10，确定动子板的光栅尺总长度L，光栅孔宽度w1，光栅孔间距w2，激光器阵列的间距x；
步骤S11，确定所述激光器阵列中每个激光器的绝对位置，所述仿真系统共包括i个激光器，其中i为正整数，所述i个激光器分别为第一激光器，第二激光器，……，第i激光器；所述第一激光器的绝对位置l1为0，即l1＝0，所述第二激光器位置l2为x，即l2＝x，所述第三激光器的绝对位置2*x，即l3＝2*x，以此类推，所述第i激光器的绝对位置为(i-1)*x，即li＝(i-1)*x；
步骤S12，确定单个接收装置中激光接收器的数量，以及单个接收装置能够测量的区域距离长度，如果单个接收装置中激光接收器的数量为n，则单个接收装置能够测量的区域距离长度y为y＝n*x，其中，激光接收器的数量n与激光器的数量相等，即i＝n；
步骤S13，给定动子位置s，对所述给定的动子位置s以所述的单个接收装置能够测量的区域距离长度y求余，得到第一余数部分z，即z＝s％y；
步骤S14，然后对所述的第一余数部分z以所述的光栅孔间距w2进行求余，得到第二余数部分a，即a＝z％w2；
步骤S15，根据上述第一余数部分z、第二余数部分a生成各所述激光器的驱动信号脉冲。
进一步的，所述步骤S15包括：
当所述第一余数部分z>l1且z≤(l1+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，所述第一激光器的驱动信号电平为高，当所述的第一余数部分z>l1且z≤(l1+L)且所述第二余数部分a>w1，所述第一激光器的驱动信号电平为低，当第一余数部分z≤l1或z>(l1+L)时，所述第一激光器的驱动信号电平一直保持低或者高；
当所述第一余数部分z>l2且z≤(l2+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，所述第二激光器的驱动信号电平为高，当所述的第一余数部分z>l2且z≤(l2+L)且所述第二余数部分a>w1，所述第二激光器的驱动信号电平为低，当第一余数部分z≤l2或z>(l2+L)时，所述第二激光器的驱动信号电平一直保持低或者高；
以此类推，当所述第一余数部分z>li且z≤(li+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，所述第i激光器的驱动信号电平为高，当所述的第一余数部分z>li且z≤(li+L)且所述第二余数部分a>w1，所述第i激光器的驱动信号电平为低，当第一余数部分z≤li或z>(li+L)时，所述第i激光器的驱动信号电平一直保持低或者高；即可生成各所述激光器的驱动信号脉冲。
进一步的，所述步骤S2包括：
步骤S20，确定所述各激光器对应的所述激光接收器，所述第一激光器对应的所述激光接收器为第一激光接收器，所述第二激光器对应的所述激光接收器的第二激光接收器，所述第三激光器对应的所述激光接收器为第三激光接收器，以此类推，直到第n激光接收器；
步骤S21，使用所述接收装置接收光脉冲信号，同时将光脉冲信号转换为电脉冲信号，然后检测电脉冲信号的上升沿，根据最后一个激光器上升沿的数量确定各激光接收器的绝对位置，并计算动子的实时位置：p＝mi×w2+Yi；其中p表示动子板的位置，mi表示单个所述激光接收器输入光脉冲信号数量，w2表示动子板光栅孔间距，Yi表示各所述激光接收器的绝对位置。
进一步的，由于仿真系统的直线电机实际长度大于单个接收装置实际所能检测的区域的长度，因此，所述激光接收器的绝对位置是随位移长度变化循环累加的。所述步骤S21中，确定各激光接收器的绝对位置包括：
当每次所述第n激光接收器上升沿数量等于(x/w2)的整数部分时，仿真系统中循环次数k要增加1；
当循环次数k为0时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝0，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝2*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝(n-1)*x；
当循环次数k为1时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝n*x，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(n+1)*x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(n+2)*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝(2*n-1)*x；
当循环次数k为2时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝2*n*x，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(2n+1)*x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(2*n+2)*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝(3*n-1)*x；
以此类推，对于循环次数为k，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝k*n*x，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(k*n+1)*x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(k*n+2)*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝((k+1)*n-1)*x。
进一步的，由于各所述激光接收器循环利用，因此在下一次循环开始时对各所述激光接收器对应的处理器中的寄存器中上升沿个数清零，以避免累积误差。
进一步的，所述步骤S3包括：
当所述第一激光接收器检测到光脉冲信号时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间T1，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第一速度，即v1＝w2/T1。
当所述第二激光接收器检测到光脉冲信号时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间T2，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第二速度，即v2＝w2/T2。
以此类推，一直到所述第n激光接收器检测到光脉冲信号时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间Tn，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第n速度，即vn＝w2/Tn。
当所述第一个激光接收器检测到光脉冲信号时，所述第一速度v1有效，当所述第二个激光接收器检测到光脉冲信号时，所述第二速度v2有效，以此类推，当所述第n激光接收器检测到光脉冲信号时，所述第n速度vn有效。
本发明还提供了一种高速直线电机定位测速实时仿真系统，该仿真系统包括：一种电子设备、多个激光器、接收装置及控制器；
所述一种电子设备包括存储器以及驱动信号输出接口，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行所述的高速直线电机定位测速实时仿真方法；
所述激光器包括电光转换模块，所述激光器能够接收电平信号并控制发光和熄灭，以产生所述光脉冲信号；
所述接收装置包括多个激光接收器、光电转换电路以及信号调理电路，至少一个处理器以及与至少一个该处理器通信的存储器；
所述激光接收器用于接收光脉冲信号，所述光电转换模块用于将光脉冲信号转换为电脉冲信号，所述信号调理电路用于滤除高频干扰信号；
所述控制器包括至少两个通信模块以及处理器，其中第一个所述通信模块用于接收从所述接收装置上传的动子位置及速度信息，第二个所述通信模块用于接收所述一种电子设备上传的给定的动子位置及速度信息；所述控制器中的处理器用于对比两个通信模块接收的动子位置及速度曲线。
本发明具有以下有益效果：
本发明能够真实还原高速直线电机的动子位置与速度运行过程，能为高速直线电机定位测速系统的设计和算法的验证提供平台。
附图说明
图1为本发明实例提供的一种用于高速直线电机定位测速实时仿真建模方法流程图。
图2为本发明实例提供的一种高速直线电机定位测速实时仿真系统方框示意图。
图3为本发明实例提供的一种用于高速直线电机定位测速实时仿真方法实施例过程中的所述相邻四个激光器驱动信号。
图4为本发明实例提供的一种用于高速直线电机定位测速实时仿真方法实施例过程中所述给定位置以及动子位置测量结果对比。
图5为本发明实例提供的一种用于高速直线电机定位测速实时仿真方法实施例过程中参考速度以及测量速度结果对比。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实时例进行详细说明，阐述了具体细节，以帮助全面解释本发明。
本发明提供了一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，该仿真建模方法包括：
步骤S1，根据动子光栅尺、激光阵列器实时仿真建模，生成各激光器的驱动信号脉冲，触发各激光器产生光脉冲信号；
步骤S2，计算各激光接收器的绝对位置以及动子位置；
步骤S3，计算动子速度。
针对步骤S1，图1提供了一种用于高速直线电机定位测速实时仿真建模方法流程图。该建模方法包括：
步骤S10，确定所述动子板的光栅尺总长度L，光栅孔宽度w1，光栅孔间距w2，激光器阵列中相邻激光器的间距x，假设所述光栅尺总长度为L＝2000毫米，光栅孔宽度为w1＝10毫米，光栅孔间距w2＝20毫米，所述激光器阵列的间距x＝1000毫米。
步骤S11，确定所述仿真系统中所述激光器阵列中每个激光器的绝对位置。所述第一激光器的绝对位置l1为0，即l1＝0；所述第二激光器位置l2为x，即l2＝1000毫米，所述第三激光器绝对位置为2*x，即l3＝2000毫米，以此类推，若系统共包括16个激光器，所述第十六激光器的绝对位置为l16＝15*1000毫米。
步骤S12，确定所述单个接收装置中激光接收器的数量，以及单个接收装置能够测量的区域距离长度。即如果单个接收装置中激光接收器的数量为n，假设n＝16，则单个接收装置能够测量的区域距离长度y为n*x，即y＝15000毫米，其中单个接收装置中激光接收器的数量n等于激光器的数量，即i＝n。
步骤S13，对所述给定位置s以所述的y求余，得到第一余数部分为z，即z＝s％16000。
步骤S14，然后对所述第一余数部分z以所述的光栅孔间距w2进行求余，得到第二余数部分为a，即a＝z％w2。
步骤S15，当所述第一余数部分z>l1且z≤(l1+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，即z>0且z≤2000，且a≤10时，所述第一激光器的驱动信号电平为高；当所述的第一余数部分z>l1且z≤(l1+L)且所述第二余数部分a>w1，即z>0且z≤2000，且a>10时，所述第一激光器的驱动信号电平为低；当第一余数部分z≤l1或z>(l1+L)时，即z<0或z>2000时，所述第一激光器的驱动信号电平一直保持低或者高。
当所述第一余数部分z>l2且z≤(l2+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，即z>1000且z≤3000，且a≤10时，所述第二激光器的驱动信号电平为高；当所述的第一余数部分z>l2且z≤(l2+L)且所述第二余数部分a>w1，即z>1000且z≤3000，且a>10时，所述第二激光器的驱动信号电平为低；当所述第一余数部分z≤l2或z>3000时，所述第二激光器的驱动信号电平一直保持低或者高。
以此类推，当所述第一余数部分z>li且z≤(li+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，第i激光器的驱动信号电平为高；当所述的第一余数部分z>li且z≤(li+L)且所述第二余数部分a>w1，所述第i激光器的驱动信号电平为低；当第一余数部分z≤li或z>(li+L)时，所述第i激光器的驱动信号电平一直保持低或者高；即可生成各所述激光器的驱动信号脉冲。
针对步骤S2，为解决仿真中动子位置计算时，各所述接收器循环调用的问题，本发明提供了一种高速直线电机动子位置仿真计算方法，该仿真计算方法包括：
步骤S20，确定所述各激光器对应的所述激光接收器，所述第一激光器对应的激光接收器为第一激光接收器，所述第二激光器对应的激光接收器为第二激光接收器，所述第三激光器对应的激光接收器为第三激光接收器，以此类推。
步骤S21，所述激光接收器用于接收光脉冲信号，同时将光脉冲信号转换为电脉冲信号，然后通过检测电脉冲信号的上升沿，根据上升沿的数量以及接收器的绝对位置，计算动子的实时位置：p＝mi×w2+Yi。
其中p表示动子板的位置，mi表示单个所述接收器输入光脉冲信号数量，L表示动子板光栅孔间距，Yi表示各所述接收器的绝对位置。
具体的，确定所述接收装置中各激光接收器的绝对位置方式如下：由于仿真系统的直线电机实际长度大于单个接收器实际所能检测的区域的长度，因此，所述激光接收器的绝对位置是随位移长度变化循环累加的。当每次最后一个所述激光接收器，即所述第十六激光接收器上升沿数量m16等于(1000/2)的整数部分时，即m16＝500时，仿真系统中循环次数k要增加1。
如，当循环次数为0时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝0，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝x，即Y2＝1000毫米；所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝2*x，即Y3＝2000毫米；以此类推，最后一个所述激光接收器的绝对位置为Yn＝(n-1)*x，即Y16＝15000毫米。
当循环次数为1时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝n*x，即Y1＝16000毫米；所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(n+1)*x，即Y2＝17000毫米；所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(n+2)*x，即Y2＝18000毫米；以此类推，最后一个所述接收器的绝对位置为Yn＝(2*n-1)*x，即Y16＝31000毫米。
当循环次数为2时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝2*n*x，即Y1＝32000毫米；所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(2n+1)*x，即Y2＝33000毫米；所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(2n+2)*x，即Y3＝34000毫米；以此类推，最后一个所述激光接收器的绝对位置为Yn＝(3*n-1)*x，即Y16＝47000毫米。
以此类推，当循环次数为k时，所述第一个激光接收器的绝对位置Y1＝k*n*x，即Y1＝k*16000毫米；所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(k*n+1)*x，即Y2＝(k*16+1)*1000；所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(k*n+2)*x，即Y3＝(k*16+2)*1000；以此类推，最后一个所述激光接收器的绝对位置为Yn＝((k+1)*n-1)*x，即Y16＝((k+1)*16-1)*1000。
由于各所述激光接收器循环利用，因此在下一次循环开始时对各所述激光接收器对应的处理器中的寄存器中上升沿个数清零，以避免累积误差。
针对步骤S3，为解决仿真中动子速度问题，本发明提供了一种高速直线电机动子速度仿真计算方法，该方法包括：
当所述第一激光接收器检测到脉冲时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间T1，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第一速度，即v1＝w2/T1。
当所述第二激光接收器检测到脉冲时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间T2，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第二速度，即v2＝w2/T2。
以此类推，一直到所述第16激光接收器检测到脉冲时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间T16，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第16速度，即v16＝w2/Tn。
其中，当所述第一个激光接收器检测到脉冲时，所述第一速度v1有效，当所述第二个激光接收器检测到脉冲时，所述第二速度v2有效，以此类推，当所述第16激光接收器检测到脉冲时，所述第16速度v16有效。
如图2所示，本发明还提供了一种高速直线电机定位测速实时仿真系统，该系统包括一种电子设备10、多个激光器11、接收装置12及控制器13；
所述一种电子设备包括存储器以及驱动信号输出接口，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行所述的高速直线电机定位测速实时仿真方法；
所述多个激光器包括电光转换模块，所述激光器能够接收电平信号控制发光和熄灭，产生建模方法中拟生成的光脉冲信号。
所述一种接收器包括激光接收器、光电转换电路以及信号调理电路，至少一个处理器以及与至少一个所述处理器通信的存储器。
所述激光接收器用于接收激光信号，所述光电转换模块用于将光脉冲信号转换为电脉冲信号，所述信号调理电路用于滤除高频干扰信号。
所述控制器包括至少两个通信模块以及处理器，其中第一个所述通信模块用于接收从所述接收装置上传的动子位置和速度信息，第二个所述通信模块用于接收一种电子设备上传的位置和速度信息。所述处理器用于对比给定位置和速度曲线和接收装置测量的位置和速度曲线。
如图3所示，根据本发明中步骤S1过程，生成了各激光器的驱动脉冲信号，图3中，由上往下分别为所述第一激光器的驱动脉冲信号、第二激光器的驱动脉冲信号、第三激光器的驱动脉冲信号以及第四激光器的驱动脉冲信号。
如图4所示，根据本发明中步骤S2过程，计算得到的动子位置曲线。图4中，阶梯状的线段为仿真中计算得到的位移信号，线性的曲线为给定的位置信号，由图可以看出，仿真计算能够准确跟踪所述给定的位置信号。
如图5所示，根据本发明中S3过程，计算得到的动子速度曲线。图5中，阶梯状的线段为仿真中给定的速度曲线，带波动的曲线为仿真中计算得到的速度曲线。除本发明所介绍的测速算法外，本发明所提供的仿真平台还可以对其他测速算法进行验证，从而对比不同测速算法的优劣。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实时例中的对应过程，在此不在赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的一种高速直线电机定位测速实时仿真系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，应用于高速直线电机定位测速实时仿真系统，所述仿真系统包括激光器阵列以及接收装置，其特征在于，该仿真方法包括：
步骤S1，根据动子光栅尺、激光阵列器实时仿真建模，生成各激光器的驱动信号脉冲，触发各激光器产生光脉冲信号；
步骤S2，计算接收装置中各激光接收器的绝对位置以及动子位置；
步骤S3，计算动子速度；
其中所述步骤S1包括：
步骤S10，确定动子板的光栅尺总长度L，光栅孔宽度w1，光栅孔间距w2，激光器阵列的间距x；
步骤S11，确定所述激光器阵列中每个激光器的绝对位置，所述仿真系统共包括i个激光器，其中i为正整数，所述i个激光器分别为第一激光器，第二激光器，……，第i激光器；所述第一激光器的绝对位置l1为0，即l1＝0，所述第二激光器位置l2为x，即l2＝x，所述第三激光器的绝对位置2*x，即l3＝2*x，以此类推，第i激光器的绝对位置为(i-1)*x，即li＝(i-1)*x；
步骤S12，确定单个接收装置中激光接收器的数量，以及单个接收装置能够测量的区域距离长度，如果单个接收装置中激光接收器的数量为n，则单个接收装置能够测量的区域距离长度y为y＝n*x，其中，激光接收器的数量n与激光器的数量相等，即i＝n；
步骤S13，给定动子位置s，对所述给定的动子位置s以所述的单个接收装置能够测量的区域距离长度y求余，得到第一余数部分z，即z＝s％y；
步骤S14，然后对所述的第一余数部分z以所述的光栅孔间距w2进行求余，得到第二余数部分a，即a＝z％w2；
步骤S15，根据上述第一余数部分z、第二余数部分a生成各所述激光器的驱动信号脉冲。
2.根据权利要求1所述的一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，其特征在于，
所述步骤S15包括：
当所述第一余数部分z>l1且z≤(l1+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，所述第一激光器的驱动信号电平为高，当所述的第一余数部分z>l1且z≤(l1+L)且所述第二余数部分a>w1，所述第一激光器的驱动信号电平为低，当第一余数部分z≤l1或z>(l1+L)时，所述第一激光器的驱动信号电平一直保持低或者高；
当所述第一余数部分z>l2且z≤(l2+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，所述第二激光器的驱动信号电平为高，当所述的第一余数部分z>l2且z≤(l2+L)且所述第二余数部分a>w1，所述第二激光器的驱动信号电平为低，当第一余数部分z≤l2或z>(l2+L)时，所述第二激光器的驱动信号电平一直保持低或者高；
以此类推，当所述第一余数部分z>li且z≤(li+L)同时所述第二余数部分a≤w1时，所述第i激光器的驱动信号电平为高，当所述的第一余数部分z>li且z≤(li+L)且所述第二余数部分a>w1，所述第i激光器的驱动信号电平为低，当第一余数部分z≤li或z>(li+L)时，所述第i激光器的驱动信号电平一直保持低或者高；即可生成各所述激光器的驱动信号脉冲。
3.根据权利要求1所述的一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，其特征在于，
所述步骤S2包括：
步骤S20，确定所述各激光器对应的所述激光接收器，所述第一激光器对应的所述激光接收器为第一激光接收器，所述第二激光器对应的所述激光接收器的第二激光接收器，所述第三激光器对应的所述激光接收器为第三激光接收器，以此类推，直到第n激光接收器；
步骤S21，使用所述接收装置接收光脉冲信号，同时将光脉冲信号转换为电脉冲信号，然后检测电脉冲信号的上升沿，根据最后一个激光器上升沿的数量确定各激光接收器的绝对位置，并计算动子的实时位置：p＝mi×w2+Yi；其中p表示动子板的位置，mi表示单个所述激光接收器输入光脉冲信号数量，w2表示动子板的光栅孔间距，Yi表示各所述激光接收器的绝对位置。
4.根据权利要求3所述的一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，其特征在于，
所述步骤S21中，确定各激光接收器的绝对位置包括：
所述激光接收器的绝对位置随位移长度变化循环累加的，当每次所述第n激光接收器上升沿数量等于(x/w2)的整数部分时，仿真系统中循环次数k要增加1；
当循环次数k为0时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝0，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝2*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝(n-1)*x；
当循环次数k为1时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝n*x，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(n+1)*x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(n+2)*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝(2*n-1)*x；
当循环次数k为2时，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝2*n*x，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(2n+1)*x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(2*n+2)*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝(3*n-1)*x；
以此类推，对于循环次数为k，所述第一激光接收器的绝对位置Y1＝k*n*x，所述第二激光接收器的绝对位置Y2＝(k*n+1)*x，所述第三激光接收器的绝对位置Y3＝(k*n+2)*x，以此类推，所述第n激光接收器的绝对位置为Yn＝((k+1)*n-1)*x。
5.根据权利要求4所述的一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，其特征在于，
由于各所述激光接收器循环利用，因此在下一次循环开始时对各所述激光接收器对应的处理器中的寄存器中上升沿个数清零，以避免累积误差。
6.根据权利要求1所述的一种高速直线电机定位测速实时仿真方法，其特征在于，
所述步骤S3包括：
当所述第一激光接收器检测到光脉冲信号时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间T1，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第一速度，即v1＝w2/T1。
当所述第二激光接收器检测到光脉冲信号时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间T2，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第二速度，即v2＝w2/T2。
以此类推，一直到所述第n激光接收器检测到光脉冲信号时，通过计算相邻两个上升沿之间的时间Tn，结合动子板光栅孔间距w2计算所述动子板的第n速度，即vn＝w2/Tn。
其中，当所述第一个激光接收器检测到光脉冲信号时，所述第一速度v1有效，当所述第二个激光接收器检测到光脉冲信号时，所述第二速度v2有效，以此类推，当所述第n激光接收器检测到光脉冲信号时，所述第n速度vn有效。
7.一种高速直线电机定位测速实时仿真系统，其特征在于，该仿真系统包括：一种电子设备、多个激光器、接收装置及控制器；
所述一种电子设备包括处理器、存储器以及驱动信号输出接口，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现权利要求1-5中任一项所述的高速直线电机定位测速实时仿真方法；
所述激光器包括电光转换模块，所述激光器能够接收电平信号并控制发光和熄灭，以产生所述光脉冲信号；
所述接收装置包括多个激光接收器、光电转换电路以及信号调理电路，至少一个处理器以及与至少一个该处理器通信的存储器；
所述激光接收器用于接收光脉冲信号，所述光电转换模块用于将光脉冲信号转换为电脉冲信号，所述信号调理电路用于滤除高频干扰信号；
所述控制器包括至少两个通信模块以及处理器，其中第一个所述通信模块用于接收从所述接收装置上传的动子位置及速度信息，第二个所述通信模块用于接收所述一种电子设备上传的给定的动子位置及速度信息；所述控制器中的处理器用于对比两个通信模块接收的动子位置及速度曲线。
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Citations (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1401273A1 (ru) * 1986-09-30 1988-06-07 Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова Измеритель линейных перемещений
JPH0484709A (ja) * 1990-07-27 1992-03-18 Sony Magnescale Inc 変位量検出装置
EP0501453A2 (en) * 1991-02-26 1992-09-02 Mitutoyo Corporation Combination optical and capacitive absolute position measurement apparatus
EP1473550A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-03 Mitutoyo Corporation Absolute optical position encoder with fiber optic readhead and at least two scales
WO2012022141A1 (zh) * 2010-08-14 2012-02-23 桂林广陆数字测控股份有限公司 绝对位置测量容栅位移测量方法、传感器及其运行方法
EP2466272A2 (de) * 2010-12-16 2012-06-20 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Optische Positionsmesseinrichtung
CN102722086A (zh) * 2011-06-28 2012-10-10 清华大学 一种无接触式单自由度定位装置及其同步运动控制方法
CN102998043A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 北方工业大学 用于监测悬浮状态下直线电机动态推力的装置及方法
WO2013174216A1 (zh) * 2012-05-24 2013-11-28 广东工业大学 一种单轨绝对光栅尺及其图像编码方法
CN104682579A (zh) * 2015-03-24 2015-06-03 西南交通大学 双线圈并绕的无线电能传输系统及其输出功率分配方法
WO2015113493A1 (zh) * 2014-01-28 2015-08-06 广东工业大学 绝对光栅尺辅助安装和误差补偿方法
WO2015188515A1 (zh) * 2014-06-10 2015-12-17 广东工业大学 基于纵横转换放大的宏微复合光栅尺测量系统
CN105758312A (zh) * 2016-04-07 2016-07-13 广东工业大学 一种绝对式光栅尺及其条纹边界定位方法
CN107957503A (zh) * 2017-11-23 2018-04-24 广电计量检测（西安）有限公司 一种多功能测速装置
US10151579B1 (en) * 2017-08-31 2018-12-11 Guangdong University Of Technology Array photoelectric sensor grating displacement detection system and method
CN110091055A (zh) * 2019-05-16 2019-08-06 东莞理工学院 一种用于激光划片设备的机器视觉自动定位系统
CN110501516A (zh) * 2018-05-16 2019-11-26 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 用于超高速直线电机的组合测速系统和方法
CN110758474A (zh) * 2019-10-28 2020-02-07 武汉理工大学 一种阵列光栅传感与交叉感应回线相结合的高速磁悬浮列车定位测速方法
CN111376948A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 轨道列车定位方法及系统
CN111381237A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 基于激光反射的管道列车定位方法及系统
CN111721960A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 超高速磁悬浮列车激光测速定位装置及方法
CN112066863A (zh) * 2020-11-10 2020-12-11 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种动圈式直线电机位置校准装置及方法
CN112937642A (zh) * 2021-04-09 2021-06-11 中国人民解放军国防科技大学 一种高速磁浮列车相对里程检测传感器及检测方法
CN113291353A (zh) * 2020-02-24 2021-08-24 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种基于曼彻斯特编码的超高速磁悬浮列车定位测速系统
CN113291354A (zh) * 2020-02-24 2021-08-24 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种基于m序列编码的超高速磁悬浮列车定位测速系统
CN113295161A (zh) * 2020-02-24 2021-08-24 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种多源信息融合的超高速磁悬浮列车车载测速定位装置
CN113420526A (zh) * 2021-07-05 2021-09-21 中国科学院电工研究所 分段供电直线感应电机实时仿真建模方法、系统及设备
CN113533774A (zh) * 2020-04-21 2021-10-22 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种宽速域激光测速及校准试验装置与方法

Patent Citations (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1401273A1 (ru) * 1986-09-30 1988-06-07 Алтайский политехнический институт им.И.И.Ползунова Измеритель линейных перемещений
JPH0484709A (ja) * 1990-07-27 1992-03-18 Sony Magnescale Inc 変位量検出装置
EP0501453A2 (en) * 1991-02-26 1992-09-02 Mitutoyo Corporation Combination optical and capacitive absolute position measurement apparatus
EP1473550A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-03 Mitutoyo Corporation Absolute optical position encoder with fiber optic readhead and at least two scales
WO2012022141A1 (zh) * 2010-08-14 2012-02-23 桂林广陆数字测控股份有限公司 绝对位置测量容栅位移测量方法、传感器及其运行方法
EP2466272A2 (de) * 2010-12-16 2012-06-20 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Optische Positionsmesseinrichtung
CN102722086A (zh) * 2011-06-28 2012-10-10 清华大学 一种无接触式单自由度定位装置及其同步运动控制方法
WO2013174216A1 (zh) * 2012-05-24 2013-11-28 广东工业大学 一种单轨绝对光栅尺及其图像编码方法
CN102998043A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 北方工业大学 用于监测悬浮状态下直线电机动态推力的装置及方法
WO2015113493A1 (zh) * 2014-01-28 2015-08-06 广东工业大学 绝对光栅尺辅助安装和误差补偿方法
WO2015188515A1 (zh) * 2014-06-10 2015-12-17 广东工业大学 基于纵横转换放大的宏微复合光栅尺测量系统
CN104682579A (zh) * 2015-03-24 2015-06-03 西南交通大学 双线圈并绕的无线电能传输系统及其输出功率分配方法
CN105758312A (zh) * 2016-04-07 2016-07-13 广东工业大学 一种绝对式光栅尺及其条纹边界定位方法
US10151579B1 (en) * 2017-08-31 2018-12-11 Guangdong University Of Technology Array photoelectric sensor grating displacement detection system and method
CN107957503A (zh) * 2017-11-23 2018-04-24 广电计量检测（西安）有限公司 一种多功能测速装置
CN110501516A (zh) * 2018-05-16 2019-11-26 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 用于超高速直线电机的组合测速系统和方法
CN111381237A (zh) * 2018-12-28 2020-07-07 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 基于激光反射的管道列车定位方法及系统
CN111376948A (zh) * 2018-12-29 2020-07-07 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 轨道列车定位方法及系统
CN111721960A (zh) * 2019-03-20 2020-09-29 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 超高速磁悬浮列车激光测速定位装置及方法
CN110091055A (zh) * 2019-05-16 2019-08-06 东莞理工学院 一种用于激光划片设备的机器视觉自动定位系统
CN110758474A (zh) * 2019-10-28 2020-02-07 武汉理工大学 一种阵列光栅传感与交叉感应回线相结合的高速磁悬浮列车定位测速方法
CN113291353A (zh) * 2020-02-24 2021-08-24 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种基于曼彻斯特编码的超高速磁悬浮列车定位测速系统
CN113291354A (zh) * 2020-02-24 2021-08-24 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种基于m序列编码的超高速磁悬浮列车定位测速系统
CN113295161A (zh) * 2020-02-24 2021-08-24 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种多源信息融合的超高速磁悬浮列车车载测速定位装置
CN113533774A (zh) * 2020-04-21 2021-10-22 中国航天科工飞航技术研究院（中国航天海鹰机电技术研究院） 一种宽速域激光测速及校准试验装置与方法
CN112066863A (zh) * 2020-11-10 2020-12-11 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种动圈式直线电机位置校准装置及方法
CN112937642A (zh) * 2021-04-09 2021-06-11 中国人民解放军国防科技大学 一种高速磁浮列车相对里程检测传感器及检测方法
CN113420526A (zh) * 2021-07-05 2021-09-21 中国科学院电工研究所 分段供电直线感应电机实时仿真建模方法、系统及设备

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
节德刚;刘延杰;孙立宁;陈智超;蔡鹤皋;: "基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法", 光学精密工程, no. 07, 15 July 2007 (2007-07-15) *
韩继文;李耀华;: "电力电子电机系统的计算机仿真", 辽宁工程技术大学学报, no. 02, 15 April 2007 (2007-04-15) *

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