CN114938164A - 一种基于线性霍尔传感器的编码器装置及容错控制方法 - Google Patents

一种基于线性霍尔传感器的编码器装置及容错控制方法 Download PDF

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张懿
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Abstract

本发明公开了一种基于线性霍尔传感器的编码器装置，包括：线性霍尔传感器模块、信号解析模块、磁环模块；所述线性霍尔传感器模块包括四个线性霍尔传感器，四个所述线性霍尔传感器成，相邻两个所述线性霍尔传感器成90°夹角分布，所述线性霍尔传感器用于获取磁环模块中磁场的强度；所述信号解析模块与所述线性霍尔传感器模块连接，所述信号解析模块用于对线性霍尔传感器输出的电信号进行处理并得出角度；所述磁环模块套接在转子上，所述磁环模块用于产生随电信号改变而改变的磁场。本发明对不同损坏问题采用了不同的容错控制方法，提升效率，以确保电机的稳定性。

Description

一种基于线性霍尔传感器的编码器装置及容错控制方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种基于线性霍尔传感器的编码器装置及容错控制方法。
背景技术
编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器能够把角位移或直线位移转换成电信号，因此编码器在测量、自动化、计算机和信息技术领域得到广泛的应用。
传统的编码器通常采用机械式方法获取绝对位置，通过光栅以及光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲及数字量。但其一，此方法精度不高，在大量程和恶劣环境下受影响较严重，且随着长时间的接触产生磨损导致偏差，同时会造成一定的光污染。其二，根据霍尔效应，编码器通过四个正交的霍尔器件产生4个相位差为90°的正弦波形，解析波形获得信息。但是电磁干扰和温度变化会使其产生位置偏移，从而产生误差。
本发明提出一种基于线性霍尔传感器的编码器装置及容错控制方法，根据霍尔器件的不同状态，选择不同角度计算方法，给电机提供准确的转子位置。
发明内容
本发明提供了一种基于线性霍尔传感器的编码器装置及容错控制方法，以解决传统编码器由于霍尔传感器错误而产生的偏差的问题。
本发明提供了一种基于线性霍尔传感器的编码器装置，包括：线性霍尔传感器模块、信号解析模块、磁环模块；
所述线性霍尔传感器模块包括四个线性霍尔传感器，四个所述线性霍尔传感器成，相邻两个所述线性霍尔传感器成90°夹角分布，所述线性霍尔传感器用于获取磁环模块中磁场的强度；
所述信号解析模块与所述线性霍尔传感器模块连接，所述信号解析模块用于对线性霍尔传感器输出的电信号进行处理并得出角度；
所述磁环模块套接在转子上，所述磁环模块用于产生随电信号改变而改变的磁场。
本发明还提供了一种基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，包括如下步骤：
步骤1：获得四个线性霍尔传感器的输出波形，根据输出波形获取四个线性霍尔传感器相互之间的相位差、幅值差；
步骤2：根据相位差、幅值差判断线性霍尔传感器的错误类型；
步骤3：根据不同的错误类型选择不同角度计算方法；获取至少一个角度作为编码器的输出角度来对电机旋转角度进行调整，使电机平稳旋转。
进一步地，所述步骤2中所述的错误类型包括：
错误类型1：一个线性霍尔传感器损坏；错误类型2：相对的两个线性霍尔传感器损坏；错误类型3：相邻的两个线性霍尔传感器损坏；错误类型4：三个线性霍尔传感器损坏；错误类型5：四个线性霍尔传感器均损坏。
进一步地，所述错误类型1的判断方式为：
当只存在两个输出相位差为90°时，则为错误类型1；
所述错误类型2的判断方式为：
当不存在输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差为180°时，则为错误类型2；
所述错误类型3的判断方式为：
当只存在一个输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差不为180°时，则为错误类型3；
所述错误类型4的判断方式为：
当不存在输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差不为180°时，则为错误类型4；
所述错误类型5的判断方式为：
当无输出时，则判断为错误类型5。
进一步地，所述不步骤3中根据不同的错误类型进行相应的错误补偿的具体方法如下：
当为错误类型1时，在剩余三个线性霍尔传感器的输出信号中取两组正交信号，利用正交锁相环计算法计算得到两个角度，以获得的两个角度的算数平均值作为准确角度；
当为错误类型2时，将利用剩余两个线性霍尔传感器输出信号的幅值信息相互补偿，通过直接计算法获得一个角度，以获得的一个角度作为准确角度；
当为错误类型3时，将剩余两个相互正交的霍尔信号利用正交锁相环计算法计算得到一个角度，以获得的一个角度作为准确角度；
当为错误类型4时，利用剩余的一个线性霍尔传感器的输出信号，通过直接计算法获得一个角度，以获得的一个角度作为准确角度。
进一步地，所述正交锁相环计算方法为：
Figure BDA0003634212000000031
xβ(t)＝A sinω0t
Figure BDA0003634212000000032
Figure BDA0003634212000000033
其中，
Figure BDA0003634212000000034
xβ(t)为正交线性霍尔传感器的测量信号，ω0为测量信号的频率，A为测量信号的幅值，ε(t)为鉴相输出，
Figure BDA0003634212000000035
为经过正交锁相环处理后测量信号的角频率，
Figure BDA0003634212000000036
为经过正交锁相环处理后测量信号的角位置。
进一步地，所述直接计算方法为：
Figure BDA0003634212000000037
Figure BDA0003634212000000038
Figure BDA0003634212000000039
Figure BDA00036342120000000310
其中，A为线性霍尔传感器输出信号的幅值，K为线性霍尔传感器输出信号的偏移量，x(t)为线性霍尔传感器输出信号的当前值，
Figure BDA0003634212000000041
为最终求得的测量信号的角位置。
本发明的有益效果：
1、本发明不涉及硬件拆装，且对线性霍尔传感器的安装精度无特别需求，减小了安装时的操作难度；
2、本发明减少了机械性的接触，增加了编码器的寿命；
3、本发明采用的线性霍尔传感器，其精度高、成本低；
4、本发明对不同损坏问题采用了不同的容错控制方法，提升效率，以确保电机的稳定性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明的基于线性霍尔传感器装置示意图；
图2为本发明的基于线性霍尔传感器的编码器容错控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本发明实施例提供一种基于线性霍尔传感器的编码器装置，包括：线性霍尔传感器模块、信号解析模块、磁环模块；
线性霍尔传感器模块包括四个线性霍尔传感器，如图1所示，分别为H1、H2、H3、H4，线性霍尔传感器H1与H3、H2与H4分别以磁环为中心安装在相对位置，线性霍尔传感器H1与H2、H2与H3、H3与H4、H4与H1具有两两相互正交的位置关系，磁环模块以电机转子轴为轴向安装，且与线性霍尔模块处于同一水平面，线性霍尔传感器用于获取磁环模块中磁场的强度；
信号解析模块与线性霍尔传感器模块连接，信号解析模块用于对线性霍尔传感器输出的电信号进行处理；
磁环模块套接在转子上，磁环模块用于产生随电信号改变而改变的磁场。
本发明还提供了一种基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，包括如下步骤：
步骤1：获得四个线性霍尔传感器的输出波形，根据输出波形获取四个线性霍尔传感器相互之间的相位差、幅值差；
步骤2：根据相位差、幅值差判断线性霍尔传感器的错误类型；
其中，错误类型包括：错误类型1：一个线性霍尔传感器损坏；错误类型2：相对的两个线性霍尔传感器损坏；错误类型3：相邻的两个线性霍尔传感器损坏；错误类型4：三个线性霍尔传感器损坏；错误类型5：四个线性霍尔传感器均损坏；
每个错误类型判断方法如下：
错误类型1的判断方式为：
当只存在两个输出相位差为90°时，则为错误类型1；
错误类型2的判断方式为：
当不存在输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差为180°时，则为错误类型2；
错误类型3的判断方式为：
当只存在一个输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差不为180°时，则为错误类型3；
错误类型4的判断方式为：
当不存在输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差不为180°时，则为错误类型4；
错误类型5的判断方式为：
当无输出时，则判断为错误类型5；
除了五个错误类型外还包括一个正常情况的类型：
四个线性霍尔传感器均没有损坏，即四个输出波形的相位差均为90°；
步骤3：根据不同的错误类型选择不同角度计算方法；根据计算得到的一个或数个角度得到准确角度，对电机角度进行调整，使电机平稳旋转，具体如下：
当为错误类型1时，在剩余三个线性霍尔传感器的输出信号中取两组正交信号，利用正交锁相环计算法计算得到两个角度，以获得的两个角度的算数平均值作为准确角度；
当为错误类型2时，将利用剩余两个线性霍尔传感器输出信号的幅值信息相互补偿，通过直接计算法获得一个角度，以获得的一个角度作为准确角度进行错误补充；
当为错误类型3时，将剩余两个相互正交的霍尔信号利用正交锁相环计算法计算得到一个角度，以获得的一个角度作为准确角度；
当为错误类型4时，利用剩余的一个线性霍尔传感器的输出信号，通过直接计算法获得一个角度，以获得的一个角度作为准确角度；
当为错误类型5时，输出故障信号；
当为正常情况类型时，在四个线性霍尔传感器的输出中，将四组两两正交的输出信号，利用正交锁相环计算法计算得到四个角度，这四个角度为准确的角度。
其中，正交锁相环计算方法为：
Figure BDA0003634212000000061
xβ(t)＝A sinω0t
Figure BDA0003634212000000062
Figure BDA0003634212000000063
其中，
Figure BDA0003634212000000066
xβ(t)为正交线性霍尔传感器的测量信号，ω0为测量信号的频率，A为测量信号的幅值，ε(t)为鉴相输出，
Figure BDA0003634212000000064
为经过正交锁相环处理后测量信号的角频率，
Figure BDA0003634212000000065
为经过正交锁相环处理后测量信号的角位置。
直接计算方法为：
Figure BDA0003634212000000071
Figure BDA0003634212000000072
Figure BDA0003634212000000073
Figure BDA0003634212000000074
其中，A为线性霍尔传感器输出信号的幅值，K为线性霍尔传感器输出信号的偏移量，x(t)为线性霍尔传感器输出信号的当前值，
Figure BDA0003634212000000075
为最终求得的测量信号的角位置；
步骤4：将错误补偿信号反馈到锁相环，对电机系数进行调整，使电机平稳旋转。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种基于线性霍尔传感器的编码器装置，其特征在于，包括：线性霍尔传感器模块、信号解析模块、磁环模块；
所述线性霍尔传感器模块包括四个线性霍尔传感器，四个所述线性霍尔传感器成，相邻两个所述线性霍尔传感器成90°夹角分布，所述线性霍尔传感器用于获取磁环模块中磁场的强度；
所述信号解析模块与所述线性霍尔传感器模块连接，所述信号解析模块用于对线性霍尔传感器输出的电信号进行处理并得出角度；
所述磁环模块套接在转子上，所述磁环模块用于产生随电信号改变而改变的磁场。
2.一种基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，适用于如权利要求1所述的基于线性霍尔传感器的编码器装置，其特征在于，所述基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，包括如下步骤：
步骤1：获得四个线性霍尔传感器的输出波形，根据输出波形获取四个线性霍尔传感器相互之间的相位差、幅值差；
步骤2：根据相位差、幅值差判断线性霍尔传感器的错误类型；
步骤3：根据不同的错误类型选择不同角度计算方法；获取至少一个角度作为编码器的输出角度来对电机旋转角度进行调整，使电机平稳旋转。
3.如权利要求2所述的基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，其特征在于，所述步骤2中所述的错误类型包括：
错误类型1：一个线性霍尔传感器损坏；错误类型2：相对的两个线性霍尔传感器损坏；错误类型3：相邻的两个线性霍尔传感器损坏；错误类型4：三个线性霍尔传感器损坏；错误类型5：四个线性霍尔传感器均损坏。
4.如权利要求3所述的基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，其特征在于，所述错误类型1的判断方式为：
当只存在两个输出相位差为90°时，则为错误类型1；
所述错误类型2的判断方式为：
当不存在输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差为180°时，则为错误类型2；
所述错误类型3的判断方式为：
当只存在一个输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差不为180°时，则为错误类型3；
所述错误类型4的判断方式为：
当不存在输出相位差为90°，且相对线性霍尔传感器的输出相位差不为180°时，则为错误类型4；
所述错误类型5的判断方式为：
当无输出时，则判断为错误类型5。
5.如权利要求3或4所述的基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，其特征在于，所述步骤3中根据不同的错误类型进行相应的错误补偿的具体方法如下：
当为错误类型1时，在剩余三个线性霍尔传感器的输出信号中取两组正交信号，利用正交锁相环计算法计算得到两个角度，以获得的两个角度的算数平均值作为准确角度；
当为错误类型2时，将利用剩余两个线性霍尔传感器输出信号的幅值信息相互补偿，通过直接计算法获得一个角度，以获得的一个角度作为准确角度；
当为错误类型3时，将剩余两个相互正交的霍尔信号利用正交锁相环计算法计算得到一个角度，以获得的一个角度作为准确角度；
当为错误类型4时，利用剩余的一个线性霍尔传感器的输出信号，通过直接计算法获得一个角度，以获得的一个角度作为准确角度。
6.如权利要求5所述的基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，其特征在于，所述正交锁相环计算方法为：
Figure FDA0003634211990000031
xβ(t)＝A sinω0t
Figure FDA0003634211990000032
Figure FDA0003634211990000033
其中，
Figure FDA0003634211990000034
xβ(t)为正交线性霍尔传感器的测量信号，ω0为测量信号的频率，A为测量信号的幅值，ε(t)为鉴相输出，
Figure FDA0003634211990000035
为经过正交锁相环处理后测量信号的角频率，
Figure FDA00036342119900000310
为经过正交锁相环处理后测量信号的角位置。
7.如权利要求5所述的基于线性霍尔传感器的编码器装置容错控制方法，其特征在于，所述直接计算方法为：
Figure FDA0003634211990000036
Figure FDA0003634211990000037
Figure FDA0003634211990000038
Figure FDA0003634211990000039
其中，A为线性霍尔传感器输出信号的幅值，K为线性霍尔传感器输出信号的偏移量，x(t)为线性霍尔传感器输出信号的当前值，
Figure FDA0003634211990000041
为最终求得的测量信号的角位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115824273A (zh) * 2022-09-23 2023-03-21 哈尔滨理工大学 一种球面形多绕阻磁电式编码器及其角度解算方法
CN116633088A (zh) * 2023-05-24 2023-08-22 南京航空航天大学 一种双凸极电机电流传感器零偏故障诊断和容错控制方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115824273A (zh) * 2022-09-23 2023-03-21 哈尔滨理工大学 一种球面形多绕阻磁电式编码器及其角度解算方法
CN115824273B (zh) * 2022-09-23 2023-06-16 哈尔滨理工大学 一种球面形多绕阻磁电式编码器及其角度解算方法
CN116633088A (zh) * 2023-05-24 2023-08-22 南京航空航天大学 一种双凸极电机电流传感器零偏故障诊断和容错控制方法
CN116633088B (zh) * 2023-05-24 2024-03-08 南京航空航天大学 一种双凸极电机电流传感器零偏故障诊断和容错控制方法

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