[发明专利]一种永磁直线电机的位置解算方法

说明书

本发明公开了一种永磁直线电机的位置解算方法。本发明永磁直线电机的位置解算方法，包括：S1、通过在永磁直线电机的永磁体近表面建立相互错位的霍尔传感器检测磁场信号，确保磁场信号与电角度具有唯一映射关系；S2、通过预运行电机系统，建立磁场信号与电角度对应的关系数据库；S3、在实际运行中，在关系数据库搜索包含磁场信号的目标区间，并通过插值算法解算出电角度。提出了一种基于传感器在低高度时检测到的马鞍形磁场信号特征的位置解算方法，可以有效避免或者减少谐波信号的对系统的影响，可以最大限度提高位置检测的精度。

技术领域

本发明属于直线电机技术领域，尤其涉及一种永磁直线电机的位置解算方法。

背景技术

随着机器人、精密制造、智能制造等先进制造技术的发展，高速、高效、高精度成为当前自动化及智能设备发展的主要方向之一。直接驱动及其应用技术飞速发展，在直线领域，直线电机是直接驱动的主体，已经广泛应用于各行各业，其如何不断提高其性能，同时降低成本是学术和产业界研究研发的热点。在高精度的直线电机位置控制中，位置检测是其关键技术之一，直接影响着控制系统的精度，且占据成本的很大一部分。

目前主要有以下几种位置检测方法：

1)基于光栅尺位置检测：光栅尺经常用于闭环伺服系统中，直线同步电机可以采用光栅进行直接跟踪，且具有较大的检测范围，较高的检测精度，较好的动态响应速度。现有方案在分析光栅信号检测及其输出信号的基础上，解决了使用DSP对光栅信号进行接收和处理的问题，提出了对其采样时的周期选择办法，同时，在PID算法的基础上制定了电机的控制方案，用以实现直线电机的高响应、高精度控制。但由于光栅尺生产工艺原因，若测量长度超过一定限度或较高精度应用场合，光栅元件具有价格高和安装成本大的缺点。

2)基于感应同步器位置检测：在高精度数字显示系统或数控闭环系统中圆盘式感应同步器用以检测角位移信号，直线式用以检测线位移。特点具有精度高，节距误差具有平均自补偿作用；可以采用多块定尺接长，测量长度不受限制，但是不适用于高速场合下。现有方案针对基于感应同步器位置检测目前存在的一些问题，给出了一种新型的位置检测方法——幅值细分法，克服了感应信号中动态分量对测量结果的影响，使其能够在高速运动场合下位置检测，但其实感应同步器输出的感应信号是调幅信号且幅度很低，在信号处理上比较繁琐，工程应用水平不成熟。

3)基于图像处理方法：该方法通过电机上的高速相机实时采集定子图像，图像相关图像处理方法，计算相邻图像的亚像素微量位移，得到动子的实际位置。现有方案提出一种图像亚像素测量算法的直线电机动子检测。通过直线电机上的高速相机实时采集图像，采用图像互相关算法计算出相邻整像素位移量，得到直线电机动子的实际位移。该方法能够提供实时准确的位置和速度数据，但是由于工业用高速相机价格及其昂贵，存在一定局限。

4)基于无位置传感器方法：针对传感器的位置和速度传感器在某些应用场合受限的情况，有多种无位置传感器旋转电机转子位置估计方法，如基于反电势的反电势观测法，基于永磁同步电机凸极效应的高频信号注入法，基于状态观测器的自适应观测器法和卡尔曼滤波器法等。现有方案针对空心式永磁直线同步电机动子位置和速度估算进行研究，对直线电机低俗运行时出现的磁链漂移问题进行了分析，通过磁链中值和死区补偿算法有效解决了反电势引起的磁链漂移问题，有效提高了直线电机低速运动时的动子位置估算精确度。无位置传感器算法对低速、超高速、高精度、动态性能要求高的场合还难以满足定位伺服实际使用的需求。