[发明专利]基于传感器阵列编码的永磁球形转子区间姿态辨识方法

说明书

本发明涉及一种基于传感器阵列编码的永磁球形转子区间姿态辨识方法，包括传感器阵列的分布模型以及区间划分和区间姿态的辨识方法，其中，(1)传感器阵列的分布模型以及区间划分的方法如下：根据转子磁极的排布规则将转子表面划分若干区间，区间满足条件：所有区间应能够表示转子所有区间姿态，在区间分界线的交点处布置若干线性霍尔传感器；(2)区间姿态的辨识方法：规定转子初始姿态；获取每一种基本区间姿态对应的传感器输出的编码信号和磁场值绝对值信息；计算传感器坐标；扩展到转子任意区间姿态，绘制成表格，得到转子在任意区间姿态下的传感器输出的编码信息和磁场值绝对值信息；在线检测。

技术领域

本发明涉及到一种永磁球形电机转子区间姿态检测方法，属于永磁球形电机控制技术领域。

背景技术

随着现代航天、军事、化工、工业自动化和智能机器人等领域的发展，对多自由度运动的需求越来越多，越来越迫切。球形电机以其体积小、重量轻、结构相对简单、转矩密度较高、在一个关节处可以提供多达3个自由度的运动等优势得到了人们广泛的关注。然而球形电机特殊的结构导致传统电机的姿态检测方法无法直接借鉴在球形电机上。并且对球形电机的闭环精确控制，需要检测球形电机的姿态信息。因此球形电机转子姿态检测技术是当前球形电机研究中迫切需要解决的问题。

研究永磁球形电机转子姿态检测方法，具重要价值和研究前景。目前对球形电机姿态检测方面研究较多的方法主要基于滑轨支架、数字编码器以及视觉传感器。基于滑轨支架配合旋转编码器的测量方法需要特殊的导联结构耦合转子方向与编码器，增加摩擦阻力，给系统运行带来不便；基于数字编码器的测量方法需要在转子表面喷涂颜色，并且为了提高分辨率，需要布置较多的光电编码器，增加了系统的复杂程度，并且价格昂贵；而基于视觉传感器的系统体积较大，难以集成，且检测速度受视觉图形的处理速度制约。因此，目前的研究方法都存在着在短时间内难以解决的问题，设计永磁球形电机姿态检测方法是迫切需要的。

相关文献

1.Li B,Li ZT,Li GD,“Magnetic Field Model for Permanent MagnetSpherical Motor With Double Polyhedron Structure,”IEEE Transactions onMagnetics,vol.53,no.12,Dec.2017.

2.Li B,Xia CL,Li HF,“Study on the position identification of aHalbach array permanent magnet spherical motor,”Proceedings of the 2007 IEEEInternational Conference on Robotics and Biomimetics,pp.2080-2084,Dec.2007.

3.Yee-Pien Yang,Yi-Yuan Ting,“Improved Angular DisplacementEstimation Based on Hall-Effect Sensors for Driving a Brushless Permanent-Magnet Motor,”IEEE Transactions on Industrial Electronics,vol.61,no.1,pp.504-511,Jan.2014.

发明内容

本发明的目的是提供一种可以快速检测永磁球形电机姿态的方法。本发明提出区间姿态的概念，利用有限的线性霍尔传感器组成覆盖转子球表面的传感器阵列，并通过设立预值使得线性霍尔传感器阵列具有双重作用，既可以检测转子表面磁场也可以用来输出编码信号。然后结合线性霍尔传感器阵列输出的编码信号和磁场值绝对值信息，共同判断转子区间姿态。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于传感器阵列编码的永磁球形转子区间姿态辨识方法，包括传感器阵列的分布模型以及区间划分和区间姿态的辨识方法，其中，