一种磁电编码器的高精度在线补偿方法

本发明涉及磁电编码器，尤其是涉及一种磁电编码器的高精度在线补偿方法。

背景技术：

1、磁电编码器是一种用于测量转动角度的传感器，它由磁性材料和电感器组成，主要通过测量磁场的变化来确定转动角度。磁电编码器的基本原理是通过相关的磁传感器芯片感知转子转动时所产生的变化磁场，并将其转化为模拟量的正余弦信号进行输出，之后将其送到单片机的adc（模数转换）通道进行采样，对采样值进行细分解码并最终得到转子的精确位置。磁传感器芯片的工作原理是电机转子与圆形磁铁同轴连接且中心重合，转子转动时，传感器芯片和与其平行放置的圆形磁铁之间发生相对运动，产生周期性变化的磁场，转子旋转的角度与该磁场的角度相同，而且磁场的方向和芯片表面平行，传感器芯片捕捉到变化的磁场，进而检测到转子的角度信息。

2、常用的配套磁传感器芯片，输出的信号中的线性因素如直流偏置、幅值等受温度变化影响；考虑到信号中的非线性因素——谐波也受温度影响较大，在不同温度下信号的谐波分量不同，这就致使单片机的adc通道采样后计算得的电机转子位置与实际位置仍有偏差。

3、传统的应对方法是利用校正工装装置，离线时记录在不同温度下磁电编码器的输出角度，制成温度补偿表，使用时进行查表补偿；该校正装置虽然具有一定规律性，但是由于谐波随温度波动，且工况有限，在宽温域下工作时，结果与真实值间有较大差距。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题，本发明采取的技术方案为：

2、一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，用于提高磁电编码器对电机转子角度位置的检测精度，包括如下步骤：

3、s1、电机转子每旋转一圈，均获取多个采样点；

4、s2、对多个采样点进行运算得到平均偏移量，利用平均偏移量进行偏移量补偿，并对多个采样点进行fft计算；

5、s3、fft计算完毕后得到谐波，并将模值转化为幅值后取最大幅值，将每个采样点的幅值均除以该最大幅值以完成归一化；

6、s4、去除x、y通道信号中的谐波分量；

7、s5、计算x通道和y通道的初相，将初相归零，对x、y通道进行非正交修正，修正正交性误差；

8、s6、根据修正后的x、y通道函数得到精确的转子角度位置，重复执行步骤s1-s5，不断进行谐波更新并将结果迭代，实现在线补偿。

9、在一些实施例中，在步骤s1中，电机转子每旋转一圈的过程中，以步长为360°/1024=0.3515625°采样1024个点。

10、在一些实施例中，在步骤s2中，通过如下式子计算得到平均偏移量：

11、ox=（x1+x2+…+x1024)/1024

12、oy=（y1+y2+…+y1024)/1024

13、其中，xn、yn为采样点n对应的x、y通道函数值，n=1,2,3…1024；

14、ox、oy为x、y通道的平均偏移量；

15、利用平均偏移量进行偏移量补偿后，得到的x、y通道函数为：x1=x-ox，y1=y-oy，其中x、y表示进行偏移量补偿的x、y通道函数，x1、y1表示进行偏移量补偿后的x、y通道函数。

16、在一些实施例中，步骤s3中，x、y通道对应的最大幅值分别用ax、ay表示，则归一化后的x、y通道函数为：x2=x1/ax，y2=y2/ay。

17、在一些实施例中，步骤s4中，x、y通道信号中的谐波分量表示为x0,y0，则去除谐波分量后的x、y通道函数为：x3=x2-x0，y3=y2-y0。

18、在一些实施例中，在步骤s5中，通过下式对x、y通道进行非正交修正，修正正交性误差：

19、x4=(x3+sin(phiy)*sin(z))/cos(phix);

20、y4=(y3-sin(phiy)*cos(z))/cos(phiy);

21、式中，phix为x通道相位与零相位的差，phiy为y通道相位与零相位的差，z为据采样值返回的角度位置值，x4、y4表示进行非正交修正后的x、y通道函数。

22、在一些实施例中，在步骤s1中，电机转子旋转首圈时，还对检测得到的模拟量信号进行离线补偿。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

24、本发明提供的磁电编码器的高精度在线补偿方法，该算法消耗低、速度快，可实现温度在线补偿和谐波自动更新，从而在宽温度范围内保证低消耗地提高磁电编码器对电机转子位置的检测精度。

技术特征：

1.一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，用于提高磁电编码器对电机转子角度位置的检测精度，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，在步骤s1中，电机转子每旋转一圈的过程中，以步长为360°/1024=0.3515625°采样1024个点。

3.根据权利要求2所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，在步骤s2中，通过如下式子计算得到平均偏移量：

4.根据权利要求3所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，步骤s3中，x、y通道对应的最大幅值分别用ax、ay表示，则归一化后的x、y通道函数为：x2=x1/ax，y2=y2/ay。

5.根据权利要求4所述的一种磁电编码器的在线补偿方法，其特征在于，步骤s4中，x、y通道信号中的谐波分量表示为x0,y0，则去除谐波分量后的x、y通道函数为：x3=x2-x0，y3=y2-y0。

6.根据权利要求4所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，在步骤s5中，通过下式对x、y通道进行非正交修正，修正正交性误差：

7.根据权利要求1所述的一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，其特征在于，在步骤s1中，电机转子旋转首圈时，还对检测得到的模拟量信号进行离线补偿。

技术总结
本发明公开了一种磁电编码器的高精度在线补偿方法，用于提高磁电编码器对电机转子角度位置的检测精度，包括如下步骤：S1、电机转子每旋转一圈，均获取多个采样点；S2、对多个采样点进行运算得到平均偏移量，利用平均偏移量进行偏移量补偿，并对多个采样点进行FFT计算；S3、FFT计算完毕后得到谐波，并将模值转化为幅值后取最大幅值，将每个采样点的幅值均除以该最大幅值以完成归一化；S4、去除X、Y通道信号中的谐波分量；S5、计算X通道和Y通道的初相，将初相归零，对X,Y通道进行非正交修正，修正正交性误差；S6、根据修正后的X,Y通道函数得到精确的转子角度位置，重复执行步骤S1‑S5，不断进行谐波更新并将结果迭代，实现在线补偿。

技术研发人员：谢怡林,沈安文,罗欣,唐其鹏,张津航
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8