基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法
【专利摘要】基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法，属于航空航天活动机构控制【技术领域】，该方法包括：连接系统控制器、两个霍尔传感器、活动机构、步进电机和电机驱动电路；确定霍尔传感器有效的起始信号与活动机构位置的对应关系；如果活动机构的当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，那么选择与活动机构的目标位置较近的霍尔传感器作为定位器；如果当前位置对应某个霍尔传感器有效，那么选择该霍尔传感器作为定位器；如果当前位置对应某个霍尔传感器有效，并且该霍尔传感器故障，那么选择另一个霍尔传感器作为定位器；如果当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，并且与活动机构的目标位置较近的霍尔传感器故障，那么选择另一个霍尔传感器作为定位器。
【专利说明】基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法，属于航空航天活动机构控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]活动机构在航空航天领域得到越来越多的应用，比如调焦、调偏流、转台控制、机械臂控制等。为了准确将活动机构调整到指定位置，除了要求合理的机构设计，准确定位活动机构位置与合理的活动机构控制方法成为航空航天领域能否实现准确控制活动机构的关键技术。霍尔传感器以自身体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等特点，已经在航空航天领域得到广泛应用，成为定位活动机构位置的重要元件。目前航空航天领域通常一个活动机构采用一个霍尔传感器作为定位器，如果霍尔传感器故障，活动机构将无法准确定位；通过霍尔传感器定位活动机构位置后，通常活动机构不进行重新定位，在霍尔传感器有效的条件下控制活动机构，如果向机构的限位方向移动，并且移动范围较大，容易导致活动机构撞到机构限位，造成活动机构损坏或卡死。
【发明内容】
[0003]为了解决现有活动机构控制方法存在的问题，本发明提出一种基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法。
[0004]本发明的技术方案是:
[0005]基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法，包括以下步骤:
[0006]步骤一，在活动机构被控范围的两端各放置一个霍尔传感器；系统控制器与霍尔传感器相连，采集霍尔传感器的有效或无效信号；系统控制器与电机驱动器相连，控制电机驱动器产生电机控制信号；电机驱动器与电机相连，控制电机转动；电机与活动机构相连，驱动活动机构移动；活动机构与霍尔传感器相连，霍尔传感器根据活动机构位置产生有效或无效信号；
[0007]步骤二，在活动机构移动范围内，确定霍尔传感器有效的起始信号与活动机构位置的对应关系；
[0008]步骤三，如果活动机构的当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，那么选择与活动机构的目标位置相对较近的霍尔传感器作为活动机构的定位器，控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效到有效时，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置；
[0009]步骤四，如果活动机构的当前位置对应某个霍尔传感器有效，那么选择该霍尔传感器作为定位器，控制活动机构向另外一个霍尔传感器方向移动，当定位器从有效变为无效后，控制活动机构停止移动，再控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效变为有效后，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置，如果活动机构未到达目标位置，并且另外一个霍尔传感器从无效变为有效，那么控制活动机构停止移动，重新计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置；
[0010]步骤五，如果活动机构的当前位置对应某个霍尔传感器有效，并且该霍尔传感器故障,那么选择另一个霍尔传感器作为定位器,控制活动机构向另外一个霍尔传感器方向移动，当定位器从无效变为有效后，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置；
[0011]步骤六，如果活动机构的当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，并且与活动机构的目标位置相对较近的霍尔传感器故障，那么选择另一个霍尔传感器作为活动机构的定位器，控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效到有效时，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置。
[0012]步骤二所述确定霍尔传感器有效的起始信号与活动机构位置的对应关系的过程为:在活动机构移动范围内，首先将活动机构移动到霍尔传感器无效的某个位置，然后控制活动机构移向霍尔传感器，当霍尔传感器从无效变为有效后，活动机构停止移动，记录移动机构的当前位置。
[0013]本发明的有益效果:本发明基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法，可以提高活动机构定位的可靠性，两个霍尔传感器互为备份，任意一个霍尔传感器故障，不影响活动机构控制的准确性；活动机构的每次控制，首先通过霍尔传感器准确确定活动机构位置，然后控制活动机构到达目标位置，提高了活动机构位置控制的准确性；活动机构当前位置在霍尔传感器有效范围内时，首先控制活动机构移动到霍尔传感器无效区域，然后通过霍尔传感器定位，最后将活动机构控制到目标位置，可以有效防止活动机构移动到机构限位，避免活动机构损坏或卡死。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法框图。
[0015]图2是本发明基于霍尔传感器定位的俯仰机构控制方法的系统结构框图。
[0016]图3是霍尔传感器的有效范围与活动机构位置关系图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0018]如图1所示，基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法，包括以下步骤:
[0019]步骤一，在活动机构被控范围的两端各放置一个霍尔传感器；系统控制器与霍尔传感器相连，采集霍尔传感器的有效或无效信号；系统控制器与电机驱动器相连，控制电机驱动器产生电机控制信号；电机驱动器与电机相连，控制电机转动；电机与活动机构相连，驱动活动机构移动；活动机构与霍尔传感器相连，霍尔传感器根据活动机构位置产生有效或无效信号。
[0020]步骤二，在活动机构移动范围内，确定霍尔传感器有效的起始信号与活动机构位置的对应关系，确定过程为:在活动机构移动范围内，首先将活动机构移动到霍尔传感器无效的某个位置，然后控制活动机构移向霍尔传感器，当霍尔传感器从无效变为有效后，活动机构停止移动，记录移动机构的当前位置。
[0021]步骤三，如果活动机构的当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，那么选择与活动机构的目标位置相对较近的霍尔传感器作为活动机构的定位器，控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效到有效时，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置。
[0022]步骤四，如果活动机构的当前位置对应某个霍尔传感器有效，那么选择该霍尔传感器作为定位器，控制活动机构向另外一个霍尔传感器方向移动，当定位器从有效变为无效后，控制活动机构停止移动，再控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效变为有效后，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置，如果活动机构未到达目标位置，并且另外一个霍尔传感器从无效变为有效，那么控制活动机构停止移动，重新计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置。
[0023]步骤五，如果活动机构的当前位置对应某个霍尔传感器有效，并且该霍尔传感器故障,那么选择另一个霍尔传感器作为定位器,控制活动机构向另外一个霍尔传感器方向移动，当定位器从无效变为有效后，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置。
[0024]步骤六，如果活动机构的当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，并且与活动机构的目标位置相对较近的霍尔传感器故障，那么选择另一个霍尔传感器作为活动机构的定位器，控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效到有效时，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置。
[0025]将本发明的基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法应用于空间相机，以空间相机的俯仰机构控制为例，详细介绍本发明的具体实施。
[0026]如图2所示，首先，在俯仰机构被控范围的两端各放置一个霍尔传感器；系统控制器与霍尔传感器相连，采集霍尔传感器的有效或无效信号、计算步进电机运行步数和运行方向，系统控制器与电机驱动器相连，控制电机驱动器产生电机控制信号；电机驱动器与步进电机相连，控制步进电机转动；步进电机与俯仰机构相连，驱动俯仰机构移动到目标位置；俯仰机构与霍尔传感器相连，霍尔传感器根据俯仰机构位置产生有效或无效信号反馈给系统控制器。
[0027]系统控制器采用型号为SMJ320C30的微处理器；采用型号为42BYG020G的步进电机；采用型号为SJ-2H042MC的步进电机驱动器。
[0028]如图3所示，霍尔传感器的有效范围与俯仰机构位置的对应关系，俯仰机构控制范围为15°至90°，15°至21.9°小角度霍尔传感器有效，21.9°为小角度霍尔传感器从无效到有效的临界角度，79.7°至90°大角度霍尔传感器有效，79.7°为大角度霍尔传感器从无效到有效的临界角度，50.8°为21.9°和79.7°的中间角度。
[0029]霍尔传感器定位的俯仰机构的控制流程，包括以下步骤:
[0030]步骤1:如果两个霍尔传感器都无效，两个霍尔传感器未故障，并且俯仰机构目标角度不大于50.8°，那么控制俯仰机构向小角度方向移动，小角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据小角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度21.9°和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0031]步骤2:如果两个霍尔传感器都无效，两个霍尔传感器未故障，并且俯仰机构目标角度大于50.8°，那么控制俯仰机构向大角度方向移动，大角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据大角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度79.V和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0032]步骤3:如果小角度霍尔传感器有效，小角度霍尔传感器未故障，并且俯仰机构目标角度大于79.V，那么控制俯仰机构向大角度方向移动，小角度霍尔传感器由有效变为无效后，控制俯仰机构停止移动，控制俯仰机构向小角度方向移动，小角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据小角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度21.9°和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置，如果大角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据大角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度79.V和俯仰机构目标角度重新计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0033]步骤4:如果小角度霍尔传感器有效，小角度霍尔传感器未故障，并且俯仰机构目标角度不大于79.V，那么控制俯仰机构向大角度方向移动，小角度霍尔传感器由有效变为无效后，控制俯仰机构停止移动，控制俯仰机构向小角度方向移动，小角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据小角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度21.9°和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0034]步骤5:如果大角度霍尔传感器有效，大角度霍尔传感器未故障，并且俯仰机构目标角度小于21.9°，那么控制俯仰机构向小角度方向移动，大角度霍尔传感器由有效变为无效后，控制俯仰机构停止移动，控制俯仰机构向大角度方向移动，大角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据大角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度79.V和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置，如果小角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据小角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度21.9°和俯仰机构目标角度重新计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0035]步骤6:如果大角度霍尔传感器有效，大角度霍尔传感器未故障，并且俯仰机构目标角度不小于21.9°，那么控制俯仰机构向小角度方向移动，大角度霍尔传感器由有效变为无效后，控制俯仰机构停止移动，控制俯仰机构向大角度方向移动，大角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据大角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度79.V和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0036]步骤7:如果小角度霍尔传感器有效，并且小角度霍尔传感器故障，控制俯仰机构向大角度方向移动，大角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据大角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度79.V和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0037]步骤8:如果大角度霍尔传感器有效，并且大角度霍尔传感器故障，控制俯仰机构向小角度方向移动，小角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据小角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度21.9°和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。[0038]步骤9:如果两个霍尔传感器都无效，并且大角度霍尔传感器故障，控制俯仰机构向小角度方向移动，小角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据小角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度21.9°和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
[0039]步骤10:如果两个霍尔传感器都无效，并且小角度霍尔传感器故障，控制俯仰机构向大角度方向移动，大角度霍尔传感器由无效变为有效后，控制俯仰机构停止移动，根据大角度霍尔传感器确定俯仰机构当前角度79.V和俯仰机构目标角度计算步进电机运行步数和运行方向，控制步进电机驱动俯仰机构到达目标位置。
【权利要求】
1.基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤一，在活动机构被控范围的两端各放置一个霍尔传感器；系统控制器与霍尔传感器相连，采集霍尔传感器的有效或无效信号；系统控制器与电机驱动器相连，控制电机驱动器产生电机控制信号；电机驱动器与电机相连，控制电机转动；电机与活动机构相连，驱动活动机构移动；活动机构与霍尔传感器相连，霍尔传感器根据活动机构位置产生有效或无效信号； 步骤二，在活动机构移动范围内，确定霍尔传感器有效的起始信号与活动机构位置的对应关系； 步骤三，如果活动机构的当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，那么选择与活动机构的目标位置相对较近的霍尔传感器作为活动机构的定位器，控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效到有效时，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置； 步骤四，如果活动机构的当前位置对应某个霍尔传感器有效，那么选择该霍尔传感器作为定位器，控制活动机构向另外一个霍尔传感器方向移动，当定位器从有效变为无效后，控制活动机构停止移动，再控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效变为有效后，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置，如果活动机构未到达目标位置，并且另外一个霍尔传感器从无效变为有效，那么控制活动机构停止移动，重新计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置； 步骤五，如果活动机构的当前位置对应某个霍尔传感器有效，并且该霍尔传感器故障，那么选择另一个霍尔传感器作为定位器，控制活动机构向另外一个霍尔传感器方向移动，当定位器从无效变为有效后，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置； 步骤六，如果活动机构的当前位置对应的两个霍尔传感器都无效，并且与活动机构的目标位置相对较近的霍尔传感器故障，那么选择另一个霍尔传感器作为活动机构的定位器，控制活动机构向定位器移动，当定位器从无效到有效时，控制活动机构停止移动，计算活动机构需要移动的范围，控制活动机构移动到目标位置。
2.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器定位的活动机构控制方法，其特征在于，步骤二所述确定霍尔传感器有效的起始信号与活动机构位置的对应关系的过程为:在活动机构移动范围内，首先将活动机构移动到霍尔传感器无效的某个位置，然后控制活动机构移向霍尔传感器，当霍尔传感器从无效变为有效后，活动机构停止移动，记录移动机构的当前位置。
【文档编号】G05D3/12GK103592954SQ201310529189
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】于涛 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所