振镜电磁转矩方向与角度检测装置极性匹配方法及装置与流程

1.本技术涉及振镜偏转控制技术领域，尤其涉及振镜电磁转矩方向与角度检测装置极性匹配方法及装置。


背景技术：

2.振镜是一种由特殊的直流永磁电机和反射镜片组成的光反射系统，其特点是电机转子的旋转角度受限(通常为-20
°
至+20
°
)，反射镜片与转子连接，常作为光学领域内改变光路角度的执行机构。
3.图1为采用光电式角度传感器作为振镜偏转角度输出装置的振镜系统示意图，图1中示出的振镜与其驱动器间由以下功能管脚进行连接：#1光电式角度传感器a组输出、#2光电式角度传感器b组输出、#3激光二极管正极，#4参考地、#5定子绕组负极、#6定子绕组正极。其中管脚#1至管脚#4的正确连接可确保振镜所采用的光电式角度传感器正常工作。同时，振镜也可采用编码器作为其偏转角度输出装置，但是无论振镜采用何种装置对其偏转角度信号进行输出，在振镜的生产过程中都需要将绕制后的定子线圈固定在振镜的铁质外壳中。受限于生产加工工艺，在定子线圈安装时无法对定子线圈的绕制方向进行逐一区分。以图1为例，在安装过程中，只能先将定子绕组的两端随机分别固定在振镜接口的#5与#6两个管脚上。因此，当给管脚#6输入正电流时，振镜转子产生力矩的方向有可能与振镜角度输出装置所输出的转子转动方向不一致，进而出现振镜电磁转矩方向与振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配的问题。当这种极性不匹配的问题出现时，振镜驱动器中的偏转角度闭环控制模块将无法进入负反馈工作状态，即振镜的闭环控制进入正反馈工作状态，这将导致电机被烧毁或者反射镜片被击碎。
4.传统振镜驱动器无法对具有上述问题的振镜进行自适应控制，因此在振镜系统调试或维修时，需要技术人员通过调换振镜接口上管脚#5管脚与#6的焊接顺序的方式，寻找正确的匹配极性，进而才能使振镜驱动器对该振镜进行正常的负反馈控制。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种振镜电磁转矩方向与角度检测装置极性匹配方法及装置，以解决传统振镜驱动器无法对振镜电磁转矩方向与振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性进行自动匹配的问题。
6.本技术采用的技术方案如下：
7.振镜电磁转矩方向与角度检测装置极性匹配方法,所述方法包括以下步骤：
8.在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，采集振镜角度检测装置输出的第一振镜角度信号；
9.根据基准信号生成控制信号，通过所述控制信号生成激励信号，再向振镜定子绕组输入所述激励信号以驱动振镜转子偏转；
10.在向振镜定子绕组输入所述激励信号后，采集所述振镜角度检测装置输出的第二
振镜角度信号；
11.根据所述基准信号的积分值、所述第一振镜角度信号和所述第二振镜角度信号，判断振镜电磁转矩方向与振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性是否匹配；
12.若所述振镜电磁转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性不匹配，则设置第一极性调整因子；
13.所述偏转角度闭环控制模块正常工作后，利用所述第一极性调整因子，对输入到所述偏转角度闭环控制模块中的振镜角度检测装置输出信号、或对所述偏转角度闭环控制模块的输出信号进行极性反转，确保极性不匹配的振镜系统进行负反馈控制。
14.进一步地，判断振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性是否匹配，包括：
15.当所述基准信号的积分值大于0时，判断所述第一振镜角度信号是否小于所述第二振镜角度信号：若所述第一振镜角度信号小于所述第二振镜角度信号，则判定振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配；
16.或者，当所述基准信号的积分值小于0，判断所述第一振镜角度信号是否大于所述第二振镜角度信号：若所述第一振镜角度信号大于所述第二振镜角度信号时，则判定振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配。
17.进一步地，采用开环控制方法生成控制信号，通过所述控制信号生成激励信号，再向振镜定子绕组输入所述激励信号以驱动振镜转子偏转，包括以下步骤：
18.s201预设所述激励信号的半波总个数n、幅度调节系数增量δk和正弦波角频率w；
19.s202初始化半波个数计时器n＝0、计时器t0＝0及幅度调节系数k＝0；
20.s203计算得到所述基准信号u
ref
，所述基准信号u
ref
的计算公式为：
21.u
ref
＝k sin(wt)
22.其中，t＝t0+δt，δt为计时器步进值；
23.s204设基准信号u
ref
与控制信号u
con
相同，从而获得控制信号u
con
，将所述控制信号u
con
输入功率放大模块，再将功率放大模块所输出的所述激励信号注入所述振镜定子绕组；
24.s205判断wt是否大于π；
25.s206若wt小于π，则进行s203；
26.s207若wt大于π，则判断n是否大于或等于n，并进行s208或s209；
27.s208若n小于n，则计算并重复s203-s208；
28.s209若n大于或等于n，则停止向振镜定子绕组输入激励信号。
29.进一步地，采用闭环控制方法生成控制信号，通过所述控制信号生成激励信号，再向振镜定子绕组输入激励信号以驱动振镜转子偏转，包括以下步骤：
30.s301预设位置补偿值v
offset
、函数输出饱和值u
throld
及总时长t
max
、
31.s302初始化计时器t＝0；
32.s303计算得到基准信号，所述基准信号u
ref
的计算公式为：
[0033][0034]
其中，h为斜波信号的斜率，t为时间，u
throld
为函数输出饱和值，h与u
throld
的关系为符号相同；
[0035]
s304在振镜偏转过程中采集振镜角度位置信号v
pos
，并进行绝对值运算得到|v
pos
+v
offset
|；
[0036]
s305根据|v
pos
+v
offset
|与所述基准信号u
ref
计算得到误差信号u
err
：
[0037]uerr
＝u
ref-|v
pos
+v
offset
|；
[0038]
s306根据所述误差信号u
err
计算得到所述控制信号，所述控制信号u
con
的计算公式为：
[0039][0040]
其中，k
p
、ki及kd分别为pid控制器的比例、积分及微分系数，s为微分算子；
[0041]
s307将所述控制信号u
con
输入功率放大模块，再将所述功率放大模块所输出的所述激励信号注入所述振镜定子绕组；
[0042]
s308判断t是否大于t
max
，并进行s309或s3010；
[0043]
s309若t小于t
max
，则计时器计时为t＝t+δt，并重复步骤s303-s308，其中，δt为计时器步进值；
[0044]
s3010若t大于或等于t
max
，则停止对振镜定子绕组输入激励信号。
[0045]
又一方面，本技术还提供振镜电磁转矩方向与角度检测装置极性匹配装置,包括：
[0046]
采集模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，采集振镜角度检测装置输出的振镜角度信号；
[0047]
极性匹配测试信号生成模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，根据基准信号生成控制信号，所述控制信号用于控制功率放大模块生成激励信号以驱动振镜转子偏转；
[0048]
判断模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，根据所述基准信号的积分值和注入所述激励信号前后获取的振镜角度信号，判断振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性是否匹配；其中，所述振镜角度信号包括在注入所述激励信号前所采集的第一振镜角度信号和在注入所述激励信号后所采集的第二振镜角度信号；
[0049]
极性调整因子生成模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，当所述振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配时，设置第一极性调整因子；
[0050]
极性调整模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作后，利用所述第一极性调整因子，对输入到所述偏转角度闭环控制模块中的振镜角度检测装置输出信号、或对所述偏转角度闭环控制模块的输出信号进行极性反转，确保极性不匹配的振镜系统进行负反馈控制。
[0051]
进一步地，所述判断模块，用于在所述基准信号的积分值大于0，且所述第一振镜角度信号小于所述第二振镜角度信号时，判定振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的
角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配；
[0052]
或者，用于在所述基准信号的积分值小于0，且所述第一振镜角度信号大于所述第二振镜角度信号时，判定振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配。
[0053]
采用本技术的技术方案的有益效果如下：
[0054]
本技术在振镜驱动器的偏转角度闭环控制模块正常工作前，利用开环控制方法或闭环控制方法根据基准信号生成控制信号，并通过控制信号控制功率放大模块生成激励信号，然后向振镜定子绕组输入激励信号；再根据基准信号的积分值、在振镜偏转过程中采集的第一振镜角度信号和第二振镜角度信号，判断振镜电磁转矩方向与振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性是否匹配；进一步，在振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配时，生成并利用极性调整因子-1，在振镜驱动器的偏转角度闭环控制模块正常工作后，将输入到偏转角度闭环控制模块中的振镜角度检测装置输出信号、或将偏转角度闭环控制模块的输出信号进行极性反转，使得振镜驱动器上的偏转角度闭环控制模块对振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配的振镜也能够进行正常的负反馈控制，实现对振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，整个极性匹配过程无需人工介入，可实现全自动检测，有效提升了振镜系统的生产效率及驱动器的自适应控制能力；
[0055]
进一步，本技术在采用开环控制方法生成控制信号控制振镜系统的情况下，对输入到振镜定子绕组的激励信号的波形进行限定。在被限定波形的激励信号的驱动下，振镜在偏转过程中不断进行先加速后减速运动，且加速时间与减速时间相同，这能够确保振镜在极性匹配过程中，转子一旦接触到振镜对转子的机械限位时，转子的速度可控，从而有效降低了振镜在极性匹配过程中转子接触到振镜机械限位时的速度，解决了因转子速度产生较大突变进而损坏镜片的问题；
[0056]
进一步，本技术在采用闭环控制方法控制振镜系统情况下，对输入到振镜定子绕组的激励信号的波形进行限定，并利用被限定波形的激励信号对振镜偏转角度的绝对值进行带宽较低的闭环控制，使振镜在极性匹配过程的偏转角度轨迹更加平缓，对振镜及镜片的保护更加完善。
附图说明
[0057]
为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0058]
图1为传统采用光电式角度传感器作为振镜偏转角度输出装置的振镜系统示意图；
[0059]
图2为本技术实施例提供的一种振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性自动匹配方法流程图；
[0060]
图3(a)为在传统光电式振镜系统正常工作后，在偏转角度闭环控制模块输出端所添加极性调整模块的示意图；
[0061]
图3(b)为在传统光电式振镜系统正常工作后，在振镜角度检测装置输出端所添加极性调整模块的示意图；
[0062]
图4为本技术实施例所提供的基于开环控制的极性匹配控制模块示意图；
[0063]
图5为本技术实施例所提供的采用开环方式生成基准信号的流程图；
[0064]
图6为本技术实施例通过开环方式生成的基准信号的波形图；
[0065]
图7(a)为利用图6所示的基准信号对极性匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图；
[0066]
图7(b)为利用图6所示的基准信号对极性不匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图；
[0067]
图8为本技术实施例所提供的基于闭环控制的极性匹配控制模块示意图；
[0068]
图9为本技术实施例通过闭环方式生成的基准信号的流程图；
[0069]
图10为本技术实施例所提供的采用闭环控制时的基准信号波形图；
[0070]
图11(a)为利用图10所示的基准信号对极性匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图；
[0071]
图11(b)为利用图10所示的基准信号对极性不匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图。
具体实施方式
[0072]
为了使本技术领域的人员更好地理解本技术实施例中的技术方案，并使本技术实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术实施例中的技术方案作进一步详细的说明。
[0073]
参见图1为采用光电式角度传感器作为振镜偏转角度输出装置的振镜系统示意图；图2为本技术实施例提供的一种振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性自动匹配方法流程图；图3(a)为在传统光电式振镜系统正常工作后，在偏转角度闭环控制模块输出端所添加极性调整模块的示意图；图3(b)为在传统光电式振镜系统正常工作后，在振镜角度检测装置输出端所添加极性调整模块的示意图；图4为本技术实施例所提供的基于开环控制的极性匹配控制模块示意图；图5为本技术实施例所提供的采用开环方式生成基准信号的流程图；图6为本技术实施例通过开环方式生成的基准信号的波形图；图7(a)为利用图6所示的基准信号对极性自动匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图；图7(b)为利用图6所示的基准信号对极性不匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图；图8为本技术实施例所提供的基于闭环控制的极性匹配控制模块示意图；图9为本技术实施例通过闭环方式生成的基准信号的流程图；图10为本技术实施例所提供的采用闭环控制时的基准信号波形图；图11(a)为利用图10所示的基准信号对极性匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图；图11(b)为利用图10所示的基准信号对极性不匹配的振镜系统进行激励时所生成的振镜偏转角度轨迹图。
[0074]
图1为采用光电式角度传感器作为振镜偏转角度输出装置的振镜系统闭环控制系统结构，图中“agc自动增益控制模块”用于维持光电式振镜中光电式角度传感器系统正常工作；“差分放大模块”用于将振镜中安装的两组光电式传感器输出的电信号相减，得到与振镜偏转角度线性相关的“振镜角度信号”，该信号作为“偏转角度闭环控制模块”的一个反
馈输入信号；“功率放大模块”对“偏转角度闭环控制模块”输出的“控制信号”进行电流放大，驱动电流流经振镜的定子绕组后使转子产生转矩，驱动振镜转子进行偏转，流经定子绕组的电流经过“电流变送模块”转换为“线圈电流信号”，该“线圈电流信号”即作为“偏转角度闭环控制模块”的另一个反馈输入信号。“偏转角度闭环控制模块”根据“振镜角度指令输入”信号、“振镜角度信号”及“线圈电流信号”，通过控制器运算得到输出信号，并控制功率放大模块对振镜进行偏转角度闭环控制，使振镜的偏转角度实时快速跟踪“振镜角度指令输入”信号。
[0075]
目前主要存在两类振镜产品，分别是光栅编码器式振镜系统与图1所示的光电式振镜系统，两种不同类型振镜的主要区别是光电式振镜采用了基于光电传感器与激光二极管的角度传感器对振镜的偏转角度进行检测与输出，光栅编码器式振镜采用了光电式或磁式编码器对振镜的偏转角度进行检测与输出，除此以外，两种振镜其余结构基本相同。本技术方法只利用了振镜角度偏转信号作为反馈信号进行改进，因此，本技术方法对适用的振镜类型不做限定，并将振镜产品中用于反馈振镜偏转角度的角度传感器或编码器等都限定为振镜角度检测装置。但为了方便阐述本技术方法，本技术将以光电式振镜为例进行阐述。
[0076]
实施例一
[0077]
由于传统振镜闭环控制系统无法对振镜存在的振镜电磁转矩与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配问题进行自适应控制，因此，本技术提出一种振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出角度信号变化量的极性自动匹配方法，具体包括以下步骤：
[0078]
步骤1，采集振镜角度检测装置输出的第一角度信号。其中，所述振镜角度检测装置一般为光电式振镜中的光电式振镜角度传感器或光栅编码器式振镜中的旋转编码器，这些传感器用于检测振镜的偏转角度。
[0079]
步骤2，利用积分值大于0或小于0的基准信号生成控制信号，然后再将控制信号输入到功率放大模块生成激励信号，振镜转子在激励信号的激励下进行偏转。本实施例介绍了向定子绕组正极输入激励信号，本领域技术人员结合本实施例可得到向定子绕组其他管脚输入激励信号的方法，因此，对于向其他管脚输入激励信号的情况在此不再赘述。
[0080]
步骤3，输入激励信号后，振镜转子进行偏转，采集振镜转子偏转过程中所述振镜角度检测装置输出的第二振镜角度信号。
[0081]
步骤4，根据所述基准信号的积分值、以及输入激励信号前后所采集的振镜角度信号变化情况，判断振镜电磁转矩方向与振镜角度检测装置所输出的角度信号变化量的极性是否匹配。其中的振镜电磁转矩方向是所述激励信号流经振镜的定子绕组时，振镜转子的转动方向。
[0082]
步骤1-4是在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，检测振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性是否匹配。在极性不匹配的情况下，采用步骤5的匹配方法能将振镜极性不匹配的状态进行反转，进而使振镜系统进行正常的负反馈控制。
[0083]
步骤5，在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作后，在所述振镜电磁转矩方向与振镜角度检测装置所输出的角度信号变化量的极性不匹配的情况下，设置第一极性调整因子；并利用所述第一极性调整因子，对输入到偏转角度闭环控制模块中的振镜角度检测装
置输出信号、或对所述偏转角度闭环控制模块的输出信号进行极性反转，极性反转后，振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，振镜系统即进入正常的负反馈控制。
[0084]
优选地，激励信号可输入到振镜定子绕组正极，基准信号的类型也可分为信号积分值大于0或小于0两种情况。因此，判断振镜电磁转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性是否匹配的方法，包括以下两种情况：
[0085]
当采用的基准信号的积分值大于0时，判断所述第一振镜角度信号是否小于所述第二振镜角度信号：若所述第一振镜角度信号小于所述第二振镜角度信号，则判定振镜电磁转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性不匹配；
[0086]
或者，当采用的基准信号的积分值小于0时，判断所述第一振镜角度信号是否大于所述第二振镜角度信号，若所述第一振镜角度信号大于所述第二振镜角度信号时，则判定振镜电磁转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性不匹配。
[0087]
实施例二
[0088]
参见图2，为本技术实施例提供的一种光电式振镜电磁转矩与其角度检测装置输出角度信号变化量的极性自动匹配方法流程图，本实施例中采用的基准信号积分值大于0。本技术实施例提供的又一种振镜电磁转矩与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性自动匹配方法，具体包括以下步骤：
[0089]
在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，记录振镜光电式角度传感器的输出电压v1，采用积分值大于0的基准信号生成控制信号，并控制功率放大模块向#6定子绕组正极持续注入激励信号，并推动振镜转子的摆角进行偏转，记录偏转过程中的振镜光电式角度传感器的输出电压v2。
[0090]
判断v1与v2的大小关系：当v1《v2时，则判定振镜转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，当v1》v2时，则为判定振镜转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配。
[0091]
如果判定为极性匹配(即振镜角度检测装置输出的电压的变化量的极性与振镜电磁转矩方向一致)时，则将极性调整因子设为1(本实施例中的第二极性调整因子为1)，在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作后，振镜系统进行负反馈控制。
[0092]
极性不匹配时，振镜系统进行正反馈控制。因此，如果判定为极性不匹配(即振镜角度检测装置输出的电压的变化量的极性与振镜电磁转矩方向相反)，则将极性调整因子设为-1(本实施例中的第一极性调整因子为-1)。利用第一极性调整因子-1，对输入到偏转角度闭环控制模块中的振镜角度检测装置输出的电压信号、或对所述偏转角度闭环控制模块的输出信号进行极性反转，使振镜转矩与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，振镜系统进行正常的负反馈控制。
[0093]
参见图3，在传统光电式振镜闭环控制系统中添加极性调整模块，极性调整模块用于在振镜控制环路中振镜角度信号反馈通路或控制信号所在的前向通路上添加“极性调整因子”。优选为在极性不匹配的情况下，添加系数为-1的第一极性调整因子。通过添加第一极性调整因子-1后，确保“偏转角度闭环控制模块”对极性不匹配的振镜系统进行正常控
制，即确保闭环系统进入负反馈工作状态。
[0094]
实施例三
[0095]
与实施例二不同的是，采用积分值小于0的基准信号生成控制信号，在此种情况下，检测极性是否匹配包括以下情况：当v1《v2时，则判定振镜转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性不匹配，当v1》v2时，则为判定振镜转矩方向与角度检测装置角度信号变化量的极性匹配。
[0096]
从上述实施例可知，整个检测过程(即检测振镜电磁转矩方向与振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性是否匹配的过程)自动进行、无需人工介入，且在检测到极性不匹配的情况下进行自动匹配(即设置第一极性调整因子对控制信号进行极性反转)，有效提升了振镜系统的生产效率。
[0097]
然而，在激励信号驱动振镜偏转的过程中，由于振镜转子的转动惯量低，振镜机械限位范围小，负载通常为价格昂贵且极易损坏的反射镜片。因此，如果只给功率放大模块输入简单的单调函数信号，当信号幅度稍微大时，则激励镜片偏转的加速度过大，偏转到机械限位后速度突变为零，从而引起镜片损坏；而当信号幅度较小时，振镜转子产生的转矩无法驱动转子可靠偏转一定角度，从而对v1及v2的关系无法进行可靠判断，而一旦振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性判断错误，将造成“偏转角度闭环控制模块”启动后系统进入正反馈状态，导致振镜迅速损坏。因此针对上述问题，本技术将对激励信号的特征进行进一步限定，以达到既能确保极性是否匹配的检测过程的可靠性，又能确保在激励信号的驱动下振镜镜片的速度不发生突变的目的。
[0098]
由于振镜系统有开环控制和闭环控制两种控制方式，开环控制是无反馈信息的系统控制方式，所以振镜系统的开环控制是指没有振镜角度检测装置输出的振镜角度位置信号参与振镜系统运行的。而振镜系统的闭环控制是有反馈信息(即振镜角度检测装置输出的振镜角度位置信号)参与振镜系统运行的控制方式。因此，本技术实施例四和五分别提供了在极性自动匹配过程中，利用开环控制和闭环控制向振镜定子绕组输入激励信号驱动振镜转子进行偏转的过程。
[0099]
实施例四
[0100]
在极性自动匹配过程中，采用振镜系统开环控制时，没有振镜角度位置反馈信号的参与。为保证振镜偏转缓慢，在激励信号激励下振镜转子在偏转过程中的运行模式是：重复进行“先加速运行后减速运行”，直到振镜接触到机械限位，且该运行模式中加速时间与减速时间相同，如此可确保振镜在测试过程中的偏转速度可控，且在振镜接触到机械限位时不会出现速度突变而损坏镜片的问题。
[0101]
如图4所示，为本技术实施例所提供的采用开环控制时向振镜定子绕组输入激励信号以驱动振镜转子进行偏转的流程图。本技术实施例所提的采用开环控制方法，向振镜定子绕组输入激励信号以驱动振镜转子偏转，具体包括以下步骤：
[0102]
s201预设所述激励信号的半波总个数n、幅度调节系数增量δk和正弦波角频率w；
[0103]
s202初始化半波个数计时器n＝0、计时器t0＝0及幅度调节系数k＝0；
[0104]
s203计算得到所述基准信号u
ref
，所述基准信号u
ref
的计算公式为：
[0105]uref
＝k sin(wt)
[0106]
其中，t＝t0+δt，δt为计时器步进值；
[0107]
s204设基准信号u
ref
与控制信号相同u
con
，从而获得控制信号u
con
，将所述控制信号u
con
输入功率放大模块，再将功率放大模块所输出的所述激励信号注入所述振镜定子绕组；
[0108]
s205判断wt是否大于π；
[0109]
s206若wt小于π，则进行s203；
[0110]
s207若wt大于π，则判断n是否大于或等于n，并进行s208或s209；
[0111]
s208若n小于n，则计算并重复s203-s208；
[0112]
s209若n大于或等于n，则停止向振镜定子绕组输入激励信号。
[0113]
参见图6为本技术实施例产生的基准信号波形，参与计算的物理量的数值为δk＝0.0628、n＝9、ω＝20，该基准信号的积分值大于0，同时使基准信号与控制信号相同。利用该积分值为正的基准信号(控制信号)生成激励信号对电磁转矩方向与振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配、极性不匹配的振镜系统进行激励时，所生成的振镜偏转角度轨迹分别如图7(a)、图7(b)所示。
[0114]
从图7(a)中可以看出，振镜在激励前转子处于振镜中心位置，因此振镜角度检测装置的输出信号为0v，当通过采用图6所示的基准信号生成激励信号对振镜进行激励后，极性匹配的振镜柔和地向正机械限位偏转(正机械限位为振镜角度检测装置输出+5v的信号时转子所处的位置)，直至转子接触正机械限位。
[0115]
从图7(b)中可以看出，当通过采用图6所示的基准信号生成激励信号对振镜进行激励后，极性不匹配的振镜从振镜中心位置柔和地向负机械限位偏转(负机械限位为振镜角度传感器输出-5v的信号时转子所处的位置)，直至转子接触负极械限位。
[0116]
在以上方法产生的激励信号的激励下，振镜转子接触到正机械限位或负机械限位时速度较小，因此可确保振镜镜片完好。
[0117]
如果采用积分值为负的基准信号进行检测，则上述关于振镜偏转角度向正、反移动的方向则正好相反。
[0118]
本实施例的开环方案可以有效控制振镜在极性测试过程中转子接触到机械限位时的速度，起到保护镜片的作用。
[0119]
实施例五
[0120]
由于振镜对激励信号的响应受到振镜型号、负载镜片大小的影响，因此实际应用过程中，仍然需要对非单调函数的频率、幅度、时间步进等参数进行调节，以达到最优效果。相对于开环控制，闭环控制的优点是振镜在极性匹配过程中，始终受到一个不受极性匹配影响的低带宽闭环控制的作用，其运动速度更加平稳，且控制器参数调节简单。
[0121]
具体控制方案是选择pid调节器作为控制器，在振镜的位置信号反馈回路上添加绝对值运算单元及位置补偿单元。通过上述改进后，可在未知振镜极性是否匹配条件下，利用“极性匹配测试信号生成测试模块”生成指令波形对振镜偏转角度的绝对值进行带宽较低的闭环控制,如图8所示，为本技术实施例所提供的基于闭环控制的极性匹配控制模块示意图。
[0122]
如图9所示，为本技术实施例所提供的采用闭环控制时向振镜定子绕组输入激励信号以驱动振镜转子进行偏转的流程图。本技术实施例所提的采用闭环控制方法，向振镜
定子绕组输入激励信号以驱动振镜转子偏转，具体包括以下步骤：
[0123]
s301预设位置补偿值v
offset
、函数输出饱和值u
throld
及总时长t
max
、
[0124]
s302初始化计时器t＝0；
[0125]
s303计算得到基准电压信号，所述基准电压信号u
ref
的计算公式为：
[0126][0127]
其中，h为斜波信号的斜率，t为时间，u
throld
为函数输出饱和值，h与u
throld
的关系为符号相同；
[0128]
s304在振镜偏转过程中采集振镜角度位置信号v
pos
，并进行绝对值运算得到|v
pos
+v
offset
|；
[0129]
s305根据|v
pos
+v
offset
|与所述基准电压信号u
ref
计算得到误差信号u
err
：
[0130]uerr
＝u
ref-|v
pos
+v
。ffset
|；
[0131]
s306根据所述误差信号u
err
计算得到所述控制信号，所述控制信号u
con
的计算公式为：
[0132][0133]
其中，k
p
、ki及kd分别为pid控制器的比例、积分及微分系数，s为微分算子；
[0134]
s307将所述控制信号u
con
输入功率放大模块，再将功率放大模块所输出的所述激励信号注入所述振镜定子绕组；
[0135]
s308判断t是否大于t
max
，并进行s309或s3010；
[0136]
s309若t小于t
max
，则计时器计时为t＝t+δt，并重复步骤s303-s308，其中，δt为计时器步进值；
[0137]
s3010若t大于或等于t
max
，则停止对振镜定子绕组输入激励信号。
[0138]
通过以上步骤并设置k＝5、u
throld
＝2.5所产生的基准信号的波形如图10所示，该基准信号的积分值大于0，利用该积分值为正的基准信号通过pid控制器的计算获得控制信号对电磁转矩方向与振镜角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配、极性不匹配的振镜系统进行激励时，振镜偏转角度轨迹分别如图11(a)、图11(b)所示。
[0139]
从图11(a)中可以看出，振镜在激励前转子处于振镜中心位置，因此振镜角度检测装置的输出信号为0v，当采用闭环控制对振镜进行激励后，极性匹配的振镜角度传感器输出的电压信号与基准信号u
ref
变化方向相同，产生如图11(a)所示的振镜偏转角度轨迹，在此条件下振镜角度信号由v1＝0变到v2＝+2.5。极性不匹配的振镜则与基准信号u
ref
的变化反方向运动，产生如图11(b)所示的振镜偏转角度轨迹，在此条件下镜角度信号由v1＝0变到v2＝-2.5。对比图7与图11，显然采用闭环控制方案时，在极性是否匹配的检测过程中，振镜偏转轨迹更加平缓，对振镜及镜片的保护也更加完善。
[0140]
基于以上方法，本实施例提供一种振镜电磁转矩方向与角度检测装置极性匹配装置,包括：
[0141]
采集模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，采集振镜角度检测装置输出的振镜角度信号；
[0142]
极性匹配测试信号生成模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，
根据基准信号生成控制信号，控制信号用于控制功率放大模块生成激励信号以驱动振镜转子偏转；
[0143]
判断模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，根据基准信号的积分值和注入激励信号前后获取的振镜角度信号，判断振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性是否匹配；其中，振镜角度信号包括在注入激励信号前所采集的第一振镜角度信号和在注入激励信号后所采集的第二振镜角度信号；
[0144]
极性调整因子生成模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作前，当振镜电磁转矩方向与角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配时，设置第一极性调整因子；
[0145]
极性调整模块，用于在振镜的偏转角度闭环控制模块正常工作后，利用第一极性调整因子，对输入到偏转角度闭环控制模块中的振镜角度检测装置输出信号、或对偏转角度闭环控制模块的输出信号进行极性反转，确保极性不匹配的振镜系统进行负反馈控制。
[0146]
优选地，判断模块，用于在基准信号的积分值大于0，且第一振镜角度信号小于第二振镜角度信号时，判定振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配；
[0147]
或者，用于在基准信号的积分值小于0，且第一振镜角度信号大于第二振镜角度信号时，判定振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性匹配，否则振镜电磁转矩方向与其角度检测装置输出的角度信号变化量的极性不匹配。
[0148]
本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的几个示例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本技术方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本技术的保护范围。