本發(fā)明涉及磁懸浮，具體為一種磁懸浮傳輸系統(tǒng)雙點(diǎn)直線測(cè)量尺的移動(dòng)部件位置檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、磁懸浮技術(shù)以其獨(dú)特的無(wú)接觸、無(wú)摩擦特性，以及高精度、高速度和節(jié)能環(huán)保的顯著優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域中脫穎而出。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)消除傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)中的接觸和摩擦，極大地提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了能耗，同時(shí)顯著延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。在工業(yè)自動(dòng)化、精密加工、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域也展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。其高精度、高速度的特性使得它在這些領(lǐng)域中能夠?qū)崿F(xiàn)更高效、更精確的操作和加工，從而推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2、編碼器在磁懸浮技術(shù)中扮演著舉足輕重的角色，其核心職責(zé)在于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制移動(dòng)部件的位置與速度。它具備實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)移動(dòng)部件位置信息的能力，為控制系統(tǒng)提供至關(guān)重要的反饋，從而實(shí)現(xiàn)精確的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)依據(jù)編碼器反饋的位置數(shù)據(jù)，對(duì)移動(dòng)部件進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，確保其能夠按照預(yù)定的速度穩(wěn)定運(yùn)行，并精準(zhǔn)地到達(dá)設(shè)定的位置。

3、高精度、高可靠性的編碼器在磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們顯著提升了系統(tǒng)的整體性能，包括傳輸精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性等多個(gè)方面。鑒于此，研發(fā)一種高效、精確的位置檢測(cè)方法對(duì)于磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用而言具有至關(guān)重要的意義。這一方法不僅能確保移動(dòng)部件位置的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，還能為磁懸浮電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

4、目前，磁懸浮技術(shù)中采用的位置檢測(cè)方法多種多樣，其中主要包括光電編碼器和電磁感應(yīng)等技術(shù)。光電編碼器以其高精度而著稱，然而其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本也較高，同時(shí)對(duì)環(huán)境條件較為敏感，容易受到灰塵、油污等不利因素的影響。相比之下，電磁感應(yīng)方法的成本較低，但在精度和穩(wěn)定性方面往往難以達(dá)到高精度控制的要求。

5、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種磁懸浮傳輸系統(tǒng)的雙點(diǎn)直線測(cè)量尺的移動(dòng)部件位置檢測(cè)方法，旨在通過(guò)優(yōu)化角度傳感器的放置方式以及改進(jìn)信號(hào)處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)部件位置的高速且精確檢測(cè)。該方法巧妙利用角度傳感器感應(yīng)動(dòng)子永磁體的磁場(chǎng)變化，通過(guò)對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)處理，準(zhǔn)確計(jì)算出位置信息。此方法具有成本低廉、精度高、抗干擾能力強(qiáng)的顯著優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種磁懸浮傳輸系統(tǒng)雙點(diǎn)直線測(cè)量尺的移動(dòng)部件位置檢測(cè)方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的現(xiàn)有的磁懸浮運(yùn)輸系統(tǒng)中移動(dòng)部件位置反饋不及時(shí)、低精度和感應(yīng)氣隙小等問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種磁懸浮傳輸系統(tǒng)雙點(diǎn)直線測(cè)量尺的移動(dòng)部件位置檢測(cè)方法，包括磁懸浮傳輸系統(tǒng)雙點(diǎn)直線測(cè)量尺的移動(dòng)部件位置檢測(cè)裝置，所述磁懸浮傳輸系統(tǒng)雙點(diǎn)直線測(cè)量尺的移動(dòng)部件位置檢測(cè)裝置包括傳感器模塊、上電配置模塊、biss-c主站模塊、位置計(jì)算模塊、動(dòng)態(tài)擬合模塊和自定義寄存器操作模塊，所述傳感器模塊包括amr角度傳感器，所述上電配置模塊包括ichaus芯片，所述方法如下步驟：

3、步驟a：確定操作環(huán)境內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度符合既定閾值，使用amr角度傳感器在外部感應(yīng)磁極，當(dāng)外部感應(yīng)磁極是按照從南極到北極或者北極到南極變化時(shí)，即時(shí)輸出一個(gè)覆蓋零至三百六十度完整周期的正弦與余弦波形序列；

4、步驟b：上電配置ichaus芯片相關(guān)寄存器參數(shù)，并上電時(shí)對(duì)相關(guān)寄存器數(shù)值進(jìn)行初始化配置確定使用協(xié)議和細(xì)分角度值，使ichaus芯片正常工作；

5、步驟c：輸出的正弦與余弦波形序列經(jīng)過(guò)硬件電路濾波后傳輸給ichaus芯片，根據(jù)步驟b配置的參數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)糾偏和角度細(xì)分，并記錄錯(cuò)誤數(shù)據(jù)；

6、步驟d：使用biss-c協(xié)議主站模塊解析ichaus芯片傳輸?shù)募?xì)分角度值和錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，通過(guò)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)和細(xì)分角度值確定線性區(qū)標(biāo)志信號(hào)，線性區(qū)標(biāo)志信號(hào)有效時(shí)，根據(jù)解析的細(xì)分角度值計(jì)算過(guò)磁鋼數(shù)和輸出詳細(xì)霍爾位置；

7、步驟e：使用位置計(jì)算模塊根據(jù)輸出的霍爾位置數(shù)據(jù)進(jìn)行位置擬合，使用動(dòng)態(tài)擬合模塊消除相關(guān)誤差，保證擬合位置波形的光滑細(xì)分角度值細(xì)分角度值細(xì)分角度值；

8、步驟f：在運(yùn)行過(guò)程中錯(cuò)誤警告模塊根據(jù)錯(cuò)誤情況上傳錯(cuò)誤信息，上位機(jī)根據(jù)錯(cuò)誤情況舍棄相關(guān)數(shù)據(jù)；

9、步驟g：在不中斷數(shù)據(jù)傳輸情況下使用自定義寄存器操作模塊，對(duì)目的寄存器數(shù)據(jù)值進(jìn)行讀寫(xiě)操作，修改寄存器的相關(guān)協(xié)議和信號(hào)糾偏，根據(jù)需要保證數(shù)據(jù)傳輸精確與完整。

10、優(yōu)選的，所述步驟a中的amr角度傳感器輸出的覆蓋零至三百六十度完整周期的正弦與余弦波形序列的分量間保持九十度的相位差。

11、優(yōu)選的，所述步驟b中的初始化配置包括芯片的工作模式、時(shí)鐘頻率、輸入輸出狀態(tài)。

12、優(yōu)選的，所述步驟e中的biss-c協(xié)議主站模塊包括閑置期、數(shù)據(jù)幀起始期、數(shù)據(jù)通道傳輸期及超時(shí)恢復(fù)期，所述數(shù)據(jù)幀起始期包括數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)lat、應(yīng)答狀態(tài)位ack、起始狀態(tài)標(biāo)識(shí)str和控制數(shù)據(jù)從屬位cds，通過(guò)所述數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)lat、應(yīng)答狀態(tài)位ack、起始狀態(tài)標(biāo)識(shí)str和控制數(shù)據(jù)從屬位cds共同協(xié)作以確認(rèn)數(shù)據(jù)幀的起始并初始化傳輸參數(shù)。

13、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)通道傳輸期包括周期計(jì)數(shù)器值、單周期內(nèi)的細(xì)分角度數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤狀態(tài)指示位以及crc循環(huán)冗余校驗(yàn)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)通道傳輸期依據(jù)協(xié)議規(guī)定順序?qū)χ芷谟?jì)數(shù)器值、單周期內(nèi)的細(xì)分角度數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤狀態(tài)指示位以及crc循環(huán)冗余校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行串行傳輸。

14、優(yōu)選的，上電配置ichaus芯片相關(guān)寄存器參數(shù)包括如下步驟：

15、步驟一：先對(duì)地址0x02、0x03和0x06的寄存器進(jìn)行復(fù)位處理，寫(xiě)入數(shù)據(jù)為0x00，之后按照寄存器命令幀格式依次寫(xiě)入地址0x00到0x0c地址的寄存器數(shù)據(jù)，并在進(jìn)行寄存器寫(xiě)入命令幀操作之前，發(fā)送十四個(gè)cdm=0告知從機(jī)做好初始化準(zhǔn)備；

16、步驟二：發(fā)送控制數(shù)據(jù)啟動(dòng)位s觸發(fā)新的控制通信，控制選擇位cts定義biss主機(jī)選擇的控制通信類型，進(jìn)行寄存器操作時(shí)cts=1，確定控制選擇位之后，biss主機(jī)發(fā)送十位尋址數(shù)據(jù)，包含三位從機(jī)地址和七位寄存器操作地址；

17、步驟三：將控制選擇位數(shù)據(jù)與十位尋址數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)碼crc的校驗(yàn)計(jì)算，四位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼crc校驗(yàn)數(shù)據(jù)將會(huì)在傳輸時(shí)取反；

18、步驟四：主機(jī)傳輸四位循環(huán)校驗(yàn)之后，將傳輸讀取位r和寫(xiě)入位w，寫(xiě)操作由讀取位r=0與寫(xiě)入位w=1啟動(dòng)，之后主機(jī)將會(huì)傳輸另一個(gè)起始位s=1告知從機(jī)做好數(shù)據(jù)接收準(zhǔn)備，將發(fā)送寫(xiě)入操作地址的八位寄存器數(shù)據(jù)與四位循環(huán)冗余校驗(yàn)，發(fā)送完成后直接發(fā)送停止位數(shù)據(jù)p=0告知從機(jī)停止接收數(shù)據(jù)；

19、步驟五：復(fù)位操作完成之后將數(shù)據(jù)依次從0x00到0x0c寫(xiě)入，使用biss主站發(fā)送時(shí)鐘脈沖，等待sl數(shù)據(jù)線信號(hào)拉低，進(jìn)入ack應(yīng)答階段，維持1個(gè)ma時(shí)鐘周期；

20、步驟六：根據(jù)ma時(shí)鐘線輸入的脈沖信號(hào)，使用biss從機(jī)通過(guò)sl數(shù)據(jù)線發(fā)送維持一個(gè)ma時(shí)鐘周期的高電平，接下來(lái)sl數(shù)據(jù)線再反饋一個(gè)ma時(shí)鐘周期的cds數(shù)據(jù)，完成cds狀態(tài)后，ma時(shí)鐘線直接發(fā)送cdm數(shù)據(jù)，biss從機(jī)進(jìn)入超時(shí)狀態(tài)；

21、步驟七：完成ichaus芯片相關(guān)寄存器的數(shù)據(jù)配置階段后，主控站點(diǎn)可啟動(dòng)位置數(shù)據(jù)采樣流程，利用biss-c協(xié)議實(shí)施周期性采集，進(jìn)而觸發(fā)細(xì)分電路執(zhí)行精確計(jì)算，以獲取單周期的細(xì)分角度值。

22、優(yōu)選的，自定義寄存器操作模塊使用方法包括如下步驟：

23、s1：通過(guò)上位機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸給fpga，將自定義寄存器操作模塊接受的數(shù)據(jù)通過(guò)biss-c協(xié)議準(zhǔn)確地寫(xiě)入ichaus芯片預(yù)設(shè)的寄存器地址中；

24、s2：使用biss-c單周期數(shù)據(jù)幀傳輸cdm數(shù)據(jù)。

25、優(yōu)選的，所述位置計(jì)算模塊依據(jù)biss-c協(xié)議主站解析所得的精細(xì)單圈角度值與錯(cuò)誤位標(biāo)識(shí)，生成線性區(qū)域標(biāo)志信號(hào)及導(dǎo)出位置信息。

26、優(yōu)選的，所述動(dòng)態(tài)擬合模塊通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整擬合參數(shù)，對(duì)兩個(gè)amr傳感器輸出的位置數(shù)據(jù)精確融合。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

28、1、本發(fā)明通過(guò)融合了雙amr角度傳感器的位置信息，從而顯著拓寬了傳統(tǒng)編碼器所能覆蓋的實(shí)際物理測(cè)量范圍，且該方法通過(guò)引入ichaus芯片，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入正余弦信號(hào)的直接調(diào)節(jié)與優(yōu)化，包括精確的增益補(bǔ)償、幅值校正及相位校準(zhǔn)步驟，有效校正了輸入信號(hào)的波形畸變，確保了輸出信號(hào)具備卓越的純凈度與穩(wěn)定性，進(jìn)而大幅度提升了脈沖輸出的精確度。

29、2、本發(fā)明通過(guò)采用了硬件細(xì)分電路直接處理單周期內(nèi)的正余弦數(shù)據(jù)，這一設(shè)計(jì)顯著縮減了計(jì)算周期，提升了數(shù)據(jù)處理效率，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)響應(yīng)能力。并且，該硬件細(xì)分技術(shù)能夠?qū)沃芷诘恼嘞倚盘?hào)細(xì)分至最高8192個(gè)細(xì)分點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了較高的數(shù)據(jù)傳輸精度。同時(shí)，結(jié)合biss-c（一種高效串行通信協(xié)議）的應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)10mbps，確保了即使在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，位置數(shù)據(jù)也能被準(zhǔn)確無(wú)誤且及時(shí)地傳輸，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體可靠性和實(shí)時(shí)性能。

30、3、本發(fā)明所提出的磁懸浮輸送系統(tǒng)雙點(diǎn)直線測(cè)量尺移動(dòng)部件位置檢測(cè)方法，集高精度、高質(zhì)量信號(hào)輸出、高速數(shù)據(jù)處理與傳輸以及高可靠性于一身，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步提供了強(qiáng)有力的支撐。