本發(fā)明涉及一種電機轉(zhuǎn)子電零點及電角度位置的檢測方法，具體涉及一種用于大型天文望遠(yuǎn)鏡機架驅(qū)動所用的拼接弧線電機轉(zhuǎn)子電零點及其電角度位置的檢測方法。

背景技術(shù)：

天文望遠(yuǎn)鏡主要用于收集來自天體的暗弱輻射，集光能力體現(xiàn)在能發(fā)現(xiàn)更遠(yuǎn)更暗弱的目標(biāo)，而望遠(yuǎn)鏡口徑越大，收集光能量的能力就越強。而隨著望遠(yuǎn)鏡的口徑越來越大，傳統(tǒng)的機械傳動及驅(qū)動方式已不再適應(yīng)大口徑望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，目前，世界上大型天文望遠(yuǎn)鏡機架驅(qū)動大都采用拼接直驅(qū)電機。

隨著望遠(yuǎn)鏡的口徑增大，光學(xué)系統(tǒng)的目標(biāo)分辨精度也隨之提高，與之相匹配的大型天文望遠(yuǎn)鏡機架驅(qū)動跟蹤精度也必須相應(yīng)提高等級，同時光學(xué)鏡面口徑的增大也將使望遠(yuǎn)鏡的機械結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)剛度變差、機械慣量增加、材料變形、機械加工裝配誤差和環(huán)境擾動等不確定非線性因素增多，這對望遠(yuǎn)鏡機架的跟蹤驅(qū)動控制方法都提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

近年來歐洲南方天文臺的vlt望遠(yuǎn)鏡的方位軸和高度軸都采用拼接直線電機，兩者轉(zhuǎn)子位置檢測依靠的是海德漢的大直徑的增量鋼帶式光電編碼器及其讀數(shù)頭，利用細(xì)分卡計數(shù)器讀出。西班牙等國制造的gtc望遠(yuǎn)鏡采用的是拼接正弦波的線性永磁同步直線電機，方位軸和高度軸的位置檢測也是采用的海德漢的大直徑的鋼帶式光電編碼器era780c，為了獲得優(yōu)越的低速跟蹤性能，拼接永磁同步直線電機采用2360磁極設(shè)計，鋼帶式光電編碼器的總長度高達(dá)48.48米，無縫拼接一個直徑為15.4米的光柵編碼器，苛刻的加工安裝條件給設(shè)計、加工安裝帶來了很多困難。因此一開始安裝編碼器的時候編碼器槽不合格，導(dǎo)致無法實現(xiàn)無縫對接，又重新加工了安裝槽，重新安裝后利用讀數(shù)頭和細(xì)分盒讀出電機的轉(zhuǎn)子位置。

國際上應(yīng)用直接驅(qū)動的例子基本借鑒vlt的技術(shù)經(jīng)驗，因此技術(shù)上大同小異，目前國際上在研的tmt也計劃使用直接驅(qū)動方式，同樣拼接電機的轉(zhuǎn)子電零點都是由大直徑的鋼帶式光電編碼器中的參考標(biāo)志讀出。這給望遠(yuǎn)鏡的機架加工帶來很大的困難和風(fēng)險，如果選用低速、多極拼接弧線（直線）電機設(shè)計，鋼帶式光電編碼器選取不合適，編碼器的長度過長，編碼器的加工精度要求就增高，很可能像gtc望遠(yuǎn)鏡一樣需要重新加工、安裝鋼帶式光電編碼器，給望遠(yuǎn)鏡機架的總裝、運行帶來很大的風(fēng)險。

目前我們用于大型天文望遠(yuǎn)鏡的拼接電機尚處于起步階段，而根據(jù)國際上使用的拼接電機實現(xiàn)的直接驅(qū)動的先例知道，轉(zhuǎn)子的電零點的檢測和轉(zhuǎn)子位置檢測是實現(xiàn)拼接電機驅(qū)動控制的關(guān)鍵，是大型天文望遠(yuǎn)鏡拼接弧線電機驅(qū)動編程、計算的重要參數(shù)，是構(gòu)建驅(qū)動控制系統(tǒng)中電流環(huán)和速度環(huán)重要保證。因此，有必要設(shè)計一種用于大型天文望遠(yuǎn)鏡拼接弧線電機轉(zhuǎn)子電零點和轉(zhuǎn)子電角度檢測的電路和實現(xiàn)方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種大型天文望遠(yuǎn)鏡拼接弧線電機轉(zhuǎn)子電零點及電角度檢測方法。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種拼接弧線電機轉(zhuǎn)子電零點及電角度檢測方法，拼接弧線電機上安裝有大直徑鋼帶式光電編碼器，本發(fā)明的方法包括：

在拼接弧線電機電樞磁路上安裝線性霍爾傳感器和開關(guān)霍爾傳感器；

線性霍爾傳感器的輸出信號通過高速雙比較器進行阻抗變換，以提高線性霍爾傳感器的電壓信號傳輸精度，并檢測出兩個電零點信號z1、z2；該電磁極零點信號與開關(guān)霍爾信號經(jīng)與門電路處理后轉(zhuǎn)子每對極之間輸出一個電零點信號z；

電零點信號z經(jīng)長線驅(qū)動后與鋼帶式光電編碼器經(jīng)細(xì)分電路輸出的a、b信號一起經(jīng)差分接收器轉(zhuǎn)換為單端信號，輸出的單端信號經(jīng)光耦隔離后輸入dsp數(shù)字信號處理器；

dsp數(shù)字信號處理器根據(jù)輸入的a、b、z信號計算出拼接弧線電機的轉(zhuǎn)子電角度位置。

進一步的，線性霍爾傳感器的輸出信號輸入兩個高速電壓比較器的同相、反相輸入端，兩個比較器的比較電壓的幅值根據(jù)所選取的鋼帶式光電編碼器的線數(shù)來決定，經(jīng)高速雙比較器后輸出n、s磁極之間的兩個電零點信號z1、z2，輸出的兩個電零點信號和開關(guān)霍爾傳感器的輸出信號經(jīng)與門電路處理，使得在轉(zhuǎn)子每對n、s磁極之間只輸出一個電零點信號z。

每對磁極只輸出一個電零點信號z，將該電零點信號利用長線驅(qū)動器與鋼帶式光電編碼器經(jīng)細(xì)分后的a、b信號一起當(dāng)作鋼帶式光電編碼器的a、b、z信號使用，經(jīng)差分接收器轉(zhuǎn)換為單端信號后進行光耦隔離，隔離后的信號送給dsp數(shù)字信號處理器處理，根據(jù)所述的電零點信號z與鋼帶碼的a、b信號一起計算出轉(zhuǎn)子的電角度位置信息。

進一步的，a、b信號和電零點信號z通過dsp數(shù)字信號處理器的a、b、z通道輸入。

對于大型天文望遠(yuǎn)鏡機架系統(tǒng)來說，通過本發(fā)明的方法，可以比較方便地利用現(xiàn)有的dsp數(shù)字信號處理器的a、b、z通道，檢測到拼接弧線電機的每一對磁極的變極點，作為多極弧線電機的電零點，每對極檢測一次電零點并計算電角度，簡化了速度環(huán)的計算，解決了大型天文望遠(yuǎn)鏡拼接弧線電機上大直徑鋼帶式光電編碼器的參考標(biāo)志位與拼接弧線電機的轉(zhuǎn)子電角度一一對應(yīng)的設(shè)計難題，降低了大直徑鋼帶式光電編碼器的安裝要求和難度。

任意尺寸的拼接弧線電機的轉(zhuǎn)子都可以利用本發(fā)明找到每對磁極的電零點，配合任意線數(shù)的高精度鋼帶式光電編碼器無隙拼接的光電編碼器都可以找到每對轉(zhuǎn)子磁極所對應(yīng)的電角度，從而實現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡超低速大轉(zhuǎn)矩運行。

該方法能夠檢測大型天文望遠(yuǎn)鏡所用拼接弧線電機的轉(zhuǎn)子電零點及電角度，從而更容易實現(xiàn)大型天文望遠(yuǎn)鏡的機架結(jié)構(gòu)、拼接弧線電機設(shè)計和加工，鋼帶式光電編碼器的選擇和安裝，簡化拼接弧線電機驅(qū)動器的編程，提高控制系統(tǒng)的跟蹤精度。

附圖說明

圖1是拼接弧線電機轉(zhuǎn)子電零點及其電角度檢測方法流程圖。

圖2是線性霍爾傳感器與開關(guān)霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子零點電路圖。

圖3是開關(guān)霍爾和線性霍爾輸出電角度信號波形圖。

圖4是開關(guān)霍爾傳感器與雙比較器輸出信號關(guān)系及與門電路輸出信號圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，大型天文望遠(yuǎn)鏡所用拼接弧線電機上安裝有大直徑鋼帶式光電編碼器，本發(fā)明的拼接弧線電機轉(zhuǎn)子電零點及電角度檢測方法具體包括如下步驟，

在拼接弧線電機電樞磁路上安裝線性霍爾傳感器和開關(guān)霍爾傳感器；線性霍爾傳感器和開關(guān)霍爾傳感器輸出的電角度信號關(guān)系如圖3的波形圖所示；

線性霍爾傳感器的輸出信號經(jīng)濾波后通過高速雙比較器進行阻抗變換并檢測出兩個電零點信號z1、z2；該電磁極零點信號與開關(guān)霍爾信號經(jīng)與門電路處理后轉(zhuǎn)子每對極之間輸出一個電零點信號z；，其中，開關(guān)霍爾傳感器與雙比較器輸出信號關(guān)系，以及與門電路輸出的電零點信號z如圖4所示

電零點信號z經(jīng)長線驅(qū)動后與鋼帶式光電編碼器經(jīng)細(xì)分電路輸出的a、b信號一起經(jīng)差分接收器轉(zhuǎn)換為單端信號，輸出的單端信號經(jīng)光耦隔離后輸入dsp數(shù)字信號處理器；

dsp數(shù)字信號處理器根據(jù)輸入的a、b、z信號計算出拼接弧線電機的轉(zhuǎn)子電角度位置。

線性霍爾傳感器的輸出信號輸入兩個高速電壓比較器的同相、反相輸入端，兩個比較器的參考電壓的幅值根據(jù)所選取的大直徑鋼帶式光電編碼器的線數(shù)來決定，經(jīng)高速雙比較器后輸出n、s磁極之間的電零點信號z1和z2，在此選取的比較電壓是線性霍爾傳感器在0高斯附近的值，從而檢測出相鄰兩個磁極的電零點。輸出的電零點信號經(jīng)與門電路處理，確保在轉(zhuǎn)子每對n、s磁極之間只輸出一個電零點信號z。兩種霍爾信號經(jīng)與門電路處理，從而保證每對磁極輸出電零點信號的唯一性；每對磁極只輸出一個電零點信號z，具體如圖2所示。

本發(fā)明的方法優(yōu)選用于鋼帶式光電編碼器為大直徑、多線數(shù)的鋼帶式光電編碼器，拼接弧線電機是大力矩，多對極，超低速運行的直接驅(qū)動電機。本實施例中的拼接弧線電機是自主研制的200對極的拼接弧線電機，是單元組合式的，鋼帶式光電編碼器為直徑為1146.1mm的大直徑鋼帶式光電編碼器，鋼帶式光電編碼器是海德漢的90000線的era780c，線性霍爾傳感器是高靈敏度的wsh201，5伏電壓供電時靈敏度為20mv/gs，長線驅(qū)動選用mc3487驅(qū)動器實現(xiàn)，差分接收器選用mc3486接收器。用于檢測轉(zhuǎn)子n、s磁極的開關(guān)霍爾傳感器與線性霍爾傳感器安裝時保證一對磁極輸出一個電零點信號即可，兩者由同一電源供電。