基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法及系统技术方案

本发明专利技术属于反作用飞轮测速方法及系统，为解决目前多组开关霍尔传感器构成的反作用飞轮测速系统，在反作用飞轮高速运行时，会出现脉冲计数处理电路丢失脉冲个数的现象，在反作用飞轮低速运行时，测速分辨率会降低，速度测量精度也会随之降低的技术问题，提供一种基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法及系统，将反作用飞轮的运行速度按照从大到小或从小到大的顺序依次划分为m级，反作用飞轮测速过程中，使开关霍尔传感器的测速组数i，与m级运行速度的速度大小呈反比。可通过n组开关霍尔传感器、异或门电路、可控开关、多输入异或门电路、F

【技术实现步骤摘要】
基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法及系统


[0001]本专利技术属于反作用飞轮测速方法及系统，具体涉及一种基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法及系统。

技术介绍

[0002]实现反作用飞轮的高精度速度控制，关键是要使反作用飞轮的测速满足高精度要求。对于反作用飞轮的测速，一般采用光电码盘与霍尔传感器来实现。光电码盘由于结构、安装、体积和成本的原因，应用较少，更多是采用霍尔传感器来实现反作用飞轮的测速。
[0003]反作用飞轮电机通常采用三相无刷直流电机，通过3个开关霍尔传感器组成一组或多组开关霍尔传感器共同实现速度测量。霍尔传感器分为两种：开关霍尔传感器和线性霍尔传感器。开关霍尔传感器的输出信号为方波，线性霍尔传感器的输出信号为正弦波。由于线性霍尔传感器输出的信号为正弦波，后续硬件处理电路与软件解算算法都较复杂，因此，在实际工程应用中没有开关霍尔传感器应用广泛。
[0004]对于多组开关霍尔传感器构成的反作用飞轮测速系统，在反作用飞轮高速运行时，理论上一定时长内的测速脉冲数相较低速时会增多，因此，测速分辨率就会增高，速度测量的精度也会随之增高，但是，随着多组开关霍尔传感器产生的脉冲个数增加，单个脉冲宽度变窄、脉冲之间间距减小，由于电机磁极和开关霍尔传感器的加工、安装误差，会加剧单个脉冲宽度的变形，导致脉冲之间间距消失，最终导致脉冲计数处理电路出现丢失脉冲个数的现象。而在反作用飞轮低速运行时，理论上一定时长内的测速脉冲数相较高速时会减小，单个脉冲宽度较宽，脉冲之间间距增大，受电机磁极和开关霍尔传感器的加工、安装误差影响较小，不会出现脉冲计数处理电路增加和减小脉冲个数的现象，但测速分辨率会降低，速度测量精度也会随之降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决目前多组开关霍尔传感器构成的反作用飞轮测速系统，在反作用飞轮高速运行时，会出现脉冲计数处理电路丢失脉冲个数的现象，在反作用飞轮低速运行时，测速分辨率会降低，速度测量精度也会随之降低的技术问题，提供一种基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法及系统。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0008]S1，将反作用飞轮的运行速度按照从大到小或从小到大的顺序依次划分为m级，所述m为大于等于2的整数；
[0009]S2，在反作用飞轮测速过程中，使开关霍尔传感器的测速组数i，与m级运行速度的速度大小呈反比，通过i组开关霍尔传感器对反作用飞轮测速；
[0010]其中，i＝1，2，
……
，n，n为开关霍尔传感器的总组数，每组开关霍尔传感中包括x
个开关霍尔传感器，x大于等于1，且m＝n。
[0011]进一步地，步骤S1中，反作用飞轮的运行速度按照从大到小的顺序依次划分为m级；
[0012]步骤S2中，开关霍尔传感器的测速组数i，与m级运行速度的速度大小满足以下关系：
[0013][0014]其中，V
飞轮
为反作用飞轮速度测量值，V1为反作用飞轮m级运行速度中第1级的最小速度边界值，V2为反作用飞轮m级运行速度中第2级的最小速度边界值，V3为反作用飞轮m级运行速度中第3级的最小速度边界值，V
m
‑1为反作用飞轮m级运行速度中第m
‑
1级的最小速度边界值；f(
·
)为开关霍尔传感器组提取的速度值；H1为第一组开关霍尔传感器，H2为第二组开关霍尔传感器，H3为第三组开关霍尔传感器，H
n
为第n组开关霍尔传感器，H
n
‑1为第n
‑
1组开关霍尔传感器。
[0015]进一步地，步骤S2具体为：
[0016]S2.1，分别使每组开关霍尔传感器中的x个开关霍尔传感器产生的方波经异或处理后形成第一方波序列；
[0017]S2.2，根据反作用飞轮运行速度对应的电压信号与m级运行速度中各级速度对应的电压信号比较结果，控制各第一方波序列输出与第一方波序列相同的第二方波序列或恒值低电平信号；
[0018]S2.3，对所有的第二方波序列或恒值低电平信号进行异或处理，输出第三方波序列；
[0019]S2.4，将所述第三方波序列转换为电压模拟量信号，获得反作用飞轮的测速信号；
[0020]S2.5，将所述电压模拟量信号代入步骤S2.2中所述反作用飞轮运行速度对应的电压信号，持续执行步骤S2.2至步骤S2.5，对反作用飞轮测速信号进行实时控制。
[0021]进一步地，步骤S2.1中，所述x个开关霍尔传感器产生的方波，经滤波和整形处理后，再经异或处理形成第一方波序列。
[0022]本专利技术还提供了一种基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速系统，用于实现上述基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法，其特殊之处在于，包括n组开关霍尔传感器、n个异或门电路、n个可控开关、一个多输入异或门电路、一个F
‑
V转换器、一个电压比较器、n
‑
2个窗口电压比较器、一个电压比较器与反相器和n个多输入或门电路；
[0023]每组开关霍尔传感器中开关霍尔传感器的个数相同；
[0024]每组开关霍尔传感器中的每个开关霍尔传感器输出端分别与一个异或门电路的各输入端相连，每个所述异或门电路的输出端分别与一个可控开关的输入端相连，各所述可控开关的输出端分别与多输入异或门电路的输入端相连，多输入异或门电路的输出端与
F
‑
V转换器的输入端相连，F
‑
V转换器的输出端分别连接电压比较器、各窗口电压比较器和电压比较器与反相器的输入端；
[0025]所述电压比较器的给定电压为反作用飞轮m级运行速度中第1级的最小速度边界值对应电压信号，n
‑
2个所述窗口电压比较器的给定电压窗口分别为反作用飞轮m级运行速度中的第2级速度区间、第3级速度区间、
……
、第m
‑
1级速度区间对应电压信号，所述电压比较器与反相器的给定电压为反作用飞轮m级运行速度中第m级的最大速度边界值对应电压信号；其中，m级运行速度中第1级对应的速度最大，第m级对应的速度最小，m＝n，m为大于等于2的整数；
[0026]n个所述多输入或门电路包括第一多输入或门电路、第二多输入或门电路、
……
、第n多输入或门电路，电压比较器的输出端与第一多输入或门电路的输入端相连，电压比较器与反相器的输出端分别与n个所述多输入或门电路的输入端相连，第j个窗口电压比较器的输出端分别与第一多输入或门电路到第j+1多输入或门电路的输入端相连，j＝1，2，
……
，n
‑
2；
[0027]n个所述多输入或门电路的输出端分别与n个可控开关的控制端相连，用于控制可控开关的开合，所述异或门电路、可控开关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将反作用飞轮的运行速度按照从大到小或从小到大的顺序依次划分为m级，所述m为大于等于2的整数；S2，在反作用飞轮测速过程中，使开关霍尔传感器的测速组数i，与m级运行速度的速度大小呈反比，通过i组开关霍尔传感器对反作用飞轮测速；其中，i＝1，2，
……
，n，n为开关霍尔传感器的总组数，每组开关霍尔传感中包括x个开关霍尔传感器，x大于等于1，且m＝n。2.如权利要求1所述基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法，其特征在于，步骤S1中，反作用飞轮的运行速度按照从大到小的顺序依次划分为m级；步骤S2中，开关霍尔传感器的测速组数i，与m级运行速度的速度大小满足以下关系：其中，V
飞轮
为反作用飞轮速度测量值，V1为反作用飞轮m级运行速度中第1级的最小速度边界值，V2为反作用飞轮m级运行速度中第2级的最小速度边界值，V3为反作用飞轮m级运行速度中第3级的最小速度边界值，V
m
‑1为反作用飞轮m级运行速度中第m
‑
1级的最小速度边界值；f(
·
)为开关霍尔传感器组提取的速度值；H1为第一组开关霍尔传感器，H2为第二组开关霍尔传感器，H3为第三组开关霍尔传感器，H
n
为第n组开关霍尔传感器，H
n
‑1为第n
‑
1组开关霍尔传感器。3.如权利要求1或2所述基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法，其特征在于，步骤S2具体为：S2.1，分别使每组开关霍尔传感器中的x个开关霍尔传感器产生的方波经异或处理后形成第一方波序列；S2.2，根据反作用飞轮运行速度对应的电压信号与m级运行速度中各级速度对应的电压信号比较结果，控制各第一方波序列输出与第一方波序列相同的第二方波序列或恒值低电平信号；S2.3，对所有的第二方波序列或恒值低电平信号进行异或处理，输出第三方波序列；S2.4，将所述第三方波序列转换为电压模拟量信号，获得反作用飞轮的测速信号；S2.5，将所述电压模拟量信号代入步骤S2.2中所述反作用飞轮运行速度对应的电压信号，持续执行步骤S2.2至步骤S2.5，对反作用飞轮测速信号进行实时控制。4.如权利要求3所述基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法，其特征在于，步骤S2.1中，所述x个开关霍尔传感器产生的方波，经滤波和整形处理后，再经异或处理形成第一方波序列。5.一种基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速系统，用于实现权利要求1至4任一所述基于多组开关霍尔传感器的反作用飞轮测速方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，梁雁冰，魏宇，王振宇，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：