基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法

2023-05-13 23:03:56

基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法
【專利摘要】基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法，屬於航空航天活動機構控制【技術領域】，該方法包括：連接系統控制器、兩個霍爾傳感器、活動機構、步進電機和電機驅動電路；確定霍爾傳感器有效的起始信號與活動機構位置的對應關係；如果活動機構的當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，那麼選擇與活動機構的目標位置較近的霍爾傳感器作為定位器；如果當前位置對應某個霍爾傳感器有效，那麼選擇該霍爾傳感器作為定位器；如果當前位置對應某個霍爾傳感器有效，並且該霍爾傳感器故障，那麼選擇另一個霍爾傳感器作為定位器；如果當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，並且與活動機構的目標位置較近的霍爾傳感器故障，那麼選擇另一個霍爾傳感器作為定位器。
【專利說明】基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法，屬於航空航天活動機構控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]活動機構在航空航天領域得到越來越多的應用，比如調焦、調偏流、轉臺控制、機械臂控制等。為了準確將活動機構調整到指定位置，除了要求合理的機構設計，準確定位活動機構位置與合理的活動機構控制方法成為航空航天領域能否實現準確控制活動機構的關鍵技術。霍爾傳感器以自身體積小、重量輕、功耗低、可靠性高等特點，已經在航空航天領域得到廣泛應用，成為定位活動機構位置的重要元件。目前航空航天領域通常一個活動機構採用一個霍爾傳感器作為定位器，如果霍爾傳感器故障，活動機構將無法準確定位；通過霍爾傳感器定位活動機構位置後，通常活動機構不進行重新定位，在霍爾傳感器有效的條件下控制活動機構，如果向機構的限位方向移動，並且移動範圍較大，容易導致活動機構撞到機構限位，造成活動機構損壞或卡死。

【發明內容】

[0003]為了解決現有活動機構控制方法存在的問題，本發明提出一種基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法。
[0004]本發明的技術方案是:
[0005]基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法，包括以下步驟:
[0006]步驟一，在活動機構被控範圍的兩端各放置一個霍爾傳感器；系統控制器與霍爾傳感器相連，採集霍爾傳感器的有效或無效信號；系統控制器與電機驅動器相連，控制電機驅動器產生電機控制信號；電機驅動器與電機相連，控制電機轉動；電機與活動機構相連，驅動活動機構移動；活動機構與霍爾傳感器相連，霍爾傳感器根據活動機構位置產生有效或無效信號；
[0007]步驟二，在活動機構移動範圍內，確定霍爾傳感器有效的起始信號與活動機構位置的對應關係；
[0008]步驟三，如果活動機構的當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，那麼選擇與活動機構的目標位置相對較近的霍爾傳感器作為活動機構的定位器，控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效到有效時，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置；
[0009]步驟四，如果活動機構的當前位置對應某個霍爾傳感器有效，那麼選擇該霍爾傳感器作為定位器，控制活動機構向另外一個霍爾傳感器方向移動，當定位器從有效變為無效後，控制活動機構停止移動，再控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效變為有效後，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置，如果活動機構未到達目標位置，並且另外一個霍爾傳感器從無效變為有效，那麼控制活動機構停止移動，重新計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置；
[0010]步驟五，如果活動機構的當前位置對應某個霍爾傳感器有效，並且該霍爾傳感器故障,那麼選擇另一個霍爾傳感器作為定位器,控制活動機構向另外一個霍爾傳感器方向移動，當定位器從無效變為有效後，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置；
[0011]步驟六，如果活動機構的當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，並且與活動機構的目標位置相對較近的霍爾傳感器故障，那麼選擇另一個霍爾傳感器作為活動機構的定位器，控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效到有效時，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置。
[0012]步驟二所述確定霍爾傳感器有效的起始信號與活動機構位置的對應關係的過程為:在活動機構移動範圍內，首先將活動機構移動到霍爾傳感器無效的某個位置，然後控制活動機構移向霍爾傳感器，當霍爾傳感器從無效變為有效後，活動機構停止移動，記錄移動機構的當前位置。
[0013]本發明的有益效果:本發明基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法，可以提高活動機構定位的可靠性，兩個霍爾傳感器互為備份，任意一個霍爾傳感器故障，不影響活動機構控制的準確性；活動機構的每次控制，首先通過霍爾傳感器準確確定活動機構位置，然後控制活動機構到達目標位置，提高了活動機構位置控制的準確性；活動機構當前位置在霍爾傳感器有效範圍內時，首先控制活動機構移動到霍爾傳感器無效區域，然後通過霍爾傳感器定位，最後將活動機構控制到目標位置，可以有效防止活動機構移動到機構限位，避免活動機構損壞或卡死。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法框圖。
[0015]圖2是本發明基於霍爾傳感器定位的俯仰機構控制方法的系統結構框圖。
[0016]圖3是霍爾傳感器的有效範圍與活動機構位置關係圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0018]如圖1所示，基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法，包括以下步驟:
[0019]步驟一，在活動機構被控範圍的兩端各放置一個霍爾傳感器；系統控制器與霍爾傳感器相連，採集霍爾傳感器的有效或無效信號；系統控制器與電機驅動器相連，控制電機驅動器產生電機控制信號；電機驅動器與電機相連，控制電機轉動；電機與活動機構相連，驅動活動機構移動；活動機構與霍爾傳感器相連，霍爾傳感器根據活動機構位置產生有效或無效信號。
[0020]步驟二，在活動機構移動範圍內，確定霍爾傳感器有效的起始信號與活動機構位置的對應關係，確定過程為:在活動機構移動範圍內，首先將活動機構移動到霍爾傳感器無效的某個位置，然後控制活動機構移向霍爾傳感器，當霍爾傳感器從無效變為有效後，活動機構停止移動，記錄移動機構的當前位置。
[0021]步驟三，如果活動機構的當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，那麼選擇與活動機構的目標位置相對較近的霍爾傳感器作為活動機構的定位器，控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效到有效時，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置。
[0022]步驟四，如果活動機構的當前位置對應某個霍爾傳感器有效，那麼選擇該霍爾傳感器作為定位器，控制活動機構向另外一個霍爾傳感器方向移動，當定位器從有效變為無效後，控制活動機構停止移動，再控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效變為有效後，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置，如果活動機構未到達目標位置，並且另外一個霍爾傳感器從無效變為有效，那麼控制活動機構停止移動，重新計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置。
[0023]步驟五，如果活動機構的當前位置對應某個霍爾傳感器有效，並且該霍爾傳感器故障,那麼選擇另一個霍爾傳感器作為定位器,控制活動機構向另外一個霍爾傳感器方向移動，當定位器從無效變為有效後，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置。
[0024]步驟六，如果活動機構的當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，並且與活動機構的目標位置相對較近的霍爾傳感器故障，那麼選擇另一個霍爾傳感器作為活動機構的定位器，控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效到有效時，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置。
[0025]將本發明的基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法應用於空間相機，以空間相機的俯仰機構控制為例，詳細介紹本發明的具體實施。
[0026]如圖2所示，首先，在俯仰機構被控範圍的兩端各放置一個霍爾傳感器；系統控制器與霍爾傳感器相連，採集霍爾傳感器的有效或無效信號、計算步進電機運行步數和運行方向，系統控制器與電機驅動器相連，控制電機驅動器產生電機控制信號；電機驅動器與步進電機相連，控制步進電機轉動；步進電機與俯仰機構相連，驅動俯仰機構移動到目標位置；俯仰機構與霍爾傳感器相連，霍爾傳感器根據俯仰機構位置產生有效或無效信號反饋給系統控制器。
[0027]系統控制器採用型號為SMJ320C30的微處理器；採用型號為42BYG020G的步進電機；採用型號為SJ-2H042MC的步進電機驅動器。
[0028]如圖3所示，霍爾傳感器的有效範圍與俯仰機構位置的對應關係，俯仰機構控制範圍為15°至90°，15°至21.9°小角度霍爾傳感器有效，21.9°為小角度霍爾傳感器從無效到有效的臨界角度，79.7°至90°大角度霍爾傳感器有效，79.7°為大角度霍爾傳感器從無效到有效的臨界角度，50.8°為21.9°和79.7°的中間角度。
[0029]霍爾傳感器定位的俯仰機構的控制流程，包括以下步驟:
[0030]步驟1:如果兩個霍爾傳感器都無效，兩個霍爾傳感器未故障，並且俯仰機構目標角度不大於50.8°，那麼控制俯仰機構向小角度方向移動，小角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據小角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度21.9°和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0031]步驟2:如果兩個霍爾傳感器都無效，兩個霍爾傳感器未故障，並且俯仰機構目標角度大於50.8°，那麼控制俯仰機構向大角度方向移動，大角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據大角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度79.V和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0032]步驟3:如果小角度霍爾傳感器有效，小角度霍爾傳感器未故障，並且俯仰機構目標角度大於79.V，那麼控制俯仰機構向大角度方向移動，小角度霍爾傳感器由有效變為無效後，控制俯仰機構停止移動，控制俯仰機構向小角度方向移動，小角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據小角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度21.9°和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置，如果大角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據大角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度79.V和俯仰機構目標角度重新計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0033]步驟4:如果小角度霍爾傳感器有效，小角度霍爾傳感器未故障，並且俯仰機構目標角度不大於79.V，那麼控制俯仰機構向大角度方向移動，小角度霍爾傳感器由有效變為無效後，控制俯仰機構停止移動，控制俯仰機構向小角度方向移動，小角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據小角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度21.9°和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0034]步驟5:如果大角度霍爾傳感器有效，大角度霍爾傳感器未故障，並且俯仰機構目標角度小於21.9°，那麼控制俯仰機構向小角度方向移動，大角度霍爾傳感器由有效變為無效後，控制俯仰機構停止移動，控制俯仰機構向大角度方向移動，大角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據大角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度79.V和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置，如果小角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據小角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度21.9°和俯仰機構目標角度重新計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0035]步驟6:如果大角度霍爾傳感器有效，大角度霍爾傳感器未故障，並且俯仰機構目標角度不小於21.9°，那麼控制俯仰機構向小角度方向移動，大角度霍爾傳感器由有效變為無效後，控制俯仰機構停止移動，控制俯仰機構向大角度方向移動，大角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據大角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度79.V和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0036]步驟7:如果小角度霍爾傳感器有效，並且小角度霍爾傳感器故障，控制俯仰機構向大角度方向移動，大角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據大角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度79.V和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0037]步驟8:如果大角度霍爾傳感器有效，並且大角度霍爾傳感器故障，控制俯仰機構向小角度方向移動，小角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據小角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度21.9°和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。[0038]步驟9:如果兩個霍爾傳感器都無效，並且大角度霍爾傳感器故障，控制俯仰機構向小角度方向移動，小角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據小角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度21.9°和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
[0039]步驟10:如果兩個霍爾傳感器都無效，並且小角度霍爾傳感器故障，控制俯仰機構向大角度方向移動，大角度霍爾傳感器由無效變為有效後，控制俯仰機構停止移動，根據大角度霍爾傳感器確定俯仰機構當前角度79.V和俯仰機構目標角度計算步進電機運行步數和運行方向，控制步進電機驅動俯仰機構到達目標位置。
【權利要求】
1.基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法，其特徵是，包括以下步驟: 步驟一，在活動機構被控範圍的兩端各放置一個霍爾傳感器；系統控制器與霍爾傳感器相連，採集霍爾傳感器的有效或無效信號；系統控制器與電機驅動器相連，控制電機驅動器產生電機控制信號；電機驅動器與電機相連，控制電機轉動；電機與活動機構相連，驅動活動機構移動；活動機構與霍爾傳感器相連，霍爾傳感器根據活動機構位置產生有效或無效信號； 步驟二，在活動機構移動範圍內，確定霍爾傳感器有效的起始信號與活動機構位置的對應關係； 步驟三，如果活動機構的當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，那麼選擇與活動機構的目標位置相對較近的霍爾傳感器作為活動機構的定位器，控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效到有效時，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置； 步驟四，如果活動機構的當前位置對應某個霍爾傳感器有效，那麼選擇該霍爾傳感器作為定位器，控制活動機構向另外一個霍爾傳感器方向移動，當定位器從有效變為無效後，控制活動機構停止移動，再控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效變為有效後，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置，如果活動機構未到達目標位置，並且另外一個霍爾傳感器從無效變為有效，那麼控制活動機構停止移動，重新計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置； 步驟五，如果活動機構的當前位置對應某個霍爾傳感器有效，並且該霍爾傳感器故障，那麼選擇另一個霍爾傳感器作為定位器，控制活動機構向另外一個霍爾傳感器方向移動，當定位器從無效變為有效後，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置； 步驟六，如果活動機構的當前位置對應的兩個霍爾傳感器都無效，並且與活動機構的目標位置相對較近的霍爾傳感器故障，那麼選擇另一個霍爾傳感器作為活動機構的定位器，控制活動機構向定位器移動，當定位器從無效到有效時，控制活動機構停止移動，計算活動機構需要移動的範圍，控制活動機構移動到目標位置。
2.根據權利要求1所述的基於霍爾傳感器定位的活動機構控制方法，其特徵在於，步驟二所述確定霍爾傳感器有效的起始信號與活動機構位置的對應關係的過程為:在活動機構移動範圍內，首先將活動機構移動到霍爾傳感器無效的某個位置，然後控制活動機構移向霍爾傳感器，當霍爾傳感器從無效變為有效後，活動機構停止移動，記錄移動機構的當前位置。
【文檔編號】G05D3/12GK103592954SQ201310529189
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】于濤 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所