直线电机动子位置测量方法及系统

本发明属于位置测量，尤其涉及直线电机动子位置测量，具体公开了一种直线电机动子位置测量方法及系统。

背景技术：

1、永磁直线同步电机(permanent magnet synchronous linear motor，pmlsm)伺服控制系统具有加速快、稳态误差小、超调小、推力质量好等优点，常应用于高档机床、激光切割机等工业领域。电机位置反馈的精度是实现伺服控制系统高控制精度的关键。位置检测的抗干扰性将影响伺服控制系统的鲁棒性。因此，有必要探索一种高精度、鲁棒的永磁同步电机动臂位置测量方法。

2、近年来，基于机器视觉的位置测量技术因其检测精度高、实用性强、鲁棒性强等优点，被广泛应用于无人机遥感控制领域的目标跟踪、定位。最重要的是，它的成本与测量范围无关，主要取决于相机的成本。因此，有研究采用图像测量技术检测大行程直线位置。

3、目前，对长行程直线电机运动位置的精密测量主要采用激光干涉仪、磁栅式位置传感器和光栅式位置传感器。该类传感器的测量精度可达到纳米级，满足大多数器件的加工精度要求。然而，激光干涉仪价格昂贵，易受系统振动的影响，并且需要在干燥清洁的环境中工作。磁栅式位置传感器容易受到系统环境噪声的影响，特别是系统电流对传感器磁场的干扰。光栅式位置传感器具有较强的抗干扰性能，但随着测量长度的增加，设备的制造难度和成本也会成倍增加。并且根据增量式传感器的特点，特别是当工作温度发生变化时，系统的累积误差会随着行程的增加而增加。

4、现有的数字图像测量技术应用于直线电机动子位置检测领域，是通过计算动子位移前后两幅图像的亚像素位移经过系统标定得到动子实际位移值。这样的测量方法会造成测量过程中的误差累积。因此，为解决位置测量过程中的误差累积问题，有必要为大行程条件下的直线电机动子位置测量提供新的思路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种直线电机动子位置测量方法，旨在进一步提高现有图像测量方法的测量精度、鲁棒性；该方法通过构建图像样本序列(为测量提供固定位置参考点)的方式，解决了传统图像测量方法(如：cn202310672462.7)存在的累计误差问题，更好地适应大行程情况下直线电机动子位置的测量问题；构建了多速度样本库，提供了多工况条件下的直线电机动子位置测量方法，更好适应直线电机动子位置测量的实际应用，为大行程直线电机动子位置检测提供了一个低成本、高精度、高鲁棒性的测量方法。

2、本发明是这样实现的，一种直线电机动子位置测量方法，所述直线电机动子位置测量方法包括以下步骤：

3、基于预设好的直线电机的目标拍摄源和测量系统，构建多速度样本库；

4、根据直线电机的位置环频率，设定动子位置测量的单次测量周期；其中，所述单次测量周期包括瞬时速度测量和动子位置预测；

5、根据所述多速度样本库配准单次测量周期的基准图像；

6、在单次测量周期内，以第一采集频率采集目标拍摄源，得到i个采集图像；其中所述第一采集频率大于所述位置环频率，i为自然数；

7、计算采集图像与基准图像间的位移，用于反推采集周期内的动子运动速度，并作为动子瞬时速度；

8、根据所述动子瞬时速度、所述基准图像预估反馈时刻动子位置，通过反馈时刻动子位置确定实际动子位移。

9、本发明的另一目的在于提供一种直线电机动子位置测量系统，该直线电机动子位置测量系统包括：

10、数据库模块，用于基于预设好的直线电机的目标拍摄源和测量系统，构建多速度样本库；

11、测量周期设定模块，用于根据直线电机的位置环频率，设定动子位置测量的单次测量周期；其中，所述单次测量周期包括瞬时速度测量和动子位置预测；

12、拍摄图像配准模块，用于根据所述多速度样本库配准单次测量周期的基准图像；

13、图像采集模块，用于在单次测量周期内，以第一采集频率采集目标拍摄源，得到i个采集图像；其中所述第一采集频率大于所述位置环频率，i为自然数；

14、瞬时速度测量模块，用于计算采集图像与基准图像间的位移，用于反推采集周期内的动子运动速度，并作为动子瞬时速度；

15、动子位置预测模块，用于根据所述动子瞬时速度、所述基准图像预估反馈时刻动子位置，通过反馈时刻动子位置确定实际动子位移。

16、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述直线电机动子位置测量方法的步骤。

17、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述直线电机动子位置测量方法的步骤。

18、本发明提供的一种直线电机动子位置测量方法，该方法将依据位置环控制测量周期，将测量周期分为若干的小周期，是通过单次测量周期内，相机的多次拍摄，计算拍摄图像相对于单周期样本参考图像位移，获得动子瞬时速度；通过运动公式预估位置反馈时刻动子位置，测量灵活性强，可以很好适应动子的复杂条件运行状态；本方法通过计算动子瞬时速度对反馈时刻动子位置进行高精度预估，可以做到预反馈或实时反馈，不存在反馈延时的问题，使得实时性与控制精度大大提高。

技术特征：

1.一种直线电机动子位置测量方法，其特征在于，所述直线电机动子位置测量方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的直线电机动子位置测量方法，其特征在于，所述直线电机的目标拍摄源的预设，包括：

3.根据权利要求1所述的直线电机动子位置测量方法，其特征在于，所述直线电机的测量系统的预设，具体包括：

4.根据权利要求1所述的直线电机动子位置测量方法，其特征在于，所述构建多速度样本库的步骤，具体包括：

5.根据权利要求1所述的直线电机动子位置测量方法，其特征在于，在根据直线电机的位置环频率，设定动子位置测量的单次测量周期的步骤中，所述位置环频率设置为100hz，单次测量周期设置为0.01秒。

6.根据权利要求1所述的直线电机动子位置测量方法，其特征在于，在根据所述多速度样本库配准单次测量周期的基准图像的步骤中，配准采用的是图像归一化互相关检测算法。

7.根据权利要求1所述的直线电机动子位置测量方法，其特征在于，根据所述动子瞬时速度、所述基准图像预估反馈时刻动子位置，通过反馈时刻动子位置确定实际动子位移的步骤，具体包括：

8.一种直线电机动子位置测量系统，用于如权利要求1-7任意一项所述的直线电机动子位置测量方法，其特征在于，该直线电机动子位置测量系统包括：

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至7中任一项权利要求所述直线电机动子位置测量方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至7中任一项权利要求所述直线电机动子位置测量方法的步骤。

技术总结本发明适用于位置测量技术领域，提供了一种直线电机动子位置测量方法及系统，所述方法包括：基于预设好的直线电机的目标拍摄源和测量系统，构建多速度样本库；根据直线电机的位置环频率，设定动子位置测量的单次测量周期；根据所述多速度样本库配准单次测量周期的基准图像；在单次测量周期内，以第一采集频率采集目标拍摄源，得到i个采集图像；计算采集图像与基准图像间的位移，用于反推采集周期内的动子运动速度，并作为动子瞬时速度；根据所述动子瞬时速度、所述基准图像预估反馈时刻动子位置，通过反馈时刻动子位置确定实际动子位移。本发明中构建了多速度样本库，提供了多工况条件下的动子位置测量，更好适应动子位置测量的实际应用。技术研发人员：赵吉文,吴浩宇受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6