專利名稱：一種粗精雙角度傳感器角度數(shù)據(jù)耦合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理方法，具體,旨一種粗精雙角度傳感器角度數(shù)據(jù)耦合方 法，它主要用于粗精雙角度傳感器角度數(shù)據(jù)的耦合，具體可應(yīng)用在航天產(chǎn)品掃 描機(jī)構(gòu)的伺服控制，也可應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的伺服控制。
背景技術(shù)：
掃描機(jī)構(gòu)的設(shè)計， 一般會引入高精度的角度傳感器。角度傳感器精度的高 低，往往與其設(shè)計的體積、質(zhì)量有關(guān)。 一般而言，體積質(zhì)量越大，傳感器的精 度越高，體積質(zhì)量越小，傳感器精度越低。航天產(chǎn)品中， 一方面要求角度傳感 器具有高精度，另一方面，由于載荷自身體積的限制，又要求角度傳感器越小 越好。這就存在了體積大小與精度高低的矛盾。
為解決上述矛盾，粗精雙角度傳感器測角方案被提出并應(yīng)用于航天儀器中， 其安裝結(jié)構(gòu)圖如圖l所示。方案采用單通道旋轉(zhuǎn)變壓器作為粗通道角度測量，
精度約為10'，用于絕對定位；單通道感應(yīng)同步器作為精通道測量，用于提高測
量精度。感應(yīng)同步器一周360對極，每一極內(nèi)精度為0.5'。機(jī)械安裝會導(dǎo)致兩者
零位不同，于是存在著粗精角度數(shù)據(jù)耦合的問題。
現(xiàn)有耦合方法主要是"十分位比較法"(文獻(xiàn)l.張東純、蔣亞紅雙通道 測角系統(tǒng)的粗精耦合問題[J]測控技術(shù)2006Vol25No9; 2.曾慶雙、劉升才一 種雙通道測角系統(tǒng)的設(shè)計[J]中國慣性技術(shù)學(xué)報1996Vol4No2)，其方法具體 描述如下
1定義粗通道測量值為"，精通道為-;其中"取值范圍[0~360°)，精 度10'， -取值范圍[0~1°)，精度0.5';2粗精通道零位偏差安裝結(jié)束即可標(biāo)定出來，令零位偏差為5，有 3e[0,l。)；不難理解，當(dāng)《 = 0時，有/ = 5。
3測量結(jié)果以"、'c'表示，"°^"的取值區(qū)間為[0~359°59'59.5")，不難理解， 6 = P 。
4根據(jù)定義a的取值與(a + 。相關(guān)，以[a + 。表示("+ 。的整數(shù)部分，貝" 取值方法可由流程2表示。
該方法要求每一處精通道的測量精度得到保證，而根據(jù)經(jīng)驗，在精通道的 測量過程中，往往會有某些點存在結(jié)構(gòu)性的固定偏差，因此容易造成耦合誤差； 其次，該方法中的5是一個固定值，并未考慮溫度漂移的影響，或者說它要求 粗精通道的溫度漂移保持一致，而這在實際過程往往難以做到。因此，該方法 會在一定程度上影響航天儀器的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種粗精雙角度傳感器角度數(shù)據(jù)耦合的方法，以解決 現(xiàn)有耦合方法在航天產(chǎn)品的使用中可靠性上的不足。
本發(fā)明所說的粗精角度數(shù)據(jù)耦合的方法，具體描述如下
1定義第&次粗通道測量值為"Ot)，取值范圍[0~360°)，精度10';第^:次 精通道測量值為/ ("，取值范圍[0 1"，精度0.5";第;t次的耦合結(jié)果為^7g/eW ， 取值范圍[0 359°59'59.5")。
2約定零點。由于粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器的測量精度要差于精通道感應(yīng)同步器， 旋轉(zhuǎn)變壓器的每一個測量值，都對應(yīng)感應(yīng)同步器一個區(qū)間的值。因此，零點的 約定以感應(yīng)同步器測量值為準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)變壓器測量值為輔。
約定某位置為零點，要求該位置精通道感應(yīng)同步器測量值耀近0.5°，粗 通道旋轉(zhuǎn)變壓器測量值"-;V 7。為一定值。由于"是絕對測角的結(jié)果，具有唯一性，因此，同時滿足條件f^^^的點，在一周內(nèi)具有唯一性。n的值不
禾口a = ;k0
同，約定的零點也不同，并不影響該方法的可行性與可靠性。約定該點為零點， 每次開機(jī)先尋此零點。
3三段求解。由于已確定零點，不妨假定零點為第一次粗精角度數(shù)據(jù)融合 的結(jié)果，即^"g/e(0)-0。
按實際使用的情況，粗精通道測量頻率均為2.5^K報，掃描機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速不超過 720° 〃 。由此可知，前后兩次測量之差小于(1/3)。，即^"g/e(A + l)-^7g/e(A:)1〈(1/3)。，
考慮利用此測量關(guān)系求解角度數(shù)據(jù)。將每l。分成&c似、&外三段，各
段取值區(qū)間分別為
&cto = [0~l/3°) 5一 = [1/3。~2/3°) &外=[2/3° 1°)
如附圖3所示。下面利用歸納法融合角度數(shù)據(jù)。
步驟/:已知^"^<0) = 0，第fc次測量結(jié)果為a("、風(fēng)fc)，第/t+l次測量結(jié) 果為a(t + l)、 / (& + 1)。
步驟//:假定由a(&)、風(fēng)"可融合出乂"g/e("
步驟/// :情況①，如果岸)e ，且岸+1) e &血，則可判定風(fēng)A) 、 +1)
在同1。內(nèi)，那么有
^"g/e(A: +1) = X"g/e(A) +岸+1)—岸)； 情況②，如果e &cto ，且風(fēng)A +1) e &"〃 ，則可判定、風(fēng)A: +1) 在同1°內(nèi)，那么有
乂"g/e(it +1) = Z"g/e(fe) +岸+1) -岸)； 情況③，如果/ (A) e &cto ，且風(fēng)A: +1) e &c/y ，則可判定風(fēng)"、/ (A: +1)不在同1。內(nèi)，此時有
^"g/e(A: +1) = j"g/e⑨+岸+1)-雞)-1。； 情況④，如果/ (。e&"/ ，不管/ (yt + l)處在Se"" 、 5^W或&c^，
都有-
j"g/e(yt +1) = X"g/e(A:) +岸+1)—岸)； 情況 ，如果e Sec^ ，且風(fēng)& +1) e ，則可判定、 / (A; +1)
不在同"內(nèi)，此時有 '
+1) = ^"g/e(A:) +岸+1) -岸)+1。； 情況 ，如果/ (it)e&c^，且/ (A + l)e&c^，則可判定/ ("、 / (t + l) 在同1°內(nèi)，那么有
j"g/e(it +1) = v4"g/e(" +雞+1) -岸)； 情況⑦，如果風(fēng)"e&c^，且〃0t + l)e&c^，則可判定/ ("、風(fēng)A: + 1) 在同"內(nèi)，那么有
+1) = 乂wg/e(fc) + +1) — / (A:); 以上假設(shè)了/ ("、風(fēng)it + l)所有的可能關(guān)系，均可求解出^7g/e(A + l)。因此可 知，由/ (A:)、 / (A: + l)的相關(guān)性和^g/e("的值可求融合出^g/e(A: + l)。 步驟///算法流程圖可見附圖4。 本發(fā)明有如下有益效果
1. 本發(fā)明的方法簡化了粗精角度數(shù)據(jù)的融合過程，且能夠抑制粗通道r
以內(nèi)溫度漂移對角度數(shù)據(jù)融合的影響，提高了^X角位置傳感器測角在航天產(chǎn)品 中的可靠性。
2. 本發(fā)明所提出的方法可應(yīng)用在各種對環(huán)境要求、體積質(zhì)量要求高的伺服 系統(tǒng)的控制中。


圖1粗精雙位置傳感器掃描機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
圖2 "十分位法"粗精角度數(shù)據(jù)融合算法圖
圖3三段法圖
圖4三段法求解算法流程圖 ' 圖5試驗結(jié)果圖
實驗結(jié)果與效果說明
為驗證該發(fā)明，作者研制了粗精雙傳感器掃描機(jī)構(gòu)。該掃描機(jī)構(gòu)包含粗通 道旋轉(zhuǎn)變壓器、精通道感應(yīng)同步器、掃描鏡、掃描電機(jī)，掃描機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖 l所示。
利用該掃描機(jī)構(gòu)按8.125。"的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，同時采集粗精角度數(shù)據(jù)耦合方法耦 合出來的角度數(shù)據(jù)，如圖5所示。在該圖中，橫坐標(biāo)表示采集樣本數(shù)，頻率為 2.5《& ，縱坐標(biāo)表示采集的角度數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)是連續(xù)的，且未出現(xiàn)奇異點(現(xiàn) 有方法易出現(xiàn)奇異點)，表明了該粗精角度數(shù)據(jù)融合方法的可靠性。
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權(quán)利要求
1.一種粗精雙角度傳感器角度數(shù)據(jù)耦合的方法，其特征在于該方法包括如下步驟A約定零點約定某位置為零點，要求該位置精通道感應(yīng)同步器測量值β接近0.5°，粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器測量值α＝γ0，γ0為一定值，γ0的值不同，約定的零點也不同，并不影響該方法的可行性與可靠性，約定該點為零點，每次開機(jī)先尋此零點，并假定零點為第一次粗精角度數(shù)據(jù)融合的結(jié)果，即Angle(0)＝0；B三段求解將每1°分成Sectα、Sectβ、Sectγ三段，各段取值區(qū)間分別為Sectα＝[0～1/3°)Sectβ＝[1/3°～2/3°)Sectγ＝[2/3°～1°)利用兩次測量的相關(guān)性融合角度數(shù)據(jù)，其融合方法如下步驟I已知Angle(0)＝0，第k次測量結(jié)果為α(k)、β(k)，第k+1次測量結(jié)果為α(k+1)、β(k+1)；步驟II假定由α(k)、β(k)可融合出Angle(k)；步驟III情況①，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectα，則可判定β(k)、β(k+1)在同1°內(nèi)，那么有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；情況②，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectβ，則可判定β(k)、β(k+1)在同1°內(nèi)，那么有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；情況③，如果β(k)∈Sectα，且β(k+1)∈Sectγ，則可判定β(k)、β(k+1)不在同1°內(nèi)，此時有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)-1°；情況④，如果β(k)∈Sectβ，不管β(k+1)處在Sectα、Sectβ或Sectγ，都有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；情況⑤，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectα，則可判定β(k)、β(k+1)不在同1°內(nèi)，此時有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)+1°；情況⑥，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectβ，則可判定β(k)、β(k+1)在同1°內(nèi)，那么有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；情況⑦，如果β(k)∈Sectγ，且β(k+1)∈Sectγ，則可判定β(k)、β(k+1)在同1°內(nèi)，那么有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；上述公式中angle(k)為第k次粗精角度數(shù)據(jù)融合的結(jié)果，α(k)為第k次粗通道旋轉(zhuǎn)變壓器測量值，β(k)為第k次精通道感應(yīng)同步器測量值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粗精雙角度傳感器角度數(shù)據(jù)耦合方法。對于使用單通道旋轉(zhuǎn)變壓器和單通道感應(yīng)同步器的雙傳感器測角方案，該方法利用前后兩次測量的相關(guān)性融合粗精角度數(shù)據(jù)，大大簡化了粗通道與精通道的角度數(shù)據(jù)融合過程，而且可以一定程度上抑制粗通道溫度漂移對耦合的影響。本發(fā)明可以應(yīng)用在航天對地觀測、氣象預(yù)報等一些對掃描機(jī)構(gòu)體積質(zhì)量要求較高的場合，也可應(yīng)用于工業(yè)伺服控制等領(lǐng)域。
文檔編號G01B7/30GK101581566SQ20091005031
公開日2009年11月18日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月20日
發(fā)明者劉銀年, 姜紫慶, 育 張, 張明濤, 王躍明, 謝仁飚, 謝惜惜 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所