本發(fā)明涉及一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)及運行方法，屬于磁懸浮運動臺。

背景技術(shù)：

1、自20世紀90年代以來，電子信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展成為帶動世界經(jīng)濟增長的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件制造是電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和主導(dǎo)。精密儀器制造對加工設(shè)備的要求越來越高，其中定位精度的高低直接影響到待加工尺寸的精度，提高定位精度不僅可以通過提高傳感器的精度與分辨力等，還可以通過路徑預(yù)測來實現(xiàn)。由于磁懸浮系統(tǒng)具有非接觸式特性，因此在清潔環(huán)境系統(tǒng)、高精度定位和高速運輸系統(tǒng)中被廣泛使用?；谝陨媳尘埃槍Υ艖腋∵\動臺定位精度的研究具有一定發(fā)展前景。

2、霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器，廣泛用于電磁、壓力、加速度、振動等方面的測量。其特點是體積小、功耗小、壽命長、安裝方便，耐腐蝕和污染，不僅適用于動鐵式磁懸浮運動臺而且適用于動圈式磁懸浮平臺負載重量小且具有線纜干擾的情況。相比較激光傳感器通過距離或位移定位來說，霍爾傳感器是基于磁浮運動臺的定子或動子中固有的永磁體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度來測量位置，因此具有更廣的測量范圍，且結(jié)構(gòu)與安裝方式相對簡單。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中磁懸浮運動臺定位精度低的技術(shù)問題，進而提出一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)及運行方法。

2、本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明提出一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)，包括：

3、動子組件包括動子平臺(1-2)、線圈(1-1)和線性霍爾傳感器(3-1)；

4、定子組件包括halbach永磁體陣列(1-3)和基礎(chǔ)平臺。

5、可選的，線圈(1-1)分為三組，線性霍爾傳感器(3-1)組成5×5的霍爾傳感器矩陣，霍爾傳感器矩陣安裝在動子平臺(1-2)上，霍爾傳感器矩陣內(nèi)的相鄰兩個線性霍爾傳感器(3-1)的間距為磁鐵陣列周期的四分之一。

6、可選的，halbach永磁體陣列(1-3)上設(shè)有動子平臺(1-2)，每組線圈(1-1)垂直安裝在動子平臺(1-2)上。

7、一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)運行方法，包括：

8、s1：將霍爾傳感器矩陣內(nèi)相鄰兩個傳感器結(jié)合組成40個測量對，獲取每對霍爾傳感器的相位值；

9、s2：將霍爾傳感器矩陣分別按照x軸和y軸分為5組，計算每行或者每列中四個相位值的相互作差值，根據(jù)相互作差值判斷動子相對定子是否有偏角，完成霍爾傳感器系統(tǒng)的異常檢測；

10、s3：根據(jù)異常檢測后的相位值計算得到磁浮臺運動的預(yù)測結(jié)果。

11、可選的，s1中獲取每對霍爾傳感器的相位值具體包括：

12、在控制運動臺閉環(huán)繞z軸轉(zhuǎn)動、繞x軸轉(zhuǎn)動、繞y軸轉(zhuǎn)動后，將一個霍爾傳感器測量對的返回值取反正切后得到測量點的相位值。

13、可選的，s2中霍爾傳感器系統(tǒng)的異常檢測的步驟包括：

14、s201：將四個相位值的相互作差值和π/2對比；

15、s202：若四個相位值的相互作差值等于π/2，則判定動子平臺無轉(zhuǎn)角，對每組相位值進行誤差消除，根據(jù)測量點誤差消除后的相位值計算得到測量點勻速運動過程中的線性變化，在測量點運動過程中，當相位值發(fā)生不連續(xù)的跳變時，若相位自2π跳變?yōu)?則周期數(shù)加1，移動距離自加一個周期長度；若相位自0跳變?yōu)?π則周期數(shù)減1，移動距離自減一個周期長度τ，結(jié)合測量點勻速運動過程中的線性變化，計算得到測量點的總位移；

16、s203：若四個相位值的相互作差值不等于π/2，則判定傳感器損壞或定子存在轉(zhuǎn)動，完成霍爾傳感器系統(tǒng)的異常檢測；

17、測量點勻速運動過程中的線性變化的表達式為：

18、x＝ατ/2π(1)；

19、公式(1)中，x為移動距離，α為霍爾傳感器測量對的相位值，τ為一個周期的磁鐵陣列長度；

20、測量點的總位移的計算公式為：

21、x＝nτ+x(2)；

22、公式(2)中，x為總位移，n為周期數(shù)。

23、可選的，s202中對每組相位值進行誤差消除具體包括：對每組相位值進行相鄰相位值相差π/2的擬合。

24、可選的，s3中獲取磁浮臺運動的預(yù)測結(jié)果具體包括：

25、根據(jù)測量點的總位移繪制位移曲線，將定子平臺上x-y平臺內(nèi)相鄰周期的測量點的位移曲線收尾連接，得到測量點相對于定子平臺的位置，根據(jù)每個測量點的相位值變化率計算得到定子平臺的相對運動速度和加速度，完成磁浮臺運動定位。

26、本發(fā)明的有益效果是：霍爾傳感器安裝使用方便，硬件成本低，本發(fā)明采用線性霍爾傳感器陣列取代常用的激光測距儀來測量動子的相對位置，測量范圍不受行程限制；采用霍爾傳感器矩陣的形式除了測量位移還可檢驗動子相對定子有無轉(zhuǎn)角，同組5個霍爾傳感器相互檢驗，數(shù)據(jù)可靠性更高。

技術(shù)特征：

1.一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述用于halbach磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括動子組件和定子組件；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于halbach磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述線圈(1-1)分為三組，線性霍爾傳感器(3-1)組成5×5的霍爾傳感器矩陣，霍爾傳感器矩陣安裝在動子平臺(1-2)上，霍爾傳感器矩陣內(nèi)的相鄰兩個線性霍爾傳感器(3-1)的間距為磁鐵陣列周期的四分之一。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于halbach磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)，其特征在于，所述halbach永磁體陣列(1-3)上設(shè)有動子平臺(1-2)，每組線圈(1-1)垂直安裝在動子平臺(1-2)上。

4.一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)運行方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-3任意一項所述的一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)運行方法，其特征在于，s1中獲取每對霍爾傳感器的相位值具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)運行方法，其特征在于，s2中霍爾傳感器系統(tǒng)的異常檢測的步驟包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)運行方法，其特征在于，s202中對每組相位值進行誤差消除具體包括：對每組相位值進行相鄰相位值相差π/2的擬合。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)運行方法，其特征在于，s3中獲取磁浮臺運動的預(yù)測結(jié)果具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種用于磁浮臺運動定位的霍爾傳感器系統(tǒng)及運行方法，其中系統(tǒng)包括動子組件和定子組件，動子組件包括動子平臺(1?2)、線圈(1?1)和線性霍爾傳感器(3?1)；定子組件包括Halbach永磁體陣列(1?3)和基礎(chǔ)平臺。本發(fā)明采用線性霍爾傳感器陣列取代常用的激光測距儀來測量動子的相對位置，測量范圍不受行程限制；采用霍爾傳感器矩陣的形式除了測量位移還可檢驗動子相對定子有無轉(zhuǎn)角，同組5個霍爾傳感器相互檢驗，數(shù)據(jù)可靠性更高。

技術(shù)研發(fā)人員：于程隆,冉明,李娜,李兆元,趙勃,譚久彬
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2