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申请/专利权人：哈尔滨理工大学

摘要：本发明属于编码器制造领域，具体涉及一种基于蜘蛛黄蜂算法的角度值跳点抑制方法。本发明利用单极和多极磁钢相结合的组合式磁电编码器，通过霍尔元件将采集到的单对极与多对极磁场信号通过反正切算法转换成角度值，再对单极角度值进行排序，在多对极角度值过零点处附加域值x、确定区域上下限、形成极数判断区间对极数进行判断，用限定后的极对数对多对极角度值进行角度细分计算，并进行差分处理，将蜘蛛黄蜂算法与之结合，不断代入域值x进行迭代计算。本发明能够通过蜘蛛黄蜂算法搜索速度快、求解精度高等优势，能够准确快速的找到处理跳点的最优域值x，是一种能有效抑制磁电编码器多对极角度值过零点时的跳点问题的算法。

主权项：1.一种基于蜘蛛黄蜂算法的角度值跳点抑制方法，该方法采用的编码器结构包括轴承1、编码器端盖2、支撑板3、多对极磁钢4、磁隔离环5、单对极导磁环6、轴7、单对极磁钢8、编码器信号解算板9、编码器外壳10、单片机11；其中编码器信号解算板9上焊锡焊接直插式的单对极霍尔a18-1与单对极霍尔a28-2、贴片式的多对极霍尔b14-1与多对极霍尔b24-2、单片机11，单对极霍尔a18-1与单对极霍尔a28-2在同一圆周上呈90°放置，多对极霍尔b14-1与多对极霍尔b24-2在同一圆周上呈90°放置，单对极导磁环6上有单对极霍尔槽c16-1、单对极霍尔槽c26-2，单对极霍尔槽c16-1与单对极霍尔槽c26-2在同一圆周上呈90°放置，其中支撑板3与电机主轴7胶接，轴向充磁方式的多对极磁钢4与支撑板3胶接，磁隔离环5与支撑板3胶接，径向充磁方式的单对极磁钢8与电机主轴7胶接，单对极导磁环6与编码器信号解算板9胶接，单对极导磁环6上的单对极霍尔槽c16-1、单对极霍尔槽c26-2中插入单对极霍尔a18-1、单对极霍尔a28-2，编码器信号解算板9与编码器外壳10胶接，编码器外壳10与编码器端盖2采用螺钉连接其特征在于：所述方法的具体实施过程为：步骤一：电机主轴旋转，单极磁钢和多极磁钢随之转动，产生变化的磁场，由导磁环对磁场进行导向，再由单对极霍尔a1、单对极霍尔a2采集单对极磁场信号，经变换为正余弦信号，多对极霍尔b1、多对极霍尔b2采集多对极角度值信号，然后通过编码器信号解算板对单对极角度值信号与多对极角度值信号进行模数转换，得到数字信号，之后对单对极角度值与多对极角度值进行反正切求解，得到单极和多极角度值，其取值范围为0到65535，解算公式为： 其中，θ1为单对极角度值；θ2为多对极角度值；HS+为单极霍尔接受的信号经模数转换后得到的正弦数字信号；HS-单极霍尔接受的信号经模数转换后得到的余弦数字信号；HM+为多极霍尔接受的信号经模数转换后得到的正弦数字信号；HM-为多极霍尔接受的信号经模数转换后得到的余弦数字信号；步骤二：单对极角度值θ1以升序排序，依据此对多对极角度值θ2进行排序，得到了多对极角度值θ2与单对极角度值θ1的对应关系，使用的磁电编码器多对极磁钢为24对极，故当单对极角度值θ1从0到65535变化一次，对应的多对极角度值θ2从0到65535变化24次；在多对极角度值经过排序后，依据跳点情况对多对极角度值θ2赋予一个域值x，其公式为： 其中θupper为区域上限，θlower为区域下限；x为删选区间长度；由于对角度θ2添加一个阈值x，θupper和θlower的值容易超过0到65535的范围，为此对其进行处理，若θupperi65535，则θupperi＝θupperi-65535；若θloweri0，则θloweri＝θloweri+65535；步骤三：便于数据存储，将步骤二中排序后的单对极角度值θ1全部除以65535，将θ1的取值范围从0到65535压缩到0到1之间，再乘以区间长度2048进行处理，之后对压缩后的数据用取整函数命令对其取整，这样就将单对极角度值映射到了0到2048区间之内，具体公式为：θ1_length_1i＝ROθ1id×length3其中θ1_length_1为压缩取整后的单对极角度值，取值范围为0到2048；RO为向下取整函数，其取整方式为：取小于或等于当前值且距当前值最近的整数；d为压缩倍数，这里取65535；length为区间长度；对压缩取整后的单对极角度值θ1_length_1进行差分计算，具体公式为：θ1_length_errori＝θ1_length_1i+1-θ1_length_1i4其中θ1_length_error为差分计算后的数列，θ1_length_1i+1为当前压缩取整的单对极角度值，θ1_length_1i为上一个压缩取整的单对极角度值；将差分后的数列θ1_length_error中所有大于0的数值的序列号提取出来，单独制作成一个数列length_sift；步骤四：依据数列length_sift的序列号，对多对极的多对极角度值θ2、区域上限多对极角度值θupper、区域下限多对极角度值θlower进行排序列表，其公式为： 其中θ2_tab、θupper_tab、θlower_tab分别为θ2、θupper、θlower的列表；对θ2_tab、θupper_tab、θlower_tab分别进行差分计算，具体公式为：θ2_tab_err＝θ2_tabi+1-θ2_tabi6其中θ2_tab_err为差分计算后的数列，θ2_tabi+1为当前多对极角度值，θ2_tabi为上一个单对极角度值；差分计算时，若θ2_tab_err的值小于-60000，则原始无界限的多对极极数θ2_pole_num加1，直到极数的值等于多对极磁钢的极对数24为止，当极数的值超过极对数24时，极对数赋值为1；同理，对θupper_tab、θlower_tab进行相同的处理，得到区域上限值的多对极极数θ2_pole_num_upper，区域下限值的多对极极数θ2_pole_num_lower；步骤五：将得到的三组多对极极数值进行整理；若θ2_pole_num_upperiθ2_pole_numi且θ2i＜16384，则θ2_pole_numi的值加1；若θ2_pole_numiθ2_pole_num_loweri且θ2i＞49152，则θ2_pole_numi的值减1；若θ2_pole_numi-θ2_pole_num_loweri＝1且θ2i＞49152，则θ2_pole_numi的值减1，另外，当θ2_pole_numi＝1且θ2_pole_num_loweri＝j且θ2i＞49152时，θ2_pole_numi＝j；当θ2_pole_numi＝j且θ2_pole_num_upperi＝1且θ2i＜16384时，θ2_pole_numi＝1；θout＝θ2_pole_numi-1×65535+θ2i7其中，j为极对数；θout为分辨率提高后的多对极角度值；θ2_pole_numi为多对极极数，取值范围是1到24，对θout进行差分计算，对得到的差分值取绝对值；步骤六：定义函数：Y＝tdx8其中Y作为跳点个数的记录，td表示函数的映射关系，其具体表现为步骤二到步骤五的执行过程，x为删选区间的长度，将该函数结合到蜘蛛黄蜂算法中，作为算法的目标函数，完成算法的初始化和种群的生成，之后黄蜂种群开始探索阶段，寻找合适的目标蜘蛛，其建模如下： 其中为蜘蛛黄蜂解决方案的合集；t表示生成指数；i表示人口指数；μ1表示指定移动方向；a和b为种群中随机选择的两个指数，用于方向指定，r1是0和1之间的随机数；rn为满足正态分布的随机数；雌性黄蜂有时会失去的蜘蛛的踪迹，因此他们搜索了这只蜘蛛掉落的确切地点周围的整个区域，建模如下： 其中为初始参数的上界，为初始参数的下界；c是从总体中随机选择的指数；l是在1和-2内随机生成的数字；之后，雌性黄蜂探索的下一个位置如下所示： 如此一步步扩大搜索空间，找出最优区域，找到最优解。

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