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申请/专利权人：中国科学院电工研究所

摘要：本发明公开了一种高速直线电机的位置和速度检测系统及方法，所述系统包括光栅尺、多个激光发生器、多个接收装置和控制器。所述检测方法包括：接收装置根据各传感器输入脉冲信号，计算动子位置。然后根据各传感器输出脉冲对应的跟踪微分器计算速度。对各传感器输入脉冲进行独立运算，当跟踪微分器算法输出速度达到稳定后，选取该速度作为速度检测系统最终计算速度传递到控制器，控制器选择接收装置速度和位移信号输出到电机控制系统。该方法能够有效降低跟踪微分器对速度阶跃信号的跟踪的过渡过程，减小时间延迟，且各传感器输出的脉冲为独立运算，避免了传感器绝对位置的误差导致的速度波动，实现了高速直线电机高实时性高精度测量的要求。

主权项：1.一种高速直线电机的位置和速度检测系统的检测方法，其特征在于：所述位置和速度检测系统包括光栅尺、多个激光发生器、接收装置以及控制器；所述多个激光发生器，以固定间隔布置于所述高速直线电机上，用于发出激光并保持常亮状态；所述光栅尺，具有固定等宽和等间距的栅格孔，用于遮挡和透过激光，以产生光脉冲信号；所述接收装置，包括接收传感器和信号处理器，用于接收多个激光发生器的光脉冲信号并进行计算；所述信号处理器包括光电转换、滤波电路、高速数字处理器和通信模块；所述接收传感器与所述激光发生器平行布置，用于接收光脉冲信号；所述高速数字处理器根据电脉冲信号、所述光栅尺的栅格孔间距计算速度和位置，然后通过所述通信模块将速度和位置信号传递给所述控制器；控制器，用于接收来自接收装置计算得到的速度和位置信号；所述位置的检测方法为：所述接收装置根据所述光脉冲信号脉冲数、所述光栅尺的栅格孔间距和所述接收传感器的绝对位置确定所述高速直线电机的动子的实时位置，包括：动子的实时位置=接收传感器绝对位置+信号脉冲数×光栅尺栅格孔间距；所述速度的检测方法，包括：步骤S1，确定所述光栅尺的栅孔间距为w，相邻两个所述接收传感器间距为l1，所述多个接收传感器按照顺序分别定义为第一个接收传感器、第二个接收传感器，至第m个接收传感器；步骤S2，所述接收装置接收各接收传感器输入脉冲信号并进行光电转换；所述接收装置首先根据第一个接收传感器输出脉冲进行速度检测，采用光栅尺栅格间距和相邻两个脉冲上升沿时间求得连续n个脉冲中，每一个脉冲对应的速度v1_1、v1_2…v1_n；步骤S3，求得所述第一个接收传感器连续输出的n个脉冲对应的平均速度vT_1，其中，vT_1=v1_1+v1_2+…+v1_n；步骤S4，将所述第一个接收传感器输出脉冲对应的平均速度vT_1作为跟踪微分器的初值，对所述跟踪微分器进行赋初值的操作；赋初值完成后，结合所述光栅尺栅格间距w以及第一个接收传感器输出脉冲数量N1，根据相对位移公式w×N1，得到所述第一个接收传感器检测到的动子板的相对位移X1作为所述跟踪微分器的输入，并启动所述跟踪微分器计算程序，得到所述第一个接收传感器输出脉冲对应的跟踪微分器计算的速度vG_1；步骤S5，当所述第二个接收传感器连续输出n个脉冲后，根据上述步骤S3的方法，求得所述第二个接收传感器连续输出n个脉冲对应的平均速度vT_2；当第三个接收传感器输出脉冲后，根据上述步骤S3的方法，求得所述第三个接收传感器输出n个脉冲对应的平均速度vT_3；以此类推，当所述第m个接收传感器输出n个脉冲后，求得所述第m个传感器连续输出n个脉冲对应的平均速度vT_m；步骤S6，当所述第二个接收传感器连续输出n个脉冲后，根据上述步骤S4的方法，求得所述第二个传感器输出脉冲采用跟踪微分器计算的速度vG_2；当所述第三个接收传感器输出n个脉冲后，根据上述步骤S4的方法，求得所述第三个接收传感器输出脉冲采用跟踪微分器计算的速度vG_3，以此类推，当所述第m个传感器输出n个脉冲后，根据上述步骤S4的方法，求得所述第m个接收传感器输出脉冲采用跟踪微分器计算的速度vG_m；步骤S7，动子在运动过程中，当vG_1跟踪上实际速度且稳定后，选择vG_1作为检测结果vf；当vG_2稳定后，在vG_1和vG_2重叠的区域内，选择vG_2作为检测结果vf；当vG_3稳定后，在vG_2和vG_3重叠的区域内，选择vG_3作为检测结果vf；以此类推，接收装置将vf传递到控制器；步骤S8，控制器选择不同接收装置上传的vf，最终实现全程范围内的速度检测。

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