阅读说明：本技术 用于超高速直线电机的测速系统和方法 (Velocity-measuring system and method for ultrahigh speed linear motor ) 是由 季旭 毛凯 张艳清 马逊 韦克康 张庆杰 康颖 王岩 于 2018-05-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电机测速技术领域,公开了一种用于超高速直线电机的测速系统和方法。该系统包括：多个检测装置,设置在超高速直线电机中双列排布的超导线圈两侧,每一侧的检测装置用于检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离,并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下,产生与检测的超导线圈对应的脉冲,针对每一列超导线圈,对应列的每个检测装置输出一组脉冲；控制器,用于接收多个检测装置输出的多组脉冲,基于超导线圈的极距和超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离对多组脉冲进行多次差分迭代运算,并基于多次差分迭代运算后得到的脉冲和计算脉冲时间差计算超高速直线电机的速度。由此可实现超高速直线电机的非接触式高精度测速。(The present invention relates to motor speed measuring technical fields, disclose a kind of velocity-measuring system and method for ultrahigh speed linear motor.The system includes: multiple detection devices, the superconducting coil two sides that biserial is arranged in ultrahigh speed linear motor are set, the detection device of every side is used to detect the move distance of each superconducting coil in respective column superconducting coil, and in the case where the move distance of superconducting coil detected is more than preset distance, generate pulse corresponding with the superconducting coil of detection, for each column superconducting coil, each detection device of respective column exports a set of pulses；Controller, for receiving the multiple groups pulse of multiple detection device outputs, the distance between two detection devices that the pole span and superconducting coil of based superconductive coil successively pass through carry out multi-difference interative computation to multiple groups pulse, and the speed of ultrahigh speed linear motor is calculated based on the pulse and calculating burst length difference obtained after multi-difference interative computation.Thus it can realize that the non-contact type high-precision of ultrahigh speed linear motor tests the speed.)

用于超高速直线电机的测速系统和方法

技术领域

本发明涉及电机测速技术领域，尤其涉及一种用于超高速直线电机的测速系统和方法。

背景技术

在直线电机高速控制中，测速系统十分关键，其涉及到将动子的实时位置转化为直线电机控制所需要的电角度，进而使用矢量控制等控制策略对直线电机进行驱动控制。

目前，高速直线电机主要应用于磁悬浮交通、电磁推进等领域，常规的非接触式测速方法包括交叉感应回线测速方法、“极距检测+信标”测速定位方法、微波测速定位方法、计数轨枕测速与相对定位测速方法、地面激光距离测速方法等，但上述方法在超高速测速领域存在如下问题：

上述测速方法多为车体测速，即测速解算在移动目标上，需通过无线通信等方式将测速结果传输至地面直线电机控制器，进行解算，在超高速测速领域存在较大延迟，不适用于高速直线电机驱动控制；

微波等测速方法多为位置性测速，测速精度有限，不适用于高速直线电机驱动控制；

地面激光距离测速方法在野外存在激光散射，测速距离有限，不适用于直线电机弯道测速等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种用于超高速直线电机的测速系统和方法，能够解决上述现有技术中传输延迟大、测速精度低和测速距离有限的问题。

本发明的技术解决方案：一种用于超高速直线电机的测速系统，其中，该系统包括：

多个检测装置，设置在所述超高速直线电机中双列排布的超导线圈两侧，每一侧的检测装置用于检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离，并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下，产生与所检测的超导线圈对应的脉冲，针对每一列超导线圈，对应列的每个检测装置输出一组脉冲；

控制器，用于接收所述多个检测装置输出的多组脉冲，基于超导线圈的极距和超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离对多组脉冲进行多次差分迭代运算，并基于多次差分迭代运算后得到的脉冲和计算脉冲时间差计算所述超高速直线电机的速度。

优选地，对多组脉冲进行差分迭代运算的次数为两次，且对多组脉冲进行两次差分迭代运算包括：

对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲；

对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲。

优选地，通过下述公式对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲：

P1n＝[(Pn+1-Pn)/Φ(t)]ω(s₁,s₂)；

其中，n表示检测装置的序号，P1n表示一次差分迭代子脉冲，Pn与Pn+1表示超导线圈先后经过的两个检测装置分别输出的一组脉冲，Φ(t)为P1n和P1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω(s₁,s₂)为P1n和P1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离。

优选地，通过下述公式对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲：

V1n＝[(P1(n+1)-P1n)/Φ’(t)]ω’(s₁,s₂)；

其中，V1n表示一次差分迭代子脉冲，Φ’(t)为V1n和V1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω’(s₁,s₂)为V1n和V1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离。

优选地，所述多个检测装置输出与所检测的超导线圈对应的脉冲包括：

在所检测的超导线圈为N极的情况下，输出与所检测的超导线圈对应的高电平脉冲；

在所检测的超导线圈为S极的情况下，输出与所检测的超导线圈对应的低电平脉冲。

优选地，所述检测装置为电涡流传感器。

本发明还提供了一种用于超高速直线电机的测速方法，其中，该方法包括：

利用设置在所述超高速直线电机中双列排布的超导线圈两侧的多个检测装置中每一侧的检测装置检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离，并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下，产生与所检测的超导线圈对应的脉冲，针对每一列超导线圈，对应列的每个检测装置输出一组脉冲；

利用控制器接收所述多个检测装置输出的多组脉冲，基于超导线圈的极距和超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离对多组脉冲进行多次差分迭代运算，并基于多次差分迭代运算后得到的脉冲和计算脉冲时间差计算所述超高速直线电机的速度。

优选地，对多组脉冲进行差分迭代运算的次数为两次，且对多组脉冲进行两次差分迭代运算包括：

对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲；

对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲。

优选地，通过下述公式对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲：

P1n＝[(Pn+1-Pn)/Φ(t)]ω(s₁,s₂)；

其中，n表示检测装置的序号，P1n表示一次差分迭代子脉冲，Pn与Pn+1表示超导线圈先后经过的两个检测装置分别输出的一组脉冲，Φ(t)为P1n和P1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω(s₁,s₂)为P1n和P1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离。

优选地，通过下述公式对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲：

V1n＝[(P1(n+1)-P1n)/Φ’(t)]ω’(s₁,s₂)；

其中，V1n表示一次差分迭代子脉冲，Φ’(t)为V1n和V1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω’(s₁,s₂)为V1n和V1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离。

通过上述技术方案，可以将多个检测装置设置在所述超高速直线电机中双列排布的超导线圈两侧，利用每一侧的检测装置检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离，并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下，产生与所检测的超导线圈对应的脉冲；由于超高速直线电机中每一列超导线圈可以包括多个超导线圈，所以针对每一列超导线圈，对应列的每个检测装置可以输出一组脉冲；基于每个检测装置输出的每一组脉冲，控制器可以计算得到超高速直线电机的速度。由此，可以实现超高速直线电机的非接触式高精度测速。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种用于超高速直线电机的测速系统的方框图；

图2为本发明实施例提供的一种用于超高速直线电机的测速系统的传感器布局示意图；

图3为本发明实施例提供的一种用于超高速直线电机的测速方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

图1为本发明实施例提供的一种用于超高速直线电机的测速系统的方框图。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于超高速直线电机的测速系统，其中，该系统包括：

多个检测装置10，设置在所述超高速直线电机中双列排布的超导线圈(也可以称为超导磁极，用于产生强磁场供直线电机高速运动)两侧，每一侧的检测装置10用于检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离(例如，每个超导线圈相对于每个检测装置的运动距离，每个检测装置都能够对对应列超导线圈中各超导线圈进行检测)，并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下，产生与所检测的超导线圈对应的脉冲，针对每一列超导线圈，对应列的每个检测装置10输出一组脉冲(即，包括该列超导线圈中每个超导线圈对应的脉冲)；

控制器(例如，地面测速控制器)20，用于接收所述多个检测装置10输出的多组脉冲，基于超导线圈的极距和超导线圈先后经过的两个检测装置10之间的距离(在检测装置的布置位置确定的情况下，两两之间的距离可以是已知的)对多组脉冲进行多次差分迭代运算，并基于多次差分迭代运算后得到的脉冲和计算脉冲时间差计算所述超高速直线电机的速度。

其中，计算脉冲时间差是指参与差分迭代运算的脉冲中起始时刻与结束时刻之间的差值。

在图1中，为了简洁的目的，仅示出了一个检测装置10，但并非表示该系统仅包括一个检测装置10。

通过上述技术方案，可以将多个检测装置设置在所述超高速直线电机中双列排布的超导线圈两侧，利用每一侧的检测装置检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离，并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下，产生与所检测的超导线圈对应的脉冲；由于超高速直线电机中每一列超导线圈可以包括多个超导线圈，所以针对每一列超导线圈，对应列的每个检测装置可以输出一组脉冲；基于每个检测装置输出的每一组脉冲，控制器可以计算得到超高速直线电机的速度。由此，可以实现超高速直线电机的非接触式高精度测速。

并且，通过本发明所述的用于超高速直线电机的测速系统测得的速度值可直接供电机驱动控制进行电角度解算，避免了移动目标测速后需无线传输带来的传输延迟。

根据本发明一种实施例，对多组脉冲进行差分迭代运算的次数可以为两次，且对多组脉冲进行两次差分迭代运算可以包括：

对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲；

对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲。

由此，可以对多组脉冲进行多轮差分迭代运算，进而可以利用多轮差分迭代运算的结果计算超高速电机的最终速度值。

根据本发明一种实施例，可以通过下述公式对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲：

P1n＝[(Pn+1-Pn)/Φ(t)]ω(s₁,s₂)；

其中，n表示检测装置的序号，P1n表示一次差分迭代子脉冲，Pn与Pn+1表示超导线圈先后经过的两个检测装置分别输出的一组脉冲，Φ(t)为P1n和P1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω(s₁,s₂)为P1n和P1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置10之间的距离。

举例来讲，以检测装置10的数量为四个进行说明。四个检测装置10分别可以输出脉冲P1，P2，P3，和P4，通过上式进行一次差分运算可以得到三个一次差分迭代子脉冲P11、P12、P13。

根据本发明一种实施例，可以通过下述公式对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲：

V1n＝[(P1(n+1)-P1n)/Φ’(t)]ω’(s₁,s₂)；

其中，V1n表示一次差分迭代子脉冲，Φ’(t)为V1n和V1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω’(s₁,s₂)为V1n和V1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置10之间的距离。

举例来讲，以检测装置10的数量为四个进行说明。通过上式对三个一次差分迭代子脉冲P11、P12、P13进行第二次差分运算可以得到三个二次差分迭代子脉冲V11、V12。

本领域技术人员应当理解，上述差分迭代运算的次数仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。本领域技术人员可以根据实际情况确定差分迭代运算的次数。类似地，本领域技术人员可以根据实际情况确定检测装置10的数量。

例如，可以依据所驱动控制的电机控制响应不同要求选择差分迭代运算的次数，以在不增加测速响应时间的同时更好地提高测速精度。

根据本发明一种实施例，所述多个检测装置10输出与所检测的超导线圈对应的脉冲可以包括：

在所检测的超导线圈为N极的情况下，输出与所检测的超导线圈对应的高电平脉冲；

在所检测的超导线圈为S极的情况下，输出与所检测的超导线圈对应的低电平脉冲。

根据本发明一种实施例，所述检测装置10例如可以为电涡流传感器(或者，磁式接近开关)。

图2为本发明实施例提供的一种用于超高速直线电机的测速系统的传感器布局示意图。

在图2中，可以以所测目标最高运行速度200m/s进行说明。

如图2所示，超高速直线电机中双列排布的超导线圈例如可以为8个(每列4个)，每一列中N极、S极交错布置；检测装置的数量例如可以为四个(分别为A1，A2，A3，和A4)，在一对N/S磁极(超导磁极)的长度方向左右交错布置(例如，按照与运行起始点的距离由近及远交替设置在电机两侧，且超导磁极外侧距离与检测装置(例如，电涡流传感器磁头)之间的间距例如可以在60mm以内)。

通过沿直线电机侧部设置检测装置的方式，能够充分利用直线电机超导磁极产生的强稳定磁场，适用于直线、弯道等不同运行下测速，且无测速距离、测速条件等限制。

举例来讲，在超高速直线电机的超导磁极经过一个检测装置预定距离(在本示例中，预定距离可以为60mm)时，该检测装置可以产生一定电平的测速脉冲，N极产生高电平、S极产生低电平。类似地，超高速直线电机超导磁极每经过一个检测装置，对应的检测装置相应地都能产生一定电平的测速脉冲。例如，在所有超导磁极加速经过四个检测装置预定距离的情况下，四个检测装置A1，A2，A3，和A4先后可以分别产生对应的脉冲P1，P2，P3，和P4。

本领域技术人员应当理解，上述关于图2的描述仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。

图3为本发明实施例提供的一种用于超高速直线电机的测速方法的流程图。

如图3所示，本发明实施例提供了一种用于超高速直线电机的测速方法，其中，该方法可以包括：

S300，利用设置在所述超高速直线电机中双列排布的超导线圈两侧的多个检测装置中每一侧的检测装置检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离，并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下，产生与所检测的超导线圈对应的脉冲，针对每一列超导线圈，对应列的每个检测装置输出一组脉冲；

S302，利用控制器接收所述多个检测装置输出的多组脉冲，基于超导线圈的极距和超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离对多组脉冲进行多次差分迭代运算，并基于多次差分迭代运算后得到的脉冲和计算脉冲时间差计算所述超高速直线电机的速度。

通过上述技术方案，可以将多个检测装置设置在所述超高速直线电机中双列排布的超导线圈两侧，利用每一侧的检测装置检测对应列超导线圈中各超导线圈的运动距离，并在所检测的超导线圈的运动距离超过预定距离的情况下，产生与所检测的超导线圈对应的脉冲；由于超高速直线电机中每一列超导线圈可以包括多个超导线圈，所以针对每一列超导线圈，对应列的每个检测装置可以输出一组脉冲；基于每个检测装置输出的每一组脉冲，控制器可以计算得到超高速直线电机的速度。由此，可以实现超高速直线电机的非接触式高精度测速。

根据本发明一种实施例，S302中对多组脉冲进行差分迭代运算的次数可以为两次，且对多组脉冲进行两次差分迭代运算可以包括：

对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲；

对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲。

根据本发明一种实施例，可以通过下述公式对多组脉冲进行第一次差分迭代运算得到多个一次差分迭代子脉冲：

P1n＝[(Pn+1-Pn)/Φ(t)]ω(s₁,s₂)；

其中，n表示检测装置的序号，P1n表示一次差分迭代子脉冲，Pn与Pn+1表示超导线圈先后经过的两个检测装置分别输出的一组脉冲，Φ(t)为P1n和P1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω(s₁,s₂)为P1n和P1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离。

举例来讲，以检测装置10的数量为四个进行说明。四个检测装置10分别可以输出脉冲P1，P2，P3，和P4，通过上式进行一次差分运算可以得到三个一次差分迭代子脉冲P11、P12、P13。

根据本发明一种实施例，可以通过下述公式对多个一次差分迭代子脉冲进行第二次差分迭代运算得到多个二次差分迭代子脉冲：

V1n＝[(P1(n+1)-P1n)/Φ’(t)]ω’(s₁,s₂)；

其中，V1n表示一次差分迭代子脉冲，Φ’(t)为V1n和V1(n+1)脉冲上升沿的时间函数，ω’(s₁,s₂)为V1n和V1(n+1)脉冲的距离函数，s₁为超导线圈的极距，s₂为超导线圈先后经过的两个检测装置之间的距离。

举例来讲，以检测装置10的数量为四个进行说明。通过上式对三个一次差分迭代子脉冲P11、P12、P13进行第二次差分运算可以得到三个二次差分迭代子脉冲V11、V12。

上述图2描述的方法与前述图1描述的系统相对应，具体示例说明可以参见前述关于图1描述的系统的说明，在此不再赘述。

从上述实施例可以看出，本发明所述的用于超高速直线电机的测速系统和方法采用地面测速方式，可直接供直线电机驱动控制，省去了移动目标测速后需无线传输带来的传输延迟；并且，通过不同的传感器布局，可以提高测速精度，用于满足不同高速度下直线电机控制所需。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

本发明以上的系统和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。