專利名稱：一種粗精雙角度傳感器角度數據耦合方法
技術領域：
本發明涉及數據處理方法，具體,旨一種粗精雙角度傳感器角度數據耦合方 法，它主要用于粗精雙角度傳感器角度數據的耦合，具體可應用在航天產品掃 描機構的伺服控制，也可應用于工業產品轉動機構的伺服控制。
背景技術：
掃描機構的設計， 一般會引入高精度的角度傳感器。角度傳感器精度的高 低，往往與其設計的體積、質量有關。 一般而言，體積質量越大，傳感器的精 度越高，體積質量越小，傳感器精度越低。航天產品中， 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用于航天儀器中， 其安裝結構圖如圖l所示。方案采用單通道旋轉變壓器作為粗通道角度測量，
精度約為10'，用于絕對定位；單通道感應同步器作為精通道測量，用于提高測
量精度。感應同步器一周360對極，每一極內精度為0.5'。機械安裝會導致兩者
零位不同，于是存在著粗精角度數據耦合的問題。
現有耦合方法主要是"十分位比較法"(文獻l.張東純、蔣亞紅雙通道 測角系統的粗精耦合問題[J]測控技術2006Vol25No9; 2.曾慶雙、劉升才一 種雙通道測角系統的設計[J]中國慣性技術學報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束即可標定出來，令零位偏差為5，有 3e[0,l。)；不難理解，當《 = 0時，有/ = 5。
3測量結果以"、'c'表示，"°^"的取值區間為[0~359°59'59.5")，不難理解， 6 = P 。
4根據定義a的取值與(a + 。相關，以[a + 。表示("+ 。的整數部分，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，而根據經驗，在精通道的 測量過程中，往往會有某些點存在結構性的固定偏差，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。
發明內容
本發明的目的是提供一種粗精雙角度傳感器角度數據耦合的方法，以解決 現有耦合方法在航天產品的使用中可靠性上的不足。
本發明所說的粗精角度數據耦合的方法，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。由于粗通道旋轉變壓器的測量精度要差于精通道感應同步器， 旋轉變壓器的每一個測量值，都對應感應同步器一個區間的值。因此，零點的 約定以感應同步器測量值為準，旋轉變壓器測量值為輔。
約定某位置為零點，要求該位置精通道感應同步器測量值耀近0.5°，粗 通道旋轉變壓器測量值"-;V 7。為一定值。由于"是絕對測角的結果，具有唯一性，因此，同時滿足條件f^^^的點，在一周內具有唯一性。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據融合 的結果，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，掃描機構轉速不超過 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)。，
考慮利用此測量關系求解角度數據。將每l。分成&c似、&外三段，各
段取值區間分別為
&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據。
步驟/:已知^"^<0) = 0，第fc次測量結果為a("、風fc)，第/t+l次測量結 果為a(t + l)、 / (& + 1)。
步驟//:假定由a(&)、風"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A) 、 +1)
在同1。內，那么有
^"g/e(A: +1) = X"g/e(A) +岸+1)—岸)； 情況②，如果e &cto ，且風A +1) e &"〃 ，則可判定、風A: +1) 在同1°內，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A: +1) e &c/y ，則可判定風"、/ (A: +1)不在同1。內，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& +1) e ，則可判定、 / (A; +1)
不在同"內，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，那么有
j"g/e(it +1) = v4"g/e(" +雞+1) -岸)； 情況⑦，如果風"e&c^，且〃0t + l)e&c^，則可判定/ ("、風A: + 1) 在同"內，那么有
+1) = 乂wg/e(fc) + +1) — / (A:); 以上假設了/ ("、風it + l)所有的可能關系，均可求解出^7g/e(A + l)。因此可 知，由/ (A:)、 / (A: + l)的相關性和^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。 本發明有如下有益效果
1. 本發明的方法簡化了粗精角度數據的融合過程，且能夠抑制粗通道r
以內溫度漂移對角度數據融合的影響，提高了^X角位置傳感器測角在航天產品 中的可靠性。
2. 本發明所提出的方法可應用在各種對環境要求、體積質量要求高的伺服 系統的控制中。
圖1粗精雙位置傳感器掃描機構結構圖
圖2 "十分位法"粗精角度數據融合算法圖
圖3三段法圖
圖4三段法求解算法流程圖 ' 圖5試驗結果圖
實驗結果與效果說明
為驗證該發明，作者研制了粗精雙傳感器掃描機構。該掃描機構包含粗通 道旋轉變壓器、精通道感應同步器、掃描鏡、掃描電機，掃描機構結構圖如圖 l所示。
利用該掃描機構按8.125。"的轉速轉動，同時采集粗精角度數據耦合方法耦 合出來的角度數據，如圖5所示。在該圖中，橫坐標表示采集樣本數，頻率為 2.5《& ，縱坐標表示采集的角度數據。采集數據是連續的，且未出現奇異點(現 有方法易出現奇異點)，表明了該粗精角度數據融合方法的可靠性。
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權利要求
1.一種粗精雙角度傳感器角度數據耦合的方法，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同步器測量值β接近0.5°，粗通道旋轉變壓器測量值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，每次開機先尋此零點，并假定零點為第一次粗精角度數據融合的結果，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性融合角度數據，其融合方法如下步驟I已知Angle(0)＝0，第k次測量結果為α(k)、β(k)，第k+1次測量結果為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，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，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，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，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，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，那么有Angle(k+1)＝Angle(k)+β(k+1)-β(k)；上述公式中angle(k)為第k次粗精角度數據融合的結果，α(k)為第k次粗通道旋轉變壓器測量值，β(k)為第k次精通道感應同步器測量值。
全文摘要
本發明公開了一種粗精雙角度傳感器角度數據耦合方法。對于使用單通道旋轉變壓器和單通道感應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性融合粗精角度數據，大大簡化了粗通道與精通道的角度數據融合過程，而且可以一定程度上抑制粗通道溫度漂移對耦合的影響。本發明可以應用在航天對地觀測、氣象預報等一些對掃描機構體積質量要求較高的場合，也可應用于工業伺服控制等領域。
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 優先權日2009年7月20日
發明者劉銀年, 姜紫慶, 育 張, 張明濤, 王躍明, 謝仁飚, 謝惜惜 申請人:中國科學院上海技術物理研究所