[发明专利]一种基于磁场信息的平面二自由度位移测量方法

摘要

本发明是一种基于磁场信息的平面二自由度位移测量方法，该方法利用非周期磁场信息实现位移测量，在相对运动的物体上分别固定永磁体和磁传感器阵列，永磁体产生磁场信息，按一定规则布局的磁传感器阵列检测磁场信息。该发明中采用勒让德正交多项式结构建立磁传感器测量模型，然后提出测量模型参数和位移同时在线求解的解算方法，保证每个测量点处的测量模型准确度，从而实现精密位移测量。本发明可以解决由于测量模型精确度不高而导致的基于磁场信息实现位移测量精度低的问题，该测量方法可应用于制造装备或机器人等运动系统中。

主权项

1.一种基于磁场信息的平面二自由度位移测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)在相对运动的定子和动子上分别固定永磁体和磁传感器阵列，在永磁体上建立定坐标系OXYZ，在磁传感器阵列上建立动坐标系O'X'Y'Z'；2)在动坐标系O'X'Y'Z'下，设磁传感器阵列中第i个磁传感器的安装坐标为(xi0,yi0)T，其中i＝1,2,...,n，n为传感器个数；3)在定坐标系OXYZ下，第i个磁传感器的坐标为(xi,yi)；4)在初始测量时刻，设定坐标系OXYZ与动坐标系O'X'Y'Z'相重合，在某一时刻tk，磁传感器的平面二自由度位移为[x,y]T，即动坐标系O'X'Y'Z'原点在定坐标OXYZ中的位置，则该时刻第i个磁传感器在定坐标系OXYZ中的位置为[xi,yi]T＝[xi0,yi0]T+[x,y]T；5)建立磁传感器的位移测量模型为f(P,x,y)，P为模型参数，P＝[a00,a01,...,amn]，其中，amn为模型参数P中的变量，则第i个磁传感器的坐标方程为fi(P,xi,yi)，并建立定坐标系的零点约束方程fc1(0,y)与fc2(x,0)，设磁传感器位移测量模型和约束方程的向量为：F(X)＝[f1(P,x1,y1),f2(P,x2,y2),…,fn(P,xn,yn),fc1(P,0,y),fc2(P,x,0)]T其中，X＝[P,x,y]T；同时，设tk时刻检测信息向量为Y(tk)＝[y1,y2,...,yn,0,0]T，其中Y(tk)中后两项是零点约束方程的值；6)在tk时刻求解模型参数P和测量位移x、y，求解时首先通过前一个时刻的求解量X(tk‑1)对当前时刻的求解量X(tk)进行预测，预测量为X1(tk)，然后利用检测信息向量Y(tk)，并采用迭代式计算进行更新，实现模型参数P和位移的求解；求解方法的具体步骤如下：a).求解方法初始化：令j＝1，设X1(tk)＝X(tk‑1)，迭代次数为q；b).计算雅克比矩阵：继而更新该时刻的位移，如下式：Xj+1(tk)＝Xj(tk)+[J(Xj(tk))TJ(Xj(tk))]‑1J(Xj(tk))T[Y(tk)‑F(Xj(tk))]c).判断：若j≤q，则更新迭代次数j＝j+1，返回步骤b)，否则，终止迭代，转为步骤d)；d).终止迭代，第tk时刻的位移为X(tk)＝Xj+1(tk)，完成位移的测算。