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CN114383495B - 一种双霍尔偏航角度测量方法 - Google Patents

一种双霍尔偏航角度测量方法 Download PDF

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CN114383495B CN202111345156.XA CN202111345156A CN114383495B CN 114383495 B CN114383495 B CN 114383495B CN 202111345156 A CN202111345156 A CN 202111345156A CN 114383495 B CN114383495 B CN 114383495B
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Abstract

本发明公开了一种双霍尔偏航角度测量方法，通过安装在壳体内部的两个霍尔传感器采集风力发电机组的偏航角度，两个霍尔传感器配置不同的传动比，1#霍尔传感器采用圈数累积法进行偏航角度测量，先计算出1#霍尔传感器转一圈对应的偏航角度，再根据累积的圈数和控制器采集值实时计算偏航角度，2#霍尔传感器通过变比和控制器采集值实时计算偏航角度。两个霍尔传感器同时独立进行偏航角度的测量，当1#霍尔传感器圈数累积错误的时候，2#霍尔传感器参与1#霍尔传感器圈数的校正。

Description

一种双霍尔偏航角度测量方法
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其是一种双霍尔偏航角度测量方法。
背景技术
目前市场上的偏航角度测量器件主要由以下几种：
1.齿轮传动+内置编码器测量；
2.齿轮传动+内置电位计测量；
3.齿轮传动+外置编码器测量。
上述测量器件存在下述问题：
1.齿轮传动+内置编码器测量，算法简单，精度较高，但是编码器成本较高；
2.齿轮传动+内置电位计测量，算法简单，精度一般，电位计因为磨损等情况寿命低；
3.齿轮传动+外置编码器测量，结构更加复杂，算法简单，成本较高。
发明内容
针对目前市场上存在的偏航角度测量器件的缺点，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双霍尔偏航角度测量方法，所述方法包括：
通过设置在壳体内部的两个霍尔传感器采集风力发电机组的偏航角度，两个霍尔传感器配置不同的传动比：1#霍尔传感器采用圈数累积法进行偏航角度测量，先计算出1#霍尔传感器转一圈对应的偏航角度，再根据累积的圈数和控制器采集值计算实时偏航角度；2#霍尔传感器通过变比和控制器采集值实时计算偏航角度；两个霍尔传感器同时独立进行偏航角度的测量，当1#霍尔传感器圈数累积错误的时候，2#霍尔传感器参与1#霍尔传感器圈数的校正。
上述的一种双霍尔偏航角度测量方法，预规定：
A0为控制器上一个扫描周期传感器输入的采集值；
A1为控制器当前一个扫描周期传感器输入的采集值；
霍尔传感器顺时针旋转偏航角度增加，霍尔传感器圈数累积增加；
霍尔传感器逆时针旋转偏航角度减少，霍尔传感器圈数累积减少；
霍尔传感器圈数累积≠0；
0-32767为霍尔传感器圈数累积模拟量输入信号4-20mA对应的控制器采集值，控制器采集值由32767突变为0为加一圈，由0突变为32767为减一圈；
n代表控制器扫描周期前一个周期与当前周期采集值的差值，此差值为霍尔累积圈数在一圈内的验证值；
m代表控制器扫描周期前一个周期与当前周期采集值的差值，此差值为霍尔累积圈数超过一圈小于两圈验证值；
所述1#霍尔传感器圈数累积法流程为：
当|A0-A1|≤n成立时，同一圈内不进行圈数累积运算,A1赋值给A0；
当|A0-A1|≤n不成立且A0-A1≥m成立且A0-A1≤-m不成立时，霍尔顺时针旋转，圈数增加，A1赋值给A0,当前累积圈数=上一扫描周期累积圈数+1；
当|A0-A1|≤n不成立且A0-A1≥m不成立且A0-A1≤-m成立时，霍尔逆时针旋转，圈数减少，A1赋值给A0,当前累积圈数=上一扫描周期累积圈数-1；
当|A0-A1|≤n不成立且A0-A1≥m不成立且A0-A1≤-m不成立时，不进行圈数累积运算,A1赋值给A0。
上述的一种双霍尔偏航角度测量方法，所述1#霍尔传感器测量偏航角度的计算方法为：
(1)1#霍尔传感器转一圈的偏航角度为：
1#霍尔传感器转一圈偏航角度=360°×双传感器限位开关大齿轮齿数/偏航外齿圈齿数×传动比；
(2)再根据1#霍尔传感器转一圈的偏航角度和累计圈数及控制器采集值计算得出1#霍尔传感器测量的实时偏航角度：
①若1#霍尔传感器圈数累积增加，即1#霍尔传感器顺时针旋转，圈数≥1时：
实时偏航角度=1#霍尔传感器转一圈偏航角度×(霍尔累积圈数-1)+1#霍尔传感器转1圈偏航角度/32767×输入值；
②若1#霍尔传感器圈数累积减少，即1#霍尔传感器逆时针旋转，圈数≤-1时：
实时偏航角度=1#霍尔传感器转一圈偏航角度×(霍尔累积圈数+1)+1#霍尔传感器转1圈偏航角度/32767×(输入值-32767)。
上述的一种双霍尔偏航角度测量方法，所述2#霍尔测实的时偏航角度的计算方法为：
实时偏航角度=360×传动比×大齿轮齿数/偏航外齿圈齿数/32767×(输入值-32767/2)。
上述的一种双霍尔偏航角度测量方法，当1#霍尔传感器圈数累积错误时，2#霍尔传感器参与1#霍尔传感器圈数的校准，校准流程如下：
当1#霍尔传感器和2#霍尔传感器测量的偏航角度差值大于1#霍尔传感器转1圈的偏航角度与2#霍尔传感器测量的偏航角度误差范围的差值时，认为1#霍尔传感器的圈数累积错误，2#霍尔传感器测量的偏航角度为正确值；
将2#霍尔传感器测量的偏航角度当作1#霍尔传感器测量的偏航角度代入1#霍尔计算实时偏航角度的公式，反推1#霍尔传感器累积圈数；
将反推出的1#霍尔传感器累积圈数分别加1圈和减1圈进行圈数计算，通过1#霍尔传感器计算偏航角度的方法，分别计算加1圈和减1圈及反推出来的圈数对应的偏航角度，再分别与2#霍尔传感器测量的偏航角度求差值，差值最小的累积圈数即为1#霍尔传感器的正确累积圈数，并依此校正1#霍尔传感器累积圈数。
本发明的有益效果是：
1.本方案采用双霍尔传感器分别计算偏航角度的冗余备份设计方法，当1#霍尔故障时，2#依然可以测量偏航角度，只是精度较低；当2#霍尔故障时，1#可以独立测量偏航角度，测量精度不受影响，提高了可靠性。
2.本方案1#霍尔传感器采用累积圈数的方法计算偏航角度，提高了准确性，同时由于1#霍尔传感器的传动比较小，为4:1，提高了精度，可达0.5°。
3.本方案当1#霍尔传感器累计圈数出现错误时，2#霍尔自动参与1#霍尔的偏航角度的校准，保证运行时的稳定性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明提出的1#霍尔圈数累积算法流程图。
图2为校准流程图；
图3为1#霍尔传感器圈数累积说明示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明做进一步的说明，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，根据此附图和实施例获得其他的实施例，都属于本发明的保护范围。
一种双霍尔偏航角度测量方法，如图1~3所示，所述方法包括：
通过设置在壳体内部的两个霍尔传感器采集风力发电机组的偏航角度，两个霍尔传感器配置不同的传动比：1#霍尔传感器采用圈数累积法进行偏航角度测量，先计算出1#霍尔传感器转一圈对应的偏航角度，再根据累积的圈数和控制器采集值计算实时偏航角度；2#霍尔传感器通过变比和控制器采集值实时计算偏航角度；两个霍尔传感器同时独立进行偏航角度的测量，当1#霍尔传感器圈数累积错误的时候，2#霍尔传感器参与1#霍尔传感器圈数的校正。
上述的一种双霍尔偏航角度测量方法，预规定：
A0为控制器上一个扫描周期传感器输入的采集值；
A1为控制器当前一个扫描周期传感器输入的采集值；
霍尔传感器顺时针旋转偏航角度增加，霍尔传感器圈数累积增加；
霍尔传感器逆时针旋转偏航角度减少，霍尔传感器圈数累积减少；
霍尔传感器圈数累积≠0；
0-32767为霍尔传感器圈数累积模拟量输入信号4-20mA对应的控制器采集值，控制器采集值由32767突变为0为加一圈，由0突变为32767为减一圈；
n代表控制器扫描周期前一个周期与当前周期采集值的差值，此差值为霍尔累积圈数在一圈内的验证值；
m代表控制器扫描周期前一个周期与当前周期采集值的差值，此差值为霍尔累积圈数超过一圈小于两圈验证值；
所述1#霍尔传感器圈数累积法流程为：
当|A0-A1|≤n成立时，同一圈内不进行圈数累积运算,A1赋值给A0；
当|A0-A1|≤n不成立且A0-A1≥m成立且A0-A1≤-m不成立时，霍尔顺时针旋转，圈数增加，A1赋值给A0,当前累积圈数=上一扫描周期累积圈数+1；
当|A0-A1|≤n不成立且A0-A1≥m不成立且A0-A1≤-m成立时，霍尔逆时针旋转，圈数减少，A1赋值给A0,当前累积圈数=上一扫描周期累积圈数-1；
当|A0-A1|≤n不成立且A0-A1≥m不成立且A0-A1≤-m不成立时，不进行圈数累积运算,A1赋值给A0。
所述1#霍尔传感器测量的偏航角度计算方法
举例：双传感器限位开关大齿轮齿数=10，偏航外齿圈齿数=207，传动比=4；
(1)1#霍尔传感器转一圈的偏航角度为：
1#霍尔传感器转一圈偏航角度=360×双传感器限位开关大齿轮齿数(10)/偏航外齿圈齿数(207)×传动比(4/1) =360×10 /207×4 ≈69.56°
(2)再根据1#霍尔传感器转一圈的偏航角度和累计圈数及控制器采集值计算得出1#霍尔传感器测量的实时偏航角度：
①若圈数≥1，即1#霍尔传感器顺时针旋转，
1#传感器偏航角度=传感器转1圈偏航角度×(统计圈数-1)+1#霍尔传感器转一圈偏航角度/32767×输入值。
②若圈数≤-1即1#霍尔传感器逆时针旋转，
1#霍尔传感器偏航角度=1#霍尔传感器转一圈偏航角度×(统计圈数+1)+1#霍尔传感器转一圈偏航角度/32767×(输入值-32767)。
2#霍尔传感器测量的偏航角度计算方法：
2#霍尔传感器偏航角度=360×传动比(160/1)×大齿轮齿数(10)/偏航外齿圈齿数(207)/32767×(输入值-32767/2)。
当1#霍尔传感器圈数累积错误时，2#霍尔传感器参与1#霍尔传感器圈数的校准。
校准流程如下：
校准过程为1#霍尔传感器偏航角度计算的反运算，1#霍尔传感器计算偏航角度时为先计算累积圈数，再根据控制器读取的（0-32767）的数值计算偏航角度。
因霍尔传感器为通过机械传动传动比直接计算的偏航角度，在不考虑齿轮跳齿等异常现象前提下，认为偏航角度计算无误，1#霍尔传感器和2#霍尔传感器可能存在计算错误的地方只有1#霍尔传感器的圈数累积错误一处。
当1#霍尔传感器和2#霍尔传感器测量的偏航角度差值大于1#霍尔传感器转1圈的偏航角度与2#霍尔传感器测量的偏航角度误差范围的差值时，认为1#霍尔传感器的圈数累积错误，2#霍尔传感器测量的偏航角度为正确值；以偏航外齿圈齿数207为例，1#霍尔传感器转一圈对应的偏航角度69.56°，2#霍尔传感器的测量误差20°，如果1#霍尔传感器和2#霍尔传感器测量的偏航角度差值大于69.56°-20°=49.56°，则为1#霍尔的圈数累积错误超过1圈，比真实圈数有可能多了一圈，也有可能少了一圈。当1#霍尔传感器和2#霍尔传感器测量的偏航角度差值大于49.56°，把2#霍尔传感器测量的偏航角度作为正确值，
将2#霍尔传感器测量的偏航角度当作1#霍尔传感器测量的偏航角度代入1#霍尔计算实时偏航角度的公式，反推1#霍尔传感器累积圈数；
将反推出的1#霍尔传感器累积圈数分别加1圈和减1圈进行圈数计算，通过1#霍尔传感器计算偏航角度的方法，分别计算加1圈和减1圈及反推出来的圈数对应的偏航角度，再分别与2#霍尔传感器测量的偏航角度求差值，差值最小的累积圈数即为1#霍尔传感器的正确累积圈数，并依此校正1#霍尔传感器累积圈数。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双霍尔偏航角度测量方法，其特征在于，所述方法包括：
通过设置在壳体内部的两个霍尔传感器采集风力发电机组的偏航角度，两个霍尔传感器配置不同的传动比：1#霍尔传感器采用圈数累积法进行偏航角度测量，先计算出1#霍尔传感器转一圈对应的偏航角度，再根据累积的圈数和控制器采集值计算实时偏航角度；2#霍尔传感器通过变比和控制器采集值实时计算偏航角度；两个霍尔传感器同时独立进行偏航角度的测量，当1#霍尔传感器圈数累积错误的时候，2#霍尔传感器参与1#霍尔传感器圈数的校准，校准流程如下：
当1#霍尔传感器和2#霍尔传感器测量的偏航角度差值大于1#霍尔传感器转1圈的偏航角度与2#霍尔传感器测量的偏航角度误差范围的差值时，认为1#霍尔传感器的圈数累积错误，2#霍尔传感器测量的偏航角度为正确值；
将2#霍尔传感器测量的偏航角度当作1#霍尔传感器测量的偏航角度代入1#霍尔计算实时偏航角度的公式，反推1#霍尔传感器累积圈数；
将反推出的1#霍尔传感器累积圈数分别加1圈和减1圈进行圈数计算，通过1#霍尔传感器计算偏航角度的方法，分别计算加1圈和减1圈及反推出来的圈数对应的偏航角度，再分别与2#霍尔传感器测量的偏航角度求差值，差值最小的累积圈数即为1#霍尔传感器的正确累积圈数，并依此校正1#霍尔传感器累积圈数。
2.根据权利要求1所述的一种双霍尔偏航角度测量方法，其特征在于，预规定：
A0为控制器上一个扫描周期传感器输入的采集值；
A1为控制器当前一个扫描周期传感器输入的采集值；
霍尔传感器顺时针旋转偏航角度增加，霍尔传感器圈数累积增加；
霍尔传感器逆时针旋转偏航角度减少，霍尔传感器圈数累积减少；
霍尔传感器圈数累积≠0；
0-32767为霍尔传感器圈数累积模拟量输入信号4-20mA对应的控制器采集值，控制器采集值由32767突变为0为加一圈，由0突变为32767为减一圈；
n代表控制器扫描周期前一个周期与当前周期采集值的差值，此差值为霍尔累积圈数在一圈内的验证值；
m代表控制器扫描周期前一个周期与当前周期采集值的差值，此差值为霍尔累积圈数超过一圈小于两圈验证值；
所述1#霍尔传感器圈数累积法流程为：
当|A0 -A1 |≤n成立时，同一圈内不进行圈数累积运算 ,A1赋值给A0；
当|A0 -A1 |≤n不成立且A0 -A1≥m成立且A0 -A1≤-m不成立时，霍尔顺时针旋转，圈数增加，A1赋值给A0 ,当前累积圈数=上一扫描周期累积圈数+1；
当|A0 -A1 |≤n不成立且A0 -A1≥m不成立且A0 -A1≤-m成立时，霍尔逆时针旋转，圈数减少，A1赋值给A0 ,当前累积圈数=上一扫描周期累积圈数-1；
当|A0 -A1 |≤n不成立且A0 -A1≥m不成立且A0 -A1≤-m不成立时，不进行圈数累积运算 ,A1赋值给A0。
3.根据权利要求1所述的一种双霍尔偏航角度测量方法，其特征在于，所述1#霍尔传感器测量偏航角度的计算方法为：
(1)1#霍尔传感器转一圈的偏航角度为：
1#霍尔传感器转一圈偏航角度=360°×双传感器限位开关大齿轮齿数/偏航外齿圈齿数×传动比；
(2)再根据1#霍尔传感器转一圈的偏航角度和累计圈数及控制器采集值计算得出1#霍尔传感器测量的实时偏航角度：
①若1#霍尔传感器圈数累积增加，即1#霍尔传感器顺时针旋转，圈数≥1时：
实时偏航角度=1#霍尔传感器转一圈偏航角度×(霍尔累积圈数-1)+1#霍尔传感器转1圈偏航角度/32767×输入值；
②若1#霍尔传感器圈数累积减少，即1#霍尔传感器逆时针旋转，圈数≤-1时：
实时偏航角度=1#霍尔传感器转一圈偏航角度×(霍尔累积圈数+1)+1#霍尔传感器转1圈偏航角度/32767×(输入值-32767)。
4.根据权利要求1所述的一种双霍尔偏航角度测量方法，其特征在于，所述2#霍尔测量的实时偏航角度的计算方法为：
实时偏航角度=360×传动比×大齿轮齿数/偏航外齿圈齿数/32767×(输入值-32767/2)。
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