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基于图像相位相关算法的电机转子位置检测的制作专利

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2018-06-12

本发明涉电机转子位置检测技术领域,具体地,涉及一种基于图像相位相关算法的电机转子位置检测方法。



背景技术:

电机转子位置检测是通过测量转子旋转角度得出的,目前电机转子旋转角度的测量系统主要有以下几种:霍尔元件,光电编码器。这些器件的响应速度和测量精度不是很高,而且是接触性的测量,不适合在恶劣的工作环境中操作。因此需要克服上述测量器件的不便之处,现提出了新的测量方法,即基于图像相位相关算法的电机转子的转角测量,该方法能实现测量精度高、实时性好、可以进行非接触测量。

原因在于:1、该方法利用图像信息进行计算,计算精度能达到像素级,从而可以实现精密测量。2、采用DSP642和FPGA芯片能快速、准确地对图像进行处理、计算,为测量的实时性提供了保障。3、通过拍摄电机端面图像来达到精密测量的目的,显然该方式为非接触式测量。这些优点使得该检测方法利于电机的精密控制,利于在恶劣环境下工作。



技术实现要素:

本发明的目的在于,针对上述问题,提出一种基于图像相位相关算法的电机转子位置检测方法,以实现操作方便安全、检测精度高以及可靠性强的优点。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种基于图像相位相关算法的电机转子位置检测方法,主要包括:

步骤1:电机处于转动时,将数码相机对准电机转子的正面;

步骤2:数码相机连续拍摄电机转子的正面图像;

步骤3:根据所拍摄的相邻两幅端面图像的信息计算出转子转过的角度,再结合拍摄该相邻两幅端面图像的间隔时间确定电机转子的位置。

进一步地,所述步骤1中的电机转子采用微型精密减速装置,引出一个低速转轴,通过拍摄低速转轴测量低速转轴的转角。

进一步地,所述电机转子根据微型转速箱低速转轴与电机转子的角速度比率折算成电机转子的旋转角度,实现对电机高速转子的位置检测。

进一步地,所述步骤2中的数码相机采用高速摄像头。

进一步地,所述数码相机对采集到的图像进行消旋。

进一步地,所述消旋采用滤波算法。

进一步地,所述数码相机拍摄到的光信号传送至高速CCD芯片,高速CCD芯片将光信号转化为电信号,并将电信号传送到图像采集模块中得到图像,图像由存储器进行缓存。

进一步地,所述存储器中的图像信息值传入FPGA并行相关运算阵列进行相位相关运算,运算所得的数据送入DSP峰值搜索和速度计算模块进行最后的角度和速度计算,并通过通讯接口向外显示输出。

进一步地,所述步骤3具体包括:

选取信息丰富的图像,对图像进行极坐标变换,利用相位相关算法,找出变换后的相邻两幅端面图像的互功率谱峰值,以获得相邻图像之间的整数位移矢量和角度差,计算旋转角度。

进一步地,所述计算所得的旋转角度通过显示屏进行显示。

本发明的有益技术效果:

本发明一种基于图像相位相关算法的电机转子位置检测方法,主要包括:步骤1:电机处于转动时,将数码相机对准电机转子的正面;步骤2:数码相机连续拍摄电机转子的正面图像;步骤3:根据所拍摄的相邻两幅端面图像的信息计算出转子转过的角度,再结合拍摄该相邻两幅端面图像的间隔时间确定电机转子的位置,可以实现操作方便安全、检测精度高以及可靠性强的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。

一种基于图像相位相关算法的电机转子位置检测方法,主要包括:

步骤1:电机处于转动时,将数码相机对准电机转子的正面;

步骤2:数码相机连续拍摄电机转子的正面图像;

步骤3:根据所拍摄的相邻两幅端面图像的信息计算出转子转过的角度,再结合拍摄该相邻两幅端面图像的间隔时间确定电机转子的位置。

所述步骤1中的电机转子采用微型精密减速装置,引出一个低速转轴,通过拍摄低速转轴测量低速转轴的转角。

所述电机转子根据微型转速箱低速转轴与电机转子的角速度比率折算成电机转子的旋转角度,实现对电机高速转子的位置检测。

所述步骤2中的数码相机采用高速摄像头。

所述数码相机对采集到的图像进行消旋。

所述消旋采用滤波算法。

所述数码相机拍摄到的光信号传送至高速CCD芯片,高速CCD芯片将光信号转化为电信号,并将电信号传送到图像采集模块中得到图像,图像由存储器进行缓存。

所述存储器中的图像信息值传入FPGA并行相关运算阵列进行相位相关运算,运算所得的数据送入DSP峰值搜索和速度计算模块进行最后的角度和速度计算,并通过通讯接口向外显示输出。

FPGA是以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至FPGA上进行测试,是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面,这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip-flop)或者其他更加完整的记忆块。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。现场可编程门阵列(FPGA)是可编程器件,与传统逻辑电路和门阵列(如PAL,GAL及CPLD器件)相比,FPGA具有不同的结构。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑,每个查找表连接到一个D触发器的输入端,触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O,由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块,这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的,存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式,并最终决定了FPGA所能实现的功能,FPGA允许无限次的编程。

系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来,就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变,所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢,实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品,可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力,所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的,然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)。

所述步骤3具体包括:

选取信息丰富的图像,对图像进行极坐标变换,利用相位相关算法,找出变换后的相邻两幅端面图像的互功率谱峰值,以获得相邻图像之间的整数位移矢量和角度差,计算旋转角度。

所述计算所得的旋转角度通过显示屏进行显示。

至少可以达到以下有益效果:

本发明一种基于图像相位相关算法的电机转子位置检测方法,主要包括:步骤1:电机处于转动时,将数码相机对准电机转子的正面;步骤2:数码相机连续拍摄电机转子的正面图像;步骤3:根据所拍摄的相邻两幅端面图像的信息计算出转子转过的角度,再结合拍摄该相邻两幅端面图像的间隔时间确定电机转子的位置,可以实现操作方便安全、检测精度高以及可靠性强的优点。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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