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面向高精度伺服系统的磁电式编码器研究

【摘要】:磁电编码器是以磁敏元件为检测基础的新型角位移传感器,对比光电编码器和旋转变压器,它具备高可靠性,对使用环境要求低,抗震能力强,转速高,结构简单,装配简易,在同参数下体积更小,成本更低等诸多优点。近年来作为占编码器市场较大的交流伺服电机行业发展迅速,在保证性能的情况下对主要部件编码器的成本越来越敏感,由于磁电编码器优异的性能和较高的性价比,未来将在工控行业及其他领域替代其他编码器,发展潜力巨大。磁编码器主要分为传统的磁阻式磁电编码器和霍尔式磁电编码器,前者结构复杂,元器件的制取成本高,角度输出为增量式,而后者结构简单成本较低成为磁编码器发展的主流方向。 本文在前人研究的基础上,研究一款面向高精度伺服系统的霍尔式多对磁极编码器,在低成本下实现高分辨率的角度检测,这对于工控领域和军工航天等特殊场合,都具有一定的研究价值。本文首先分析了单对磁极编码器和多对磁极的优缺点,在此基础上提出了组合式的总体方案框架,即利用单对磁极编码器解算的角度进行多对磁极区间的定位,然后通过多对磁极区间内的角度解算合成输出绝对角度,提高分辨率。在总体框架下,设计了磁信号发生结构并对磁钢产生的空间磁场进行建模和仿真,确定了最佳感应区域和气隙;开发了磁电编码器的信号处理卡并完成了调试。由于仿真存在误差,利用霍尔传感器对信号发生部分产生的实际磁感应强度进行测试,通过对比实验调整实际的安装位置和感应距离,并确定霍尔传感器的型号。设计原始角度采集程序,搭建数据采集系统,分别采集编码器静态和动态时的原始解算角度,初步分析组合式多对磁极编码器的参数。 最终通过调试和实验表明,组合式多对极磁电编码器的总体方案是可行的,产生的原始角度信号品质较好,可以满足编码器的使用要求,通过增加磁钢的极对数有效地提升了分辨率。

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