面向高精度伺服系统的磁电式编码器研究

作     者：冯立锋 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝明晖

授予年度：2014年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：磁电编码器 组合式多对磁极 空间磁场仿真 角度数据采集 

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。