新型高精度单码道绝对式磁编码器的设计及优化

作     者：杨成宗 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜文娟

授予年度：2024年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：磁编码器 游标原理 单码道磁栅 支持向量回归 

摘      要：伴随着众多领域内技术的不断更新和发展,先进的测量技术和手段也在不断的发生变革。角度测量作为众多控制领域内不可或缺的重要标尺,对于控制过程的稳定性、精度和时间等都是非常重要的。角度测量装置发展至今已经到了较为成熟的阶段,不断发展的编码器技术为控制过程提供了强有力的保障。因此,不断开发和设计新形式的编码器,不断设计和研发出精度更高、成本更低、应用更加灵活的磁编码器,无疑是有必要的。 本文针对于传统形式的编码器进行分析,提出了一种新型的磁栅角度编码方法和的角度解码算法,并制作出了对应的单码道绝对式磁编码器。 本文中所设计的新型磁栅以单码道磁环为基础,将磁栅上的磁极规划为两个区域,区域间存在磁极大小和数量的差异,并以此来构造求解绝对角度的方法。利用有限元分析软件MAXWELL对磁栅进行仿真分析,获得磁栅的磁场情况。根据仿真得到的结果,本文设计出了搭配新型磁栅使用的解算硬件电路。硬件主要由用以实现不同功能为区分的电路所组成,包括供电电路、模数转换电路、解算控制电路和磁传感器电路等,根据磁栅的磁场情况以及磁编码器实际测量过程中的主要运动情况对元器件和电路进行了合理的选择和设计。本文还设计了针对本磁栅的改进游标原理法,通过对基本游标原理进行改进设计,将其重构成为了能够求解本文所提出的新型编码形式的解码算法。 根据所设计制作的新型磁编码器,本文介绍了用以进行测试和实验的控制转台以及利用控制转台所进行测试所得到的相关性能情况。根据结果进行分析,所设计的磁编码器在稳定性、复现性等基本特性上满足要求,但是拥有较大的角度误差,需要设计方法对其进行补偿。 针对于所设计出的磁编码器拥有较大误差的问题,本文对磁编码器主要的误差来源和影响如磁栅精度、安装误差、温度变化等进行了分析,同时选择利用PSO-SVR算法对误差建立统一的数据回归模型进行补偿。补偿结果表明,磁编码器的精度特性得到了较大的优化,样本最大角度误差由1.4°减小到0.62°。