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高精度磁电编码器及其细分算法的研究

徐春明  
【摘要】:角位移检测传感器作为伺服闭环控制系统实时反馈和动态监测的重要元件之一。本文所研究的磁电编码器与目前市场已广泛应用的光电编码器相比,具有抗振动、抗污染、高可靠性等优点,并在一些特殊的场合如军工领域应用逐渐广泛起来。但当前我国自主研究的磁电编码器在精度上、分辨率上远远跟不上国外所研制的产品,而市场对其的需求量越来越大,并且精度要求越来越高。为此,本文在磁电编码器的分辨率和精度上做了深入的研究,通过实验验证具体的设计指标;设计的高精度多对极磁电编码器的应用的目标场合是针对于高精度要求的测量领域,本课题的研究具有一定的实用价值。 本文首先分析了传统反正切和校准查表法的优缺点,进而提出了新型分区间反正切查表算法,其具有区间连续性和非线性误差小的优点;详细说明了此算法的制表和查表的过程,受机械式手表的启发提出了多对极编码器的算法;然后根据气隙优化确定间隙的大小设计编码器信号的发生机构,并对编码器的关键性技术进行了讨论,采用过采样技术提高AD器件采样分辨率以消除白色噪声的影响,通过数据采集卡解算编码器精度和分辨率;当使校准系统处于检测状态,通过实验得知所研制的轴向安装的单磁极编码器精度为12位,分辨率为16位;采用运放放大器放大多对极原始信号,以扩大AD的量程利用率,结合实验数据和磁场仿真结果所研制的大电机多对极编码器的分辨率有望达到了23位。最后,根据大电机的单对极和多对极磁钢的磁场仿真分析结果,验证了单对极磁钢对多对极磁场有干扰作用,并提出了模型修改方案——增加导磁板,以防止两磁钢在关心区域磁场叠加,再通过磁场仿真结果表明磁场已被隔离开,这样就消除了多对极信号中的低频信号。 经实验验证,所研究的编码器已经达到高精度、高分辨率指标,并且能满足某些特殊场合下的应用。


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