单对磁极磁编码器的信号获取方案

磁编码器相对于光电编码器而言,具有结构简单且不受外界环境影响等优势,但其精度和分辨率较低.针对单对磁极磁编码器,设计了新型的磁体结构,对磁体周围的磁场分布及变化规律进行了理论推导及有限元分析,其中理论推导是从磁偶极子的磁场强度出发的,有限元分析采用的是ANSYS软件.进一步结合实验论证,确定了合适的信号获取方案,为后续的信号处理奠定了良好的基础.     

基于信号运算和插值原理的磁轴角编码器

磁轴角编码器结构简单,易实现微型化,适应恶劣环境能力强。但其分辨率和精度较低,影响其发展和应用。文中针对单对磁极编码器进行改进设计,采用新型的磁体结构设计无接触式传感器,使用TMS320vc5509a进行信号处理,运用数字滤波技术,提高信号质量。使用插值原理提高分辨率和精度,以8bit分辨率实现了1024p／r绝对式角度输出。     

平面十字磁梯度张量系统的两步线性校正

磁梯度张量系统的测量精度受限于磁传感器的零漂、灵敏度差异和三轴非正交性等系统误差以及各传感器轴系间的非对准误差。构建了平面十字磁梯度张量系统的误差参数线性模型,提出了两步线性校正法。利用两个非线性变量转换构建单磁传感器系统误差的线性方程组,对误差参数进行最小二乘估计,将传感器实际输出校正为各自理想正交输出;利用旋转矩阵构建各传感器理想正交轴间非对准误差的线性方程组并求出最小二乘解,将各传感器输出校正到参考平台框架正交坐标系上。两步校正过程均无数学简化。仿真与实验表明,相比忽略二阶及以上高阶小量的常规线性校正,提出的张量系统两步线性校正法更为精确,误差参数仿真估计准确率高于93%,实测校正后总场强度均方根误差小于13 n T,张量分量均方根误差小于90 n T/m。     

基于FPGA的高精度磁编码器设计

磁编码器主要用于伺服电机系统的转角和转速测量,针对目前产品精度和分辨率相对较低的现状,提出一种基于FPGA实现的标定查表法细分方案。首先将三路磁头相差120°放置,使磁编码器输出3路相差120°的差分正弦信号,并通过FPGA进行卦限判断,选取线性度最好的一路信号进行信号处理,从而有效地避免了正弦信号的死区。同时利用FPGA对卦限信息和磁编码器输出信号的A／D转换信息进行处理,作为EEPROM的地址信息进行硬件查表,实现对磁编码器信号的倍频处理,从而提高了磁编码器的分辨率和测量精度,可实现每个周期4096份的倍频。     

喷水织机主轴位置多路输出集成式磁编码器原理与应用

针对喷水织机主轴同步多路输出信号检测的需求,采用磁旋转编码芯片AS5145和控制芯片dsPIC30F4012,设计出多路输出信号的输出时刻和宽度与喷水织机主轴旋转角度相关联的可编程智能集成式磁编码器.可以独立地对每路信号编程到主轴的任意角度和输出宽度,实现了喷水织机多路信号多角度实时同步检测功能;智能集成式磁编码器带CAN通信功能,可以在线修改多路信号的同步角度和宽度,具备集成化、智能化、高分辨率、高性能、低成本、可靠、调试方便等特点.实验结果表明磁编码器能够在高分辨率检测同时与外界设备进行实时通信,同时实现角度可调、脉宽可调、极性可调的信号输出及磁编码器故障检测.     

绝对式多极磁电轴角编码器的设计

为了实现多对极磁电式轴角编码器的高分辨率绝对式检测并降低其成本,基于改进格雷码构建了一种新型多极磁电轴角编码器模型,提出一种基于校准查表的信号处理方式,以消除磁场非线性和装配误差对测量精度的影响。设计了两个由永磁体磁环构成的码道:粗码道,根据改进格雷码生成N和S极充磁顺序,采用圆周均匀分布的线性霍尔元件得到转子所处磁极区域的绝对偏移量;细分码道,N和S极等距间隔排列,定子上3个线性霍尔元件将磁信号转换为电信号,查表得到转子于所处信号周期内的相对偏移量。在离线状态下,用高分辨率的增量式光电轴角编码器进行校准,对其A/B相脉冲输出和磁电式轴角编码器的霍尔信号同时采样并上传到计算机进行高精度信号重构,得到标准角位移和霍尔信号映射关系,通过单片机的自编程技术将数据存储于主控芯片中固定地址以供查表;角位移检测状态下,根据霍尔信号查表得到绝对角位移。根据上述原理研制出12极磁电式轴角编码器样机,实现了分辨率为±0.72′,精度达±1.2′以下的单圈绝对位置检测。该编码器通过增加磁极数还可进一步提高测量精度。     

旋转变压器的角度误差校正系统设计

针对旋转变压器输出数据存在的角度误差问题,对旋转变压器校正方法进行了研究,设计并实现了旋转变压器角度误差校正系统。该系统充分利用了旋转变压器工作原理,发挥了光电编码器优势,采用了FPGA和ARM的优点,由同一电机带动光电编码器和被测旋转变压器,以FPGA+ARM组成的控制模块读出光电编码器和被测旋转变压器的角度,并进行比较分析,测量旋转变压器的非线性误差,建立误差分析表,提出了一种根据系数进行补偿的方式,对旋转变压器的误差进行了补偿。研究结果表明,该系统能对旋转变压器的输出数据进行校正,校正前旋转变压器的角度误差最大为21.2弧分,通过该系统校正后,测角误差最大为5.3弧分,系统校正速度较快且效果明显。     

小型光电编码器细分误差校正方法

为提高小型光电编码器精度,设计了精码莫尔条纹信号细分误差校正方法.首先建立存在直流分量、幅值误差、波形畸变的精码光电信号的波形方程,然后利用牛顿迭代法将两路精码细分信号校正至标准的正弦和余弦信号,最后建立两路信号间的正交性误差模型,通过最小二乘法求解出正交性误差校正参数.运用本文的细分误差校正法对某16位小型绝对式光电编码器进行误差校正处理,经测试,细分误差峰峰值由校正前的160″减小到校正后的48″.实验结果表明:研究的误差校正方法可以有效地减小细分误差、提高编码器精度,对于研制小型化、高精度光电编码器具有重要意义.     

Halbach永磁阵列型轴向调制永磁齿轮

本文提出了一种可输出高转矩的轴向调制永磁齿轮。在不改变轴向调制永磁齿轮整体尺寸的情况下,将主、从动磁极按照Halbach永磁阵列进行排列,利用Halbach永磁阵列的聚磁作用,增大主、从动侧气隙内耦合磁场的磁场强度,并使用有限元法对这种永磁齿轮进行了仿真分析。结果表明Halbach永磁齿轮比传统阵列永磁齿轮的输出转矩更大;对气隙磁通量密度的谐波分析表明,Halbach永磁齿轮和传统阵列永磁齿轮的气隙磁密谐波变化趋势一致,因此传动机理不变;对Halbach永磁齿轮的磁极的扇形角度进行优化处理后,可以进一步增大输出转矩。     

高性能磁编码器设计

本磁编码器采用奥地利micro systems公司的AS5040芯片,该芯片能够用于360°全角度精确定位,提供10位分辨率的瞬时位置指示,可以同时以两种不同的方式输出转速与位置信号增量输出(积分A/B输出、LSB输出、三相无刷直流电机转换模式输出)和绝对输出(PWM输出、同步串口输出);通过模拟输出,可以完全取代电位计,通过硬件和软件可实现磁场强度自诊断和电源故障的监测功能.实验证明,本磁编码器可完全取代同等精度的光电编码器,而且成本极低.