基于无迹卡尔曼滤波的磁编码器设计*

磁编码器在高精度测控领域有着广泛应用。分析了磁编码器在精度提升上的各类方法,在对输出信号进行幅度归一化和补偿后,针对实际霍尔元件输出信号中的随机噪声,建立了基于圆周运动模型的状态方程。针对状态方程中非线性问题,提出了基于无迹卡尔曼滤波的磁编码器设计方案,并分别在300 r/min、600 r/min和1200 r/min三种转速下将无迹卡尔曼滤波前后的角度误差数据进行对比分析,结果证明了该方案在工业应用上的可行性和有效性,在不同转速下均有明显的精度提升效果,而且能很好地消除突变的大误差值问题。     

基于CORDIC算法的高分辨率磁编码器设计

高分辨率磁编码器设计方案采用霍尔器件感应随转子旋转的两极磁环产生的磁场得到一对正交的电压信号,经A/D变换后通过CORDIC算法对该信号进行解码,从而获得转子的位置信息.磁编码器的分辨率及测速范围可根据要求自行定制,能够提供增量式输出(正交A/B、z信号;最小有效位信号、无刷直流电机换向所需的U、V、W信号)和绝对式输出(脉宽调制信号、模拟信号)等多种模式的转角位置信号.实验结果证明磁编码器可以提供精确的绝对角度位置信息,在一定转速下每旋转一周可以输出1024个位置信息,即分辨率达到0.35°.磁编码器提供的多种增量式输出信号能够在一定的精度范围内代替多种光电编码器,从而降低了系统成本,有实际应用价值.     

基于STM32的磁编码器的设计

选用巨磁阻传感器作为敏感元件,设计一款基于STM32微控制器的磁编码器。由正交放置在圆柱状磁体下方的4个巨磁阻传感器输出两路正交电压信号,该电压信号经过调理电路滤波、放大,采用STM32微处理器对放大后的两路电压信号进行模数转换,然后对转换后的数字量进行校正、辩向和查表等来完成信号处理,输出准确的旋转角度值,并根据需要灵活选择合适的编码器输出方式。试验结果表明,磁编码器具有较高的检测精度以及实时性。     

基于磁编码器的伺服电机速度及位置观测器设计

磁编码器是一种基于磁阻效应或霍尔效应的轴角传感器,输出信号是转子角位置的正余弦函数.为获取转子角位置和角速度信息,设计了一种基于状态观测器的磁编码器解调算法.理论分析表明,当伺服电机匀速旋转时,基于二阶和三阶状态观测器的解调算法误差均可渐近收敛至零;当伺服电机匀加速或匀减速旋转时,前者存在原理性偏差,而后者解调误差依然可以渐近收敛至零.与反正切法相比,该算法不需通过数值差分即可获得角速度信息,具有较强的干扰抑制能力.与基于锁相环的角度跟踪法相比,该算法考虑了电机的转速变化,角位置和角速度解算精度较高.实验结果表明,该解调算法是可行的.     

基于磁编码器的永磁同步电机驱动控制系统

提出了一种基于改进型磁编码器的高性能控制系统,该系统具有较好的静态和动态特性,适用于对压铸机直驱泵控系统的永磁同步电机(PMSM)控制。本文主要讨论的是控制系统硬件和软件的设计与实现,并进行了基于零d轴电流矢量控制方法和经典的PI控制策略软件设计。仿真与实验结果表明该系统具有良好的控制性能。     

磁旋转编码器多极磁鼓的研制

通过分析磁编码器的原理和结构，采用粘结磁体做磁编码２器多极磁鼓记录介质材料，运用一体成型工艺，研制出了多种型号的磁鼓，并经鼓进行了充磁和气隙磁性能分析。     

磁编码器算法分析与研究

磁编码器使用线性霍尔元件作为主体,结构简单,易实现微型化,适应恶劣环境能力强.实际应用中,磁编码器的分辨率和精度除受制于线性霍尔元件的精度外,也与AD采样精度、磁编码器算法有密切关系.在分析比较磁编码器的几种实现算法的基础上,给出了高精度的实现方案,在使用10 bit AD的基础上,可达到超过0.1 °的分辨率.     

多模式磁偏码器设计

为了提供电动机伺服控制所需要的不同模式的位置信号而设计的磁编码器采用了一种全新的双磁钢复合磁路结构。利用2S-10芯片的三轴霍尔效应,感应平行芯片表面的磁场,把磁信号转换成正余弦电信号;在对原始信号误差进行理论分析的基础上,通过DSP对原始正余弦信号进行误差补偿并对角度进行反正切运算,实现增量模式、PWM模式和同步串口模式信号;三步锁定型开关霍尔元件输出无刷直流电机换相信号,最终实现了3种模式信号同时输出。信号右达8位精度、10位分辨率。     

基于自适应神经网络的磁编码器角度误差补偿算法

针对磁编码器中各类误差导致的解码精度低的问题,在神经网络原理的基础上提出单层自适应神经网络对正余弦信号中存在的幅值不相等、相位不正交、直流偏置、谐波与噪声等误差进行补偿。采用锁相环算法对补偿后的正余弦信号进行解码。电路中采用TLE5501磁阻芯片检测角度变化,利用TL082C运放芯片对信号进行调理,最后采用STM32G431单片机验证算法的性能。通过仿真与试验验证,证明了该算法的有效性与可行性。     

Baumer发布EIL580P可编程编码器

前不久Baumer发布OptoPulse EIL580P可编程编码器，可提供从1到65536的任意脉冲数，参考脉冲宽度可在90°和180°之间进行选择，并允许一个独立于旋转方向的可配置脉冲序列，4．75到30 VDC宽范围电源使得可选配HTL或TTL信号电平。     

过采样提高单对磁极编码器分辨率

采用标定查表处理方式能提高单对磁极编码器的分辨率。但从处理原理上可以看出:分辨率取决于电路中采用的ADC位数和原始信号的信噪比。要实现高分辨率的角度输出,只能采用高分辨率的ADC和提高电路设计质量。在信号处理上,摒弃了传统的模拟差分而采用数字差分,在效果上相当于增加了1位ADC的有效位数。在模拟信号采样上采用过采样方法,以4倍奈奎斯特频率进行采样,信号SNR增加6 dB,在效果上相当于增加了1位ADC有效位数。实验中用10位的ADC实现了分辨率为12.5位的绝对式角度输出。     

基于磁感应技术的高精密一体化角度传感器

旋转式感应同步器是一种测角精度可与圆光栅媲美的高精密磁感应角度传感器,包含定、转子两个部件,传统旋转式感应同步器定子、转子为分装式的,安装条件要求非常高,且这种分装式的旋转式感应同步器需匹配后续的放大、滤波及解码电路,这使得整个系统集成度不高,应用不便利。针对该问题研究了一种基于定子轴承基座的一体化嵌入式结构设计,通过增加轴承、连接轴等零部件将传统分离式的感应同步器定子、转子以及解码板封装在一起形成一个整体的封闭式结构,经实测其测角精度可达到±2″以内,从而彻底解决了旋转式感应同步器安装困难的缺点,实现了一种能与国外先进产品兼容的编码器形式产品。     

基于查表原理的单对磁极编码器研制

与光电编码器相比,磁性编码器结构简单、易微型化、且不受尘埃及结雾的影响,但其分辨率和精度较低且难以提高,严重制约了其应用和发展。针对单对磁极编码器,深入分析了传统处理方式上存在的缺陷,提出一种基于标定查表的信号处理方式。采用六路霍尔传感器均布在圆周上,把变化的磁场转换成电压信号,经差分得到查表用三相电压信号。在离线状态下,用高精度光电编码器对电压信号与电机旋转角度进行标定,并把角度数据存储在EEPROM中。工作过程中采用三相电压信号分区间查表得到电机旋转角度值,用FPGA(programmablegatearrayField)进行信号处理,实现了分辨率15位,精度14位(16384线)的角度输出,能够满足电机恶劣环境下高精度位置检测的要求。     

利用混合式码盘测永磁同步机磁极位置的研究

针对课题的要求,提出了一种利用混合式码盘测量永磁同步机(PM SM)磁极位置的解决方案,在硬件投入较少,几乎没有增加软件负担的情况下对PM SM实现磁极位置的快速、准确测量,实验证明该方案是切实可行的。在实验基础上还给出了软硬件的设计方案,并就实施方案过程中出现的问题进行了细致的分析。     

磁旋转编码器在永磁同步电机位置测量中的应用

为了检测永磁同步电机磁极位置,在电机位置传感器安装之后要对其进行初始定位.根据电机反电动势信号与电机位置角的关系,利用电机反电动势过零信号来定位磁旋转编码器.根据这一方案,无需调整编码器的安装位置即能够确定磁旋转编码器所输出的绝对角度与电机位置角的关系.测试结果还表明,根据磁旋转编码器输出的绝对角度,在电机刚开始转动时就能够精确检测出电机磁极的初始位置,其分辨率能够满足课题要求.     

基于FPGA的绝对式编码器智能接口设计

实现了一种基于FPGA的绝对式码盘智能接口,用以进行绝对式编码器和伺服驱动器的DSP处理器之间的通讯.该接口完全可以替代价格昂贵的专用接口芯片,降低产品成本.     

基于神经网络的磁编码器补偿算法研究

磁电编码器在使用过程中,由于霍尔传感器本身的温度特性,外界环境温度变化会导致霍尔传感器的输出值随之改变,进而使磁电编码器的输出值发生变化,导致检测角度误差,研究过程中提出了一种基于神经元的自适应最优速算法,建立温漂模型,构造误差函数,通过有限次的迭代不断更正温度系数,使磁电编码器的输出值无限接近真实角度值,从而实现角度校正,实验表明,该方法具有显著的效果。