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 b it AD的基础上,可达到超过0.1°的分辨率。

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。

基于标定原理的单磁极编码器设计

与光电编码器相比,磁性编码器结构简单,易实现微型化,且不受尘埃和结雾的影响。但其分辨率和精度较低且难以提高,严重制约了其发展和应用。针对单磁极编码器,提出一种基于标定查表的信号处理方式,用高精度光电编码器进行标定,采用FPGA(Field Programmable Gate Array)进行信号处理,采用两相电压分区间查表得到角度值,突破了技术瓶颈,实现了分辨率31 757 p/r、精度12位(4 096线)的角度输出。

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。

基于椭圆假设的单对磁编码器误差补偿方法

研究了一种单对磁极磁编码器的误差补偿方法。针对单对磁极磁编码器中存在的零位误差、灵敏度误差、正交误差和铁磁干扰等每一种误差进行分析，得出各自的误差表达式。为了便于误差补偿，总结出描述这种误差共性的表达式，此式将误差的形成过程假设为圆到椭圆的变化过程，其逆过程就是误差补偿的过程。实验结果表明，利用此种方法的磁编码器精度达到了0．02°，误差补偿效果明显。根据此方法研究的磁编码器具有成本低、精度高、使用方便的特点。

位标器框架平台用单磁极磁电编码器设计

角位移传感器对于伺服控制闭环是一个重要的反馈元件,在军工和航天领域,旋转变压器和光电编码器本身的缺陷限制了其应用。为了弥补传统角位移传感器的不足,选择磁电编码器作为位标器框架平台的角位置反馈器件。依据校准查表信号细分算法研制出了一种单磁极磁电编码器,并设计了温漂补偿算法,以扩大工作温度适用范围,并为之设计制作了配套使用的校准和检测系统。经过实验验证,所研制的磁电编码器满足了位标器的应用要求。