新型高性能永磁式編碼器的研究

《新型高性能永磁式編碼器的研究》是依託哈爾濱理工大學，由呂德剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型高性能永磁式編碼器的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：呂德剛
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

編碼器是電機控制系統中一種常用的位置感測器。近年來，一些特殊運行場合除了對位置感測器的精度要求外，還對位置感測器提出了抗惡劣環境能力強、故障率低、使用壽命長、體積小、成本低等多重要求。在這種形勢下，提出了一種新型高性能永磁式編碼器。研究新型高性能永磁式編碼器對於擴大電機控制系統的套用領域、降低電機控制系統的故障率、延長其使用壽命、降低成本具有重要意義。本項目深入研究新型永磁式編碼器的運行機理，探求其磁場設計方法，給出永磁式編碼器的最優結構參數；分析永磁式編碼器的三維磁場分布規律，精確計算永磁式編碼器的磁場參數；研究磁場信號的軸角變換方法；全面分析誤差來源並從磁場最佳化與軸角變換兩個方面提出誤差補償方法；設計出整機永磁式編碼器並搭建試驗平台，測試永磁式編碼器的運行特性，為該編碼器套用於風力發電、航空航天和艦船驅動控制，特別是運行環境惡劣的領域奠定理論和技術基礎。

結題摘要

本課題提出了利用永磁體和霍爾元件進行磁電信號轉換，並通過軸角變換將相位正交的餘弦信號轉換為轉速（位置）信號的設計新思想，設計新型永磁式編碼器。通過磁場的建立和最佳化設計，開展了編碼器內的電磁特性、機械結構的研究；通過磁鋼外部加環形鐵心的方法最佳化了磁場及編碼器結構，達到了獲取相位嚴格正交的餘弦磁場信號的目的。利用XMC4500單片機對反映磁場信號的電信號進行軸角變換，採用CORDIC算法並進行改進，通過軟硬體設計最終獲得了反應旋轉軸速度和位置信息的多種模式信號，為電動機控制中角度和速度信號的採集提供了多種選擇方案。製造了永磁式編碼器樣機，並進行了振動試驗測試，測試結果完全滿足設計之初的抗振要求。搭建了永磁式編碼器的硬體測試平台，對編碼器的輸出信號進行了測試；在此基礎上，將該編碼器套用於外轉子無刷直流電動機控制系統，通過實驗證明永磁式編碼器滿足控制要求。本項目的支持下，培養了碩士研究生2人，現有1名博士、1名碩士從事該課題的研究。發表了EI收錄直接相關學術論文2篇，已錄用待發表論文2篇，獲得國家實用新型專利4項，3項國家發明專利實審。