基于磁阻效应及细分技术的齿轮编码器设计与实现

发布时间：2020-11-20 12:11

　　 编码器是闭环伺服控制系统的位置反馈元件,对伺服系统中电机的控制性能有着重要的影响。磁编码器具有高响应性、抗震等级高、防油污等特点。然而其具有分辨率不高,要求充磁精度高、成本高等缺点,难以满足高速高精低成本的运动反馈需求,本文针对伺服电机和高速主轴电机位置和速度反馈的需求,设计了一款基于磁阻效应的新型齿轮编码器。基于编码器国内外研究现状和发展趋势,结合高速主轴电机位置和速度反馈的需求,研究了半导体磁阻效应,进行了关键芯片选型,设计了一种新型背磁式结构的磁编码器─齿轮编码器,分析了齿轮编码器设计方案的可行性。研究了编码器纠偏技术和细分技术等关键技术。分析了齿轮编码器磁源信号可能存在的直流误差、幅值误差、相位误差,研究了减小这些误差的方法和途径,提出了一种改进型的基于乘法倍频及移相原理进行相位误差补偿的方法。针对高倍细分需求,研究了基于CORDIC算法的反正切细分方法和闭环跟踪细分方法,搭建了闭环跟踪细分算法仿真模型,实验验证了算法的有效性。提出了一种CORDIC算法加速计算反正切的方法,验证了该方法的可行性。完成了齿轮编码器读头的系统硬件设计,分析了编码器的各种输入输出接口。搭建了齿轮编码器测试实验平台,进行了齿轮编码器功能测试和应用测试。结果表明,本文开发的齿轮编码器达到了预期设定的目标,可以满足伺服电机和高速主轴电机位置反馈的需求。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

用的大多是 GMR 磁阻元件。奥地利感应元件，典型代表有 AS5040，日本应元件，典型代表有 AK7451，MS004正算法对相位误差进行补偿[14]，但是没借助强大的上位机软件测量和分析直流的修正值写入数字电路寄存器，这种良好。入和完善，用相关技术研发的产品也年推出了齿轮编码器 GEL2444K，单款示。虽然国外已有相关产品推向市场，打破这种技术封锁，必须走自主研发重要。

消耗电流 60mA 60mA输出信号 差分模拟输出（1vpp） TTL(RS422)最大相偏移 90 10° 90 15°最高响应频率 150kHz 500kHz齿隙 0.15±0.03mm 0.15±0.03mm耐震性 10G 10G防护等级 IP68 IP68齿轮编码器一般分为旋波输出和方波输出，旋波输出就是输出信号为标准的差分正余弦模拟信号以及零位参考模拟信号，波形如图 2.2 所示，图中只标识了单边信号；其中幅值 M 为 500Mv, Vpz 为 0.6-1V,直流偏置 offset 为 2.5V,相位差 phase 为 90度。方波输出是输出信号为工业标准 ABZ 差分脉冲输出，具体波形如图 2.3 所示。

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文术研究应用情况下，齿轮编码器磁源信号往往带有直流误差、幅值误差误差，这种带有误差的信号一般不能直接使用，如果需要高倍细误差严重的制约着细分倍数的提高，通常情况下，需要对这些带处理，本文将减小这三种误差的方法和途径称为信号纠偏，下面小直流误差、幅值误差、相位误差方法和途径，达到纠偏的目的制的目标输出信号效果如图 3.13 所示，Lissajou 图形应为接近标准
【参考文献】

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本文编号：2891398