正余弦编码器解码方法研究

发布时间：2017-03-18 03:00

  本文关键词：正余弦编码器解码方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在高精度、高动态性能要求的伺服系统中,必须实时和精确地测量转子的位置和转速。正余弦编码器正是将旋转轴的机械几何位移转换为数字量的传感器,为转子的位置和转速测量提供了技术解决方案。正余弦编码器是一种输出正交正余弦信号的光电编码器,采用细分技术后可获得比普通TTL编码器高得多的精度,成本也远远低于超高精度光电编码器,它的高性价比使得其在高精度运动控制领域应用得到了广泛的应用。本文首先对正弦余编码器的发展现状进行了分析,并对目前提出的各种细分算法进行了分析比较。在分析了正余弦编码器的原理及信号特征之后,文章以查表法为例分析了解码过程的各关键点。之后,介绍了CORDIC算法和闭环细分算法的原理及实现过程,闭环细分因为抗干扰能力强,细分精度高,计算时间短,成为细分算法很有价值的研究方向,而CORDIC旋转坐标系省去了浮点运算的过程,解决了三角函数等浮点运算带来的运算时间长的难题,因此,文章采用闭环细分作为细分算法,CORDIC实现正余弦运算作为辅助,在最大程度提高细分精度的同时,缩短运算时间。其次,文章以二极管不控整流电路和IGBT逆变电路建立了解码的硬件系统。编码器信号的解码电路是解码系统的关键内容,关于电路设计的原理及参数设计,文中也做了详细介绍。解码电路涉及两个关键技术,就是编码器信号的整形及方波抗干扰问题。由于编码器的输出信号不符合DSP能接受的电平水平,所以对正弦信号需要做滤波,提高电平水平及放大,这些都有差分放大器完成,而对于方波信号的抗干扰问题,文章也采用了对信号抖动和尖峰干扰有极强抗干扰能力的D触发器设计。最后,文章对正余弦编码器进行了解码程序的设计及实验验证。细分算法与角度位置的计算全在中断中完成。在完成程序流程设计后,文章通过实验验证了正余弦编码器在永磁同步电机的应用特性。实验平台以FP50R12KT3作为主电路,以TMS320F28034为控制芯片,以永磁同步电机的对象,实验结果证明了所用方案的可行性。
【关键词】：高精度 正余弦编码器 永磁同步电机 解码
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN762;TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题来源、选题背景及意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 选题背景及意义10-11
• 1.2 正余弦编码器解码研究现状11-15
• 1.2.1 正余弦编码器解码现状11
• 1.2.2 正余弦编码器细分技术研究现状11-15
• 1.3 本文的主要研究目的和内容15-17
• 1.3.1 本文研究的目的15
• 1.3.2 论文研究的主要内容15-17
• 第2章 正余弦编码器的解码17-24
• 2.1 正余弦编码器的简介17-20
• 2.1.1 正余弦编码器信号的产生原理18-19
• 2.1.2 正余弦编码器的接口信号19-20
• 2.2 正余弦编码器的解码过程20-23
• 2.2.1 CD信号绝对位置及零点位置的计算21
• 2.2.2 四倍频脉冲信号粗略计算位置角21
• 2.2.3 非完整周期中正余弦信号的模拟细分21-23
• 2.2.4 高解析度的转子位置计算23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 正余弦编码器细分算法的设计24-37
• 3.1 软件细分方案的设计24
• 3.2 CORDIC算法实现正余弦值的运算24-30
• 3.2.1 CORDIC算法的基本原理24-26
• 3.2.2 CORDIC算法三角函数的运算26-27
• 3.2.3 CORDIC实现正余弦运算27-29
• 3.2.4 角度范围的调整29-30
• 3.3 闭环细分的原理及实现30-32
• 3.3.1 闭环反馈细分算法30-32
• 3.3.2 闭环系统主要参数的确定32
• 3.4 闭环细分算法的仿真32-36
• 3.4.1 PMSM矢量控制系统仿真模型的建立32-34
• 3.4.2 仿真结果分析34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 正余弦解码系统硬件设计37-47
• 4.1 正余弦编码器解码电路设计38-43
• 4.1.1 正弦信号调理电路39
• 4.1.2 +1.65V调理电源电路39-40
• 4.1.3 AB信号调理及其方波抗干扰设计40-42
• 4.1.4 Z信号处理电路42-43
• 4.1.5 正弦信号主板处理电路43
• 4.2 系统主控板及处理电路设计43-46
• 4.2.1 控制系统芯片TMS320F2803443
• 4.2.2 输出电流采样43-44
• 4.2.3 母线电压采样44-45
• 4.2.4 过流保护点45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第5章 解码系统软件设计及实验结果47-59
• 5.1 解码系统软件设计47-53
• 5.1.1 转子位置角计算程序设计48
• 5.1.2 闭环细分软件设计48-49
• 5.1.3 CORDIC算法实现正余弦值软件设计49-50
• 5.1.4 相位偏移补偿程序设计50-51
• 5.1.5 零点位置的确定及启动时绝对位置的测量51-53
• 5.2 实验结果与分析53-58
• 5.2.1 实验平台的建立53-54
• 5.2.2 实验结果分析54-58
• 5.3 本章小结58-59
• 总结与展望59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录66-67
• 附录B 解码电路的原理设计图67

  本文关键词：正余弦编码器解码方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：253794