基于马鞍形磁场的永磁直线电机位置解算方法
发布时间：2021-08-07 13:04
针对直线电机转子位置检测低成本和较高精度的要求,提出了一种基于马鞍形磁场来获得位置信息的方法及实现过程。分析了永磁体表面的磁场分布特征,指出了利用马鞍形磁场分布曲线来解算位置信息的优点,提出了根据马鞍形磁场推算位置信息的算法流程:先测得错开相位的2条马鞍形曲线数据,划分为4个象限后建立数据库;位置检测时,运用区间搜索算法寻得实际角度所在区间;再根据精度要求,采用合适的插值算法计算得到待解算的角度。仿真结果表明:基于马鞍形磁场的位置解算,能较好地得到直线电机转子的位置信息。
【文章来源】：电机与控制应用. 2019,46(09)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
磁场信号特征结构
?个霍尔传感器水平安装位置相差1/2极距，A为固定在电机转子上承载霍尔传感器的支架，为非导磁材料。霍尔传感器水平方向上与转子铁心需保持一定距离，以减少铁心引起的磁场畸变［22］。该方案也同样适用于圆筒形永磁直线电机。图1磁场信号特征结构1．2磁场信号分布特征令电枢转子与一体安装的霍尔传感器在一对永磁体磁极范围内运动，测量不同位置时的磁场值。霍尔传感器距离永磁体的高度Hg在1～6mm范围变化时，从其中1个霍尔传感器测得的磁场竖直方向分量值如图2所示。图2不同位置磁场信号波形从图2可以看出，当霍尔传感器距离永磁体较近，如Hg=1mm时，磁场空间波形是中间略低两侧略高的马鞍形;Hg=3mm时，波形逐渐变化为梯形形状;Hg=5mm，则逐渐靠近类正弦波形。—74—
研究与设计?EMCA2019，46(9)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????另外，从磁场值来看，随着Hg高度的增加，波形的幅值逐步减小，从Hg=1mm时的0．5T减小到Hg=6mm时的约0．04T。进一步对上述磁场波形数据进行傅里叶级数分析，结果如图3所示。图3永磁体表面不同高度磁场信号谐波分析从图3可以看出，随着Hg逐渐加，基波占比逐渐增加，与图2的波形在频率域的规律一致。但是从图2可以看到，即使在Hg=6mm的正弦波形中，仍然存在谐波，在位置解算时会引入直接误差。2谐波及干扰信号对正余弦解析法的影响目前研究和应用的利用线性霍尔传感器来检测位置的方案均将传感器安装在较高的位置，将获得的数据用正余弦函数求得正切值来解算位置值［22］。由于图3中高次谐波的存在，若用理想正余弦波位置解算角度会引入额外误差，影响位置检测的精度，为后续的信号处理带来困难。此外，为了得到较为正弦的波形，需将传感器安装在相对加高的位置，容易引入工作环境中的各种干扰信号，而由于较高安装时测得的有效信号值较弱，干扰信号与较弱的有效磁场信号混合，对后续信号的处理和精度的控制带来了另一个挑战。2．1理想三角函数曲线推算的角度值目前，用霍尔信号来解算直线电机位置检测的方法，是将测得的数据通过正余弦电压信号作反正切运算来解算得到电角度［21］。理想两路霍尔元件输出可表示为Ua=MsinτUb=Mcosτ{(1)式中:U
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的绝对式圆感应同步器测角系统的设计与实现[J]. 王飞,付晶,韩昌佩. 红外. 2017(08)
[2]基于模型参考自适应系统的模块化磁通切换永磁直线电机无位置传感器控制[J]. 孔龙涛,程明,张邦富. 电工技术学报. 2016(17)
[3]感应同步器测角系统误差测试及补偿[J]. 李海霞,张嵘,韩丰田. 清华大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]永磁直线同步电机动子初始位置检测新方法[J]. 黄松柏,胡学芝. 微电机. 2015(09)
[5]永磁同步电机用线性霍尔位置检测的误差补偿[J]. 刘刚,肖烨然,宋欣达. 电机与控制学报. 2014(08)
[6]直线电机动子位置检测的图像亚像素测量算法[J]. 赵吉文,王荔枝,张梅,谢芳. 仪器仪表学报. 2013(11)
[7]直线同步电机初始磁场位置检测方法[J]. 郭凤仙,宋果,肖智明. 机械制造. 2013(07)
[8]永磁直线同步电机无位置传感器动子位置辨识[J]. 王利,卢琴芬,叶云岳. 电机与控制学报. 2012(06)
[9]直线电机在现代机床业中的应用与发展[J]. 叶云岳. 电机技术. 2010(03)
[10]线性霍尔传感器在直线位移中的应用[J]. 黄明,尚群立,余善恩. 自动化仪表. 2010(03)
硕士论文
[1]基于磁栅的高精度位移传感器设计[D]. 臧金杰.苏州大学 2017
本文编号：3327849
【文章来源】：电机与控制应用. 2019,46(09)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
磁场信号特征结构
?个霍尔传感器水平安装位置相差1/2极距，A为固定在电机转子上承载霍尔传感器的支架，为非导磁材料。霍尔传感器水平方向上与转子铁心需保持一定距离，以减少铁心引起的磁场畸变［22］。该方案也同样适用于圆筒形永磁直线电机。图1磁场信号特征结构1．2磁场信号分布特征令电枢转子与一体安装的霍尔传感器在一对永磁体磁极范围内运动，测量不同位置时的磁场值。霍尔传感器距离永磁体的高度Hg在1～6mm范围变化时，从其中1个霍尔传感器测得的磁场竖直方向分量值如图2所示。图2不同位置磁场信号波形从图2可以看出，当霍尔传感器距离永磁体较近，如Hg=1mm时，磁场空间波形是中间略低两侧略高的马鞍形;Hg=3mm时，波形逐渐变化为梯形形状;Hg=5mm，则逐渐靠近类正弦波形。—74—
研究与设计?EMCA2019，46(9)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????另外，从磁场值来看，随着Hg高度的增加，波形的幅值逐步减小，从Hg=1mm时的0．5T减小到Hg=6mm时的约0．04T。进一步对上述磁场波形数据进行傅里叶级数分析，结果如图3所示。图3永磁体表面不同高度磁场信号谐波分析从图3可以看出，随着Hg逐渐加，基波占比逐渐增加，与图2的波形在频率域的规律一致。但是从图2可以看到，即使在Hg=6mm的正弦波形中，仍然存在谐波，在位置解算时会引入直接误差。2谐波及干扰信号对正余弦解析法的影响目前研究和应用的利用线性霍尔传感器来检测位置的方案均将传感器安装在较高的位置，将获得的数据用正余弦函数求得正切值来解算位置值［22］。由于图3中高次谐波的存在，若用理想正余弦波位置解算角度会引入额外误差，影响位置检测的精度，为后续的信号处理带来困难。此外，为了得到较为正弦的波形，需将传感器安装在相对加高的位置，容易引入工作环境中的各种干扰信号，而由于较高安装时测得的有效信号值较弱，干扰信号与较弱的有效磁场信号混合，对后续信号的处理和精度的控制带来了另一个挑战。2．1理想三角函数曲线推算的角度值目前，用霍尔信号来解算直线电机位置检测的方法，是将测得的数据通过正余弦电压信号作反正切运算来解算得到电角度［21］。理想两路霍尔元件输出可表示为Ua=MsinτUb=Mcosτ{(1)式中:U
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的绝对式圆感应同步器测角系统的设计与实现[J]. 王飞,付晶,韩昌佩. 红外. 2017(08)
[2]基于模型参考自适应系统的模块化磁通切换永磁直线电机无位置传感器控制[J]. 孔龙涛,程明,张邦富. 电工技术学报. 2016(17)
[3]感应同步器测角系统误差测试及补偿[J]. 李海霞,张嵘,韩丰田. 清华大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]永磁直线同步电机动子初始位置检测新方法[J]. 黄松柏,胡学芝. 微电机. 2015(09)
[5]永磁同步电机用线性霍尔位置检测的误差补偿[J]. 刘刚,肖烨然,宋欣达. 电机与控制学报. 2014(08)
[6]直线电机动子位置检测的图像亚像素测量算法[J]. 赵吉文,王荔枝,张梅,谢芳. 仪器仪表学报. 2013(11)
[7]直线同步电机初始磁场位置检测方法[J]. 郭凤仙,宋果,肖智明. 机械制造. 2013(07)
[8]永磁直线同步电机无位置传感器动子位置辨识[J]. 王利,卢琴芬,叶云岳. 电机与控制学报. 2012(06)
[9]直线电机在现代机床业中的应用与发展[J]. 叶云岳. 电机技术. 2010(03)
[10]线性霍尔传感器在直线位移中的应用[J]. 黄明,尚群立,余善恩. 自动化仪表. 2010(03)
硕士论文
[1]基于磁栅的高精度位移传感器设计[D]. 臧金杰.苏州大学 2017
本文编号：3327849
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