基于霍爾原理的絕對(duì)式磁編碼器的研究.pdf

1、磁編碼器是由磁敏感元件通過(guò)感應(yīng)磁場(chǎng)變化從而來(lái)測(cè)量位置變化的位置傳感器。自上世紀(jì)80年代以來(lái)，磁編碼器以其精度高、體積小、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)逐漸成為編碼器研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。隨著磁敏元件技術(shù)的不斷發(fā)展，磁敏感元件的成本越來(lái)越低，磁編碼器的性能也隨之提高。因此，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看磁編碼器具有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)潛力，可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，在許多領(lǐng)域內(nèi)磁編碼器會(huì)取代光電編碼器。磁編碼器的性能主要取決于磁敏感元件的性能、磁體材料性能、磁柵碼道的布置和

2、處理電路的處理能力等。由于傳統(tǒng)布置形式的高分辨率磁柵會(huì)使磁編碼器整體體積增大，限制編碼器的應(yīng)用范圍；低分辨率磁柵需要對(duì)采集的原始信號(hào)進(jìn)行細(xì)分處理，增大累積誤差的同時(shí)也加重了后續(xù)電路的處理負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致精度較低。
　　本文研究了一種基于霍爾原理的絕對(duì)式磁編碼器樣機(jī)，該編碼器樣機(jī)具有16位分辨率，初始精度可達(dá)0.0908('5.45)。其磁柵采用獨(dú)特的雙碼道設(shè)計(jì)，這種碼道布置形式不僅避免了累計(jì)誤差對(duì)編碼器精度造成的影響，同時(shí)也解決了磁柵的

3、高分辨率和小體積之間的矛盾。另外，考慮到未來(lái)應(yīng)用中對(duì)編碼器的精度要求，本文探索了一種提高編碼器輸出精度的誤差補(bǔ)償方法，通過(guò)誤差補(bǔ)償后的編碼器精度得到很大改善，為今后編碼器的應(yīng)用拓展提供了理論基礎(chǔ)。磁柵是編碼器信號(hào)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，磁柵上磁極碼道的布置形式直接決定了編碼器的整體結(jié)構(gòu)和性能，本文首先根據(jù)游標(biāo)解算原理，確定了磁柵碼道的布置形式和磁敏感元件的信號(hào)采集形式，并利用集成式霍爾芯片設(shè)計(jì)了磁編碼器的解算電路。另外，由于磁柵上的磁場(chǎng)質(zhì)量直接決定

4、了磁編碼器信號(hào)發(fā)生部分的輸出性能，所以本文基于經(jīng)典靜磁學(xué)理論，構(gòu)建了多對(duì)極磁柵磁場(chǎng)分布模型，通過(guò)理論計(jì)算推導(dǎo)出雙碼道磁柵上磁場(chǎng)的分布規(guī)律，運(yùn)用Matlab、Ansoft和Ansys軟件對(duì)磁柵磁場(chǎng)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，制定出信號(hào)發(fā)生部分的整體布置方案，最終確定編碼器的整體結(jié)構(gòu)。此外，為了提高編碼器輸出精度，本文提出一種基于遺傳優(yōu)化算法的誤差補(bǔ)償模型，該方法與傳統(tǒng)的擬合方法相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，能將編碼器的輸出精度在現(xiàn)有基礎(chǔ)上普遍提高2~3倍，為