基于霍爾原理的絕對式磁編碼器的研究.pdf

1、磁編碼器是由磁敏感元件通過感應(yīng)磁場變化從而來測量位置變化的位置傳感器。自上世紀(jì)80年代以來，磁編碼器以其精度高、體積小、環(huán)境適應(yīng)能力強和抗干擾能力強等優(yōu)勢逐漸成為編碼器研究領(lǐng)域的熱點。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越低，磁編碼器的性能也隨之提高。因此，長遠來看磁編碼器具有相當(dāng)?shù)氖袌鰸摿?，可以預(yù)見，在不久的將來，在許多領(lǐng)域內(nèi)磁編碼器會取代光電編碼器。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采集的原始信號進行細分處理，增大累積誤差的同時也加重了后續(xù)電路的處理負擔(dān)，導(dǎo)致精度較低。
　　本文研究了一種基于霍爾原理的絕對式磁編碼器樣機，該編碼器樣機具有16位分辨率，初始精度可達0.0908('5.45)。其磁柵采用獨特的雙碼道設(shè)計，這種碼道布置形式不僅避免了累計誤差對編碼器精度造成的影響，同時也解決了磁柵的

3、高分辨率和小體積之間的矛盾。另外，考慮到未來應(yīng)用中對編碼器的精度要求，本文探索了一種提高編碼器輸出精度的誤差補償方法，通過誤差補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采集形式，并利用集成式霍爾芯片設(shè)計了磁編碼器的解算電路。另外，由于磁柵上的磁場質(zhì)量直接決定

4、了磁編碼器信號發(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)建了多對極磁柵磁場分布模型，通過理論計算推導(dǎo)出雙碼道磁柵上磁場的分布規(guī)律，運用Matlab、Ansoft和Ansys軟件對磁柵磁場及結(jié)構(gòu)進行仿真分析，制定出信號發(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)化算法的誤差補償模型，該方法與傳統(tǒng)的擬合方法相比具有明顯優(yōu)勢，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