面向位标器框架平台的单磁极式磁电编码器研究

论文摘要

角位移检测传感器是闭环伺服控制系统中重要的反馈元件。精确红外制导导弹位标器框架平台的转角检测质量会直接影响到对目标的搜索和跟踪性能,所应用的角传感器由于工作环境和安装方式特殊,其设计需要满足高精度、高可靠性、抗振动、抗污染和小型化等特殊要求。传统角位置传感器,包括旋转变压器、光电编码器,由于本身固有的缺陷,在航空航天和军工等特殊应用领域已经不再适用。磁电编码器具有抗振动、抗腐蚀、抗污染的特点,尤其单磁极磁电编码器更容易实现高分辨率、小型化和低成本,是传统角位置传感器的优秀替代品,特别适用于航天军工等环境恶劣、空间狭小的场合。迄今为止,已有一些针对此方向的研究,但是存在很多不足,不能满足课题的应用需求。本文在前人研究的基础上,面向位标器框架平台的应用,对单磁极磁电编码器进行了进一步的扩展研究,不论对于航空航天等特殊领域还是工控领域,都具有一定的学术和实际应用价值。本文针对位标器框架平台转角检测的特殊应用需求,研发了一种单磁极式有限转角绝对值型磁电编码器,达到了小型化、高可靠性、高精度、高分辨率的要求,归纳起来,主要研究有:首先详细阐述了校准查表信号细分算法和温漂自补偿算法的基本原理,讨论了对所研制磁电编码器性能在原理上产生影响的误差源,并推导了误差产生界限;然后进行了磁电编码器的实际研究与开发,详细说明了磁信号发生结构的设计和气隙优化研究,根据误差源的实际分析,对磁电编码器的结构参数等进行了优化,基于过采样技术突破了AD器件分辨率对编码器性能的制约,应用数值微分算法实现了磁电编码器的增量输出;进行了校准系统的软硬件研究与开发,说明并验算了校准系统主要参数选择,针对位标器框架平台的特殊需求研究并开发出用于有限角度范围校准算法,分析并解决了实际应用中出现的区间点误判问题,并在以上研究基础上开发出了检测系统以检测编码器性能;最后进行了编码器的校准实验和检测实验。实验证明,磁电编码器获得了良好的校准效果,而且所研制的单磁极有限转角磁电编码器满足了位标器框架平台的应用需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 磁电编码器结构和分类
• 1.3.2 多磁极磁电编码器
• 1.3.3 单磁极磁电编码器
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 编码器基本算法原理和误差源分析
• 2.1 引言
• 2.2 校准查表信号细分算法
• 2.2.1 算法基本原理
• 2.2.2 建立对应表区间划分
• 2.2.3 角度结算流程
• 2.3 温漂补偿算法
• 2.4 误差源分析
• 2.4.1 AD 分辨率和量程利用率
• 2.4.2 磁电信号品质
• 2.4.3 校准系统参数
• 2.5 本章小结
• 第3章 编码器研究开发及优化
• 3.1 引言
• 3.2 信号发生结构的优化及编码器开发
• 3.2.1 构造元件
• 3.2.2 整体结构
• 3.2.3 气隙优化
• 3.2.4 输出信号分析
• 3.3 信号处理电路电气原理
• 3.4 信号处理方法的研究与软件系统开发
• 3.4.1 信号处理流程
• 3.4.2 差分方式选择
• 3.4.3 过采样技术
• 3.4.4 增量输出实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 校准检测系统研究开发及与实验
• 4.1 引言
• 4.2 校准系统总体构架
• 4.3 数据采集卡设计
• 4.4 数据处理软件研究
• 4.4.1 区间点判断算法
• 4.4.2 插值计算建立对应表算法
• 4.4.3 非整周数据修补算法
• 4.4.4 相交点修正算法
• 4.4.5 性能检测软件
• 4.5 校准实验和结果分析
• 4.6 检测实验和结果分析
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢