基于tmr传感器的伺服电机磁编码器研究

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1、硕±学位论文题目：基于ＴＭＲ传感器的伺服电机礙编码器研究研巧生孙世荣专业测试计量技术及仪器指导教师薛凌云教授完成日期２０１６年３月＞杭州电子科技大学硕士学位论文基于TMR传感器的伺服电机磁编码器研究研究生：孙世荣指导教师：薛凌云教授2016年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchesontheTechnologyofServomotormagneticencoderbasedonTMRSensorCandidate:S

2、unShirongSupervisor:Prof.XueLingyunMarch，2016杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明？，本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论义不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，巧己在文中臥明硝方式标明。资料若有不实之处？申请学位论义与，本人承扭切相关责任。＾。论文作者签名：刻、也泉日期年＾月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位

3、论文的规定，目Ｐ：研巧生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借尉论文，可Ｗ允许采用影印、缩印或其；学校可公布论文的全部或部分内容它复制手段保存论文）。（保密论文在解密后遵守此规定心？＜＞／万＊论义作者签名；也日期；年Ｊ月日：日期扛年指导教师签名：２八，＾月之暫曰杭州电子科技大学硕士学位论文摘要编码器是伺服电机的重要组成部分，对现代伺服系统中电机的定位及控制性能有着重要的影响。磁编码器是随着光编码器发展起来的一种

4、新型编码器，与光编码器相比，磁编码器有着抗震动能力强、可靠性高、抗干扰能力强、结构简单、体积小等优点，在很多应用领域具有代替光编码器的趋势，近年来一直是国内外研究的热点。目前磁编码器中常用来检测磁场信号的是基于HALL（霍尔）效应、AMR（各向异性）效应、GMR（巨磁电阻）效应的磁敏传感器，而这几种磁敏传感器存在着灵敏度低、功耗较高等缺点。作为新一代磁敏传感器，TMR（隧道磁阻）磁传感器具有输出信号强、功耗低、温度特性好、灵敏度高等优点，在一定程度上弥补了以上几种磁敏传感器的不足，因此论文基于TMR传感器对伺服电机编码器进行研究。CORDIC（坐标旋转数字计算机）算法在磁编码器

5、中被广泛使用，但受磁编码器制造与安装工艺所带来的噪声和信号非正交性的影响，经典CORDIC算法存在较大输出角度误差。鉴于此，论文设计了一种新型磁编码器结构用来减少编码器安装结构产生的角度误差，并针对信号非正交性产生的角度误差特点，对经典CORDIC算法进行了改进并验证。主要工作内容包括：（1）根据TMR传感器的检测特点，设计了一种体积小、结构简单、集成度高的磁编码器结构；选择单对磁极提供磁场，采用Maxwell软件对单对磁极周围的磁场分布进行了分析，以此确定单对磁极和TMR传感器的最佳安装间隙。（2）磁场信号采集方面，对磁编码器信号的发生与检测进行研究，重点设计了信号检测与信号

6、预处理电路，根据系统消耗的硬件资源选择了合适的FPGA器件，并在此基础上搭建了磁场信号采集平台。（3）在算法设计方面，针对A/D转换后的电压信号中存在的噪声，综合分析了中值滤波、小波变换以及均值滤波等三种降噪技术及其性能；采用16级流水线结构实现了CORDIC算法，并分析研究了角度解算中存在的误差，根据角度误差曲线近似于正余弦函数的特点，对滤波后的信号值运用CORDIC算法处理，然后对信号值移相后再运用CORDIC算法处理，并对两次CORDIC算法结果进行差值处理，最终解算出伺服电机的角度值。（4）根据信号采集平台获取到的电压信号对改进后的CORDIC算进行验证，结果表明：改进

7、后的CORDIC算法输出角度误差在-0.25°～0.25°之间，有效减少了角度检测误差，达到了磁编码器的设计指标。关键词：TMR，磁编码器，单对磁极，CORDIC算法，FPGAI杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTTheencoderisanimportantpartoftheservomotor,whichhasanimportantinfluenceonthepositioningandcontrolperformanceofmotorinmodernservosystem.Ma