电机转矩位置噪声的检测方法.doc

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1、一、转子位置的测量方法1．光栅尺检测光栅尺主要是对转子的位移进行检测，其工作原理：常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带。

2、这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下性质：(1)当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。(2)若用W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为W=d／sin当角很小时，上式可近似写W=d／θ若取d=0.01mm,θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。这说明，无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。这种放大作用是光栅的一个重要特点。(3)由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫

3、尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。(4)莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。两光栅尺相对移动一个栅距d，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。根据上述莫尔条纹的特性，假如我们在莫尔条纹移动的方向上开4个观察窗口A，B，C，D，且使这4个窗口两两相距1／4莫尔条纹宽度，即W／4。由上述讨论可知，当两光栅尺相对移动时，莫尔条纹随之移动，从4个观察窗口A，B，C，D可以得到4个在相位上依次超前或滞后(取决

4、于两光栅尺相对移动的方向)1／4周期(即π／2)的近似于余弦函数的光强度变化过程。若采用光敏元件来检测，光敏元件把透过观察窗口的光强度变化转换成相应的电压信号，设为。根据这4个电压信号，可以检测出光栅尺的相对移动。2．旋转变压器旋转变压器属于电磁式的位置检测传感器，是一种控制用的微电机，在结构上与二相线绕式异步电动机相似，由定子和转子组成。定子绕组为变压器的原边，转子绕组为变压器的副边。励磁电压接到定子绕组上，转子绕组输出感应电压，输出电压随被测角位移的变化而变化。下图1为旋转变压器的工作原理图：图1旋转变压器工作原理图当励磁电压U1加在定子绕组上时，通

5、过电磁耦合，在转子中产生感应电压。转子的位置不同，产生的感应电压值也不同，如图所示。如果转子绕组与定子绕组互相垂直，即转子的偏转角为零时，则转子绕组感应电压为零；如果转子转到与定子绕组平行时，即偏转角=90°时，转子绕组中的感应电动势最大，其值为e=KU1=KUm如果转子自垂直位置偏转了一个角度时，转子绕组中产生的感应电动势为e=KU1=KUm，通常采用的是正弦余弦旋转变压器，其定子和转子绕组中各有两个互相垂直的绕组。转子绕组的感应电动势与转子的偏转角成正弦（或余弦）函数关系，只要检测出转子电动势的大小，即可测得转子转过的角度。3．绝对式光电编码器该方法

6、需要在同步电动机转子上同轴联结一个绝对式光电编码器，为提高检测的可靠性常采用格雷码式码盘。5位格雷码式码盘如图4所示，该码盘低4位输出频率依次降低1/2，第5位输出频率与第4位输出频率相同，但相位相差90°，实现相邻位置并行输出的5位二进制数只有其中一位发生变化。同步电动机转子旋转一周,码盘输出32个数,即将转子一周的空间角度32等分，每一等分用5位二进制数字编码，代表转子的空间位置。每一个二进制数所代表的空间电角度为360°×p/32(p为电机的极对数)。随着电动机的极对数增加，码盘的分辨率降低，即检测精度降低。为保证检测精度必须增加编码器的位数，常采

7、用多位(12位)格雷码绝对式光电编码器。其工作原理：由发光装置发射光线，光线照射到绝对式光电轴角编码器码盘(5位格雷码式码盘)上。如图2所示，一般使用二进制码盘或格雷码(Gray2code)盘，码盘上的码道按一定规律排列,对应每一分辨率区间有唯一的二进制数，因此在不同的位置，可输出不同的数字代码。从而根据数字代码确定转子位置。图2绝对式光电编码器编码盘4．增量式光电编码器采用增量式编码器测转子位置使用增量式编码器实现电机转子位置检测的方法如下：假定它在旋转过程中给定时间T(s)内给出脉冲数目为m，则电机转速n(r/min)可表示为n=60×m/T×N(1

8、)式中：N为光电编码盘每转输出的脉冲数。假定电机在静止时转子的初始位置角(电角度