永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法研究

摘要

复杂机电系统智能化的本质与关键在于集成，而检测技术与被检测系统的集成，是复杂机电系统智能化发展的根本保证。永磁伺服电机作为复杂机电系统中的驱动元件之一，准确、可靠的位置信息对于实现伺服电机的闭环控制来说，是非常有必要的。然而，由于传统的位置检测方法过度依赖于机械等分刻线，始终无法与伺服电机本身集成为一体，影响了伺服电机的工作性能和应用前景，严重制约了复杂机电系统的智能化发展进程。　　本课题在国家自然科学基金的支持下，分析了当前永磁伺服电机位置检测方法的优缺点，同时对课题组前期已经研究过的基于寄生式时栅技术的电机位置检测方法进行分析，提出了利用时栅位移传感器技术结合TMR元件进行永磁交流伺服电机转子位置检测的新方法，可实现在不破坏电机原有结构的前提下将传感功能嵌入电机内部进行位置检测。本课题的主要研究内容与创新之处有如下几个方面：　　（1）分析了时栅位移传感器测量原理与TMR磁传感器工作原理，基于时空坐标转化理论，提出了利用隧穿磁电阻(TMR)芯片测量转子旋转磁场的一种永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法。　　（2）根据检测原理，进行永磁伺服电机嵌入式位置检测系统的设计，并对电机驱动系统、激励信号产生模块、TMR感应模块等各部分进行详细设计与研究。　　（3）根据永磁伺服电机嵌入式位置检测原理，对永磁伺服电机进行了磁场仿真与分析，确定了TMR嵌入电机内部的具体位置参数及永磁伺服电机嵌入式位置检测的机械结构。设计了实验方案，搭建了实验平台，对在仿真中确定的电机端盖结构、空间气隙、空间正交位置等参数进行实验验证，验证结构设计的合理性，并进一步验证原理的可行性。　　（4）对永磁伺服电机嵌入式位置检测的静态性能进行测试，并对实验中所存在的误差进行分析，为进一步提高测量精度做准备。　　综上所述，永磁伺服电机嵌入式位置检测主要从理论推导、系统设计、仿真分析与实验研究等几方面展开，层层递进，逐步将理论研究转化为实验研究。经过实验验证，该方法能够在不破坏电机原有结构的前提下，实现永磁伺服电机转动位置的嵌入式检测，实现了检测技术与被测系统的集成。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源及主要研究内容

2 永磁伺服电机嵌入式位置检测原理研究

2.1 时栅位移传感器工作原理

2.2 TMR磁传感器工作原理

2.3 永磁伺服电机嵌入式位置检测原理

2.4 本章小结

3 永磁伺服电机嵌入式位置检测的系统设计

3.1 系统总体方案设计

3.2 电机驱动系统设计

3.3 激励信号产生模块设计

3.4 TMR感应模块设计

3.5 预处理电路设计

3.6 时栅信号处理系统

3.7 本章小结

4 永磁伺服电机嵌入式位置检测的仿真与实验研究

4.1 永磁伺服电机嵌入式位置检测的仿真分析

4.2 永磁伺服电机嵌入式位置检测的结构设计

4.3 永磁伺服电机嵌入式位置检测的实验研究

4.4 本章小结

5 永磁伺服电机嵌入式位置检测的性能测试与误差分析

5.1 静态性能测试

5.2 误差分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果