基本信息

西安工程大学·机电工程学院，研究方向：永磁同步直线电机控制

发表于IEEE Access杂志，影响因子：3.367

论文内容简介

绕线分段永磁直线同步电机对上一次断电时的绝对位置采集有限制，传统的绝对位置采集系统依赖于复杂的电池和校准系统。因此，本文研究了一种基于游标原理并具有错误抑制和解码技术的真绝对磁编码器。首先，对带噪声的磁编码器的输出信号进行递归最小二乘法(RLS)自适应椭圆参数校正算法，对源输出信号进行预测和重构。此外，通过速度权重因子和遗忘因子对 RLS 进行优化，以减少计算压力和迭代过程。第二，研究了一种改进的双二阶广义积分器(DSOGI)译码技术，通过提取分离不平衡信号中的对称正序分量，利用锁相环技术进行跟踪计算，得到准确的速度和角度。自适应椭圆参数拟合算法有效降低了DSOGI的超调和稳态误差问题，为磁编码器未来的应用提供了实践和理论基础。这种轨迹排列不仅避免了累积误差对编码器精度的影响，而且解决了高分辨率和小体积的矛盾，综合实验结果也验证了相对于专用解码芯片IC-Haus的优势。

研究背景

直线电机目前在交通运输和工业领域(如机械加工和执行器)得到越来越广泛的应用。采用一个物料搬运和加工应用的示例，其中几辆车辆(工件搬运车)在同一轨道上高度独立地行驶，四个加工工位(P1-P4)沿轨道分布，车辆(V1-V4)移到加工工位之外。

为了使车辆在运动中具有高度的独立性，直线电机的定子(主)被划分为许多段，其中对分段电机和被动车辆进行高精度定位是必要的。这种应用的标准解决方案是基于高分辨率光学编码器或分辨率相对较低的电容传感器。对于被动车辆，必须将被动秤固定在车辆上，并沿轨道固定和安装主动读取头。每个读头都有一个唯一的绝对长度码和一个增量的条形网格结构。该方法能够同时测量几辆车的绝对位置，包括沿着弯曲轨道的测量。然而，在停电情况下实现绝对位置传感系统并不容易。因此，本文研究了基于霍尔效应的绝对磁编码器的原型，磁网采用了独特的基于游标译码的双轨设计。

目前市场上唯一用于游标磁位置传感器的微电路是一种单片机解决方案，即IC-Haus微电路系列，集成霍尔元件、转换器、拼接电路等元件，可用于不同尺寸的磁系统。由于其热稳定性低，易受外部磁场干扰，磁编码器的输出会产生IC-Haus专用解码器芯片无法抑制的误差。为此，提出了一种软件译码技术来提高编码器的译码精度目前最常用的软件解码方法是II型跟踪锁相环(PLL)技术。它广泛应用于旋转变压器的角度测量系统中。另一种常用的解码方法是IC-Haus系统中使用的坐标旋转数字计算机（CORDIC），这是一种开环算法。然而。该算法容易受到电磁噪声等误差的影响，抗干扰性能较差。针对如何提高译码算法的计算精度和误差抑制能力，提出了一种基于参考帧的双同步锁相环(DSRF-PLL)方法。该方法精度高，能有效抑制误差信号。但缺点是分解到双旋转坐标系时，会增加响应时间。此外。复杂的正向和反向解耦网络和低通滤波器会增加锁相环的处理延迟。从而影响闭环系统的暂态响应和稳定性。

论文创新点

对于工业生产线的物料联合加工和运输，首选绕组分段式永磁直线同步电机，绝对位置获取是实现的关键技术之一。

本文主要研究磁电阻绝对位置检测方法和误差抑制策略。首先，根据游标译码理论，给出了磁栅的排列形式和磁敏元件的信号采集方法。其次，深入研究了磁栅解码系统中的误差抑制问题。基于提高译码精度的差错抑制策略，给出了RLS-DSOGI译码技术。与传统的解码技术相比，该解码技术能够有效地抑制磁编码器输出信号中存在的幅度、相位和偏置误差。针对电机转速变化引起数据点分布不均匀的问题，引入速度权重因子，使数据点统一参与拟合计算，避免了过拟合和欠拟合问题，提高了参数辨识的精度。针对电机停机过程中密集重叠的无效数据点占用大量计算资源的问题，采用角度函数优化遗忘因子，从而减少计算量，优化迭代过程。

此外，自适应拟合方法有效地减少了DSOGI的超调和稳态误差问题。该方案易于实现，具有良好的稳态、动态和抗干扰性能。它不仅适用于绕组分段式永磁直线同步电机，而且可以推广到其他应用领域。

灵思创奇设备价值

RLS-DSOGI和其他解码算法在由LinksRT（中国北京LINKS科技有限公司）提供的半物理实时系统构建的RT-MA TLAB环境中完成，包括用于模拟输入的A/D板（Ni6259）和用于编码器信号数字输出的D/A板（Ni6216）模拟核心部件为Xilinx ZYNQ 7000系列。Zynq-7000 SoC系列集成了ARM处理器的软件可编程性和FPGA的硬件可编程性，用于关键分析和硬件加速，同时在单个设备上高度集成了CPU、DSP、ASSP和混合信号功能。