转子位置传感器在电机控制中有十分重要的作用,尤其是高分辨率的转子位置传感器在永磁无刷交流电机(BLAC)等电机控制系统中是提供转子位置反馈信号的关键部件。虽然,也发展了无位置传感技术,不过在如启动、低速及高速等工况下存在很多问题。传统的高分辨率转子位置传感器如光电编码器、旋转编码器等,虽然精度较高,但也存在价格昂贵、机械可靠性差等缺点。本文研究的以低成本的线性霍尔元件、永磁磁环等来检测转子位置的方案,有较高的实用价值。 本文采用了以2极平行充磁磁环为励磁机构,以两个安装在定子上并相隔90°机械角度的线性霍尔元件为磁传感器件,产生两路以转子角度变化为正、余弦的模拟信号。再对两路霍尔输出的模拟信号进行一定的模拟、数字处理而获得转子位置信号。 首先,用有限元方法验证了文献中提出的2极平行充磁磁环的磁场计算解析公式,并推导及用有限元方法验证了不同机构的2极平行充磁磁环励磁系统的磁场解析公式。在此基础上设计制作了传感器样机。 针对两路霍尔输出模拟信号的特点,本文将数字信号滤波方法——扩展卡尔曼滤波(EKF)算法引入本传感器系统。 在数字信号处理之前,对两路信号进行了模拟滤波,调整信号的交流分量幅度及直流偏置,使波形初步接近理想的正、余弦波形。 在EKF设计过程中,利用Matlab软件对EKF进行了仿真。首先,建立了本传感器信号系统的EKF模型,并对EKF算法进行了一系列不同工况下的稳态与动态的仿真,得出了一些参数选取的原则与方法,并讨论了两路信号存在相位误差时的解决方案。最后,仿真了波形检测与调整程序。 本文采用Cypress MicroSystems的片上系统芯片(Psoc)作为数字处理芯片。Psoc芯片内置丰富,所以整个系统非常简单,但是速度较慢。基于快速性的考虑,对EKF算法进行了简化。并且,实验验证了EKF滤波的一些特点。 EKF算法虽然在稳态特性及对信号参数变化的敏感性方面具有一定的优势,但在动态(电机速度变化较剧烈)时,跟踪特性较差。因此本文提出以EKF的