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高速電機(jī)通常是指轉(zhuǎn)速超過10000r/min的電機(jī)。它們具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是由于轉(zhuǎn)速高，所以電機(jī)功率密度高，而體積遠(yuǎn)小于功率普通的電機(jī)，可以有效的節(jié)約材料。二是可與原動機(jī)相連，取消了傳統(tǒng)的減速機(jī)構(gòu)，傳動效率高，噪音小。三是由于高速電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小小，所以動態(tài)響應(yīng)快。

普通位置傳感器在高轉(zhuǎn)速下無法實(shí)現(xiàn)高精度的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置反饋，嚴(yán)重制約高速電機(jī)伺服控制發(fā)展．針對此問題，提出了一種可以在高轉(zhuǎn)速下反饋轉(zhuǎn)子位置的單對極磁電編碼器，并針對其反饋滯后的特性提出了可保證控制精度的補(bǔ)償方法．結(jié)果表明，此方法有效地利用位置傳感器實(shí)現(xiàn)了高速電機(jī)的伺服控制.

高速下的轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)是伺服系統(tǒng)向高速高精度方向發(fā)展的一個(gè)必要條件．電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的
檢測通常有 2 種方式：一種是無傳感器方式（如基于狀態(tài)觀測的逼近算法）；另一種是利用位置傳感器（如光電編碼器、磁電編碼器、同步感應(yīng)器等）．無位置傳感的控制方式是目前伺服電機(jī)控制研究的熱點(diǎn)，它在提高系統(tǒng)可靠性、提高高速階段控制性能等方面有一定的優(yōu)勢，但目前單一的無傳感器矢量控制方法還不能夠?qū)崿F(xiàn)從零速啟動等其他基本動作的控制，因此無法在整個(gè)速度范圍內(nèi)準(zhǔn)確地控制電機(jī)運(yùn)行[5-7]，不能用于的位置控制．對于后者，傳感器結(jié)構(gòu)、敏感元件響應(yīng)時(shí)間等方面的局限使其在高速場合的應(yīng)用受到制約．以光電編碼器為例，高精度伺服控制通常要求編碼器分辨率為 14~16 位，則在如此高精度的伺服控制中，要使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到 10,000,r/min 以上，則要求光敏元件帶寬達(dá)到 2,MHz 以上[8-10]．高響應(yīng)頻率的光敏元件價(jià)格極其昂貴，而如此高的響應(yīng)頻率甚至超出了當(dāng)前傳感器行業(yè)的技術(shù)能力．此外光電編碼器均采用實(shí)時(shí)的位置反饋方式，在高轉(zhuǎn)速時(shí)反饋信號頻率過高，通信可靠性很難保證[11]．多極磁電編碼器也存在同樣的問題．

綜上可見，在目前位置檢測方法下，高伺服精度和高轉(zhuǎn)速不可兼得．針對此問題，筆者提出一種單極式磁電編碼器的設(shè)計(jì)，此編碼器可在較高轉(zhuǎn)速下反饋16 位分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，采用定時(shí)滯后的位置反饋方式，用同步串口以一定的時(shí)間間隔和固定通信頻率上報(bào)角度，通信可靠性高．在此基礎(chǔ)上，筆者提出了基于此編碼器的位置反饋滯后補(bǔ)償方法和高速永磁同步電機(jī)的矢量控制方法．仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此方法成功實(shí)現(xiàn)了對高速電機(jī)的伺服控制．

編碼器由信號發(fā)生部分和信號處理部分組成，信號發(fā)生部分是通過磁電效應(yīng)原理產(chǎn)生能夠反映跟軸一起轉(zhuǎn)動的磁場方向的多相電壓信號；信號處理部分 一周期內(nèi)三相磁敏元件輸出信號對電壓信號進(jìn)行分析，根據(jù)多相電壓信號與磁場位置的對應(yīng)關(guān)系，得到軸（磁場）在一周內(nèi)的位置，在伺服控制系統(tǒng)觸發(fā)通信時(shí)，上報(bào)電機(jī)軸位置信息．其中通信部分采用同步串行通信．


為獲得更快的處理速度和精度，本文編碼器采用基于查表方式的信號處理算法．首先通過編碼器校
準(zhǔn)系統(tǒng)，將編碼器轉(zhuǎn)子（磁場）機(jī)械角度（0°~360°），與定子（磁敏元件輸出的）三相電壓信號之間的對應(yīng)的關(guān)系制成數(shù)據(jù)表并存儲起來．編碼器工作時(shí)，只需要接收三相電壓信號，就能在數(shù)據(jù)表中找到其對應(yīng)的角度．


設(shè)計(jì)的單極式磁電編碼器所用霍爾傳感器帶寬為 200，kHz，考慮到響應(yīng)相位滯后的影響，對頻率10，kHz 以內(nèi)的模擬信號響應(yīng)可視為不失真，即正常

工作轉(zhuǎn)速可達(dá)到 600，000，r/min．

 

實(shí)驗(yàn)在轉(zhuǎn)速為 20,000,r/min的條件下驗(yàn)證了該編碼器和控制方法的有效性．結(jié)
果表明，這種方法有效地利用位置傳感器實(shí)現(xiàn)了高速電機(jī)矢量控制．