磁編碼器在無(wú)刷電機(jī)位置檢測(cè)的應(yīng)用

沙凱旋 唐博恒

摘 要：本文采用了磁編碼器作為無(wú)刷直流電機(jī)位置傳感器，介紹了其工作原理和輸出模式，以及相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置測(cè)量的幾種方法。最后給出了基與AVR的無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置單元的實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)表明，該方案具有良好的精確度及可靠性。

關(guān)鍵詞：磁編碼器；無(wú)刷直流電機(jī)；位置檢測(cè)；

1 引言

由于無(wú)刷電機(jī)既具備交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、運(yùn)行效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用日益普及。無(wú)刷直流電機(jī)需要精確的轉(zhuǎn)子磁極位置和準(zhǔn)確的速度反饋進(jìn)行控制，本文應(yīng)用一種新型磁編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，介紹了相應(yīng)的檢測(cè)方法。

2磁編碼器

AS5048是一款易于使用、具有14位高分辨率輸出的360°位置傳感器。假設(shè)通過(guò)外部微控制器進(jìn)行線性化和平均化處理，系統(tǒng)最大精度可達(dá)0.05°。該 IC 包含霍爾傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理功能，可測(cè)量磁鐵旋轉(zhuǎn)角度的絕對(duì)位置。AS5048為微控制器提供絕對(duì)角度測(cè)量。信號(hào)輸出主要有PWM模式以及SPI通訊。

該編碼器工作原理：在 AS5048A芯片中心上方安裝一雙極磁鐵，只要磁鐵旋轉(zhuǎn)，AS5048A 相應(yīng)的輸出口會(huì)有信號(hào)輸出。

3基于磁編碼器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)

3.1同步串行接口（SPI）絕對(duì)位置輸出

SPI接口能夠讀/寫訪問(wèn)寄存器塊，并可兼容于標(biāo)準(zhǔn)的微控制器接口。該AS5048A然后讀取的數(shù)字值MOSI（主從機(jī)輸入）與輸入的每一個(gè)下降沿CLK并寫上其MISO（主從機(jī)輸出）的上升沿輸出。16個(gè)時(shí)鐘周期后CSN已被設(shè)置回高電平，以重置接口內(nèi)核的某些部分.

3.2 PWM絕對(duì)位置輸出

AS5048提供一個(gè)脈沖寬度調(diào)制輸出（PWM），其占空比正比于所測(cè)量的角度。該P(yáng)WM頻率被內(nèi)部修剪成的精度在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的10%。這種寬容可以取消通過(guò)測(cè)量整個(gè)占空比。

4基于AVR轉(zhuǎn)子位置的實(shí)現(xiàn)

測(cè)試磁編碼器功能時(shí)，通過(guò)AVR采集編碼器的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，通過(guò)二階濾波電路可得到PWM信號(hào)表示不同電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，角度與輸出電壓具有良好的線性度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王爽，李鐵才，王治國(guó).基于 CORDIC 算法的高分辨率磁編碼器設(shè)計(jì)[J].微電機(jī)，2009，42（8）： 1-5.

[2]郝雙暉，劉勇，劉杰，等.基于查表原理的單對(duì)磁極編碼器研制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（19）：165-168.

[3]葉平，孫漢旭，賈慶軒，等.磁編碼器在直流無(wú)刷電機(jī)換相與控制中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007（1）：37-41.

[4]田躍，和文國(guó)，李彥林.零脈沖高分辨率磁編碼器的研制[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（3）：256-258.