中文摘要：

编码器是电机控制系统中一种常用的位置传感器。近年来，一些特殊运行场合除了对位置传感器的精度要求外，还对位置传感器提出了抗恶劣环境能力强、故障率低、使用寿命长、体积小、成本低等多重要求。在这种形势下，提出了一种新型高性能永磁式编码器。研究新型高性能永磁式编码器对于扩大电机控制系统的应用领域、降低电机控制系统的故障率、延长其使用寿命、降低成本具有重要意义。本项目深入研究新型永磁式编码器的运行机理，探求其磁场设计方法，给出永磁式编码器的最优结构参数；分析永磁式编码器的三维磁场分布规律，精确计算永磁式编码器的磁场参数；研究磁场信号的轴角变换方法；全面分析误差来源并从磁场优化与轴角变换两个方面提出误差补偿方法；设计出整机永磁式编码器并搭建试验平台，测试永磁式编码器的运行特性，为该编码器应用于风力发电、航空航天和舰船驱动控制，特别是运行环境恶劣的领域奠定理论和技术基础。

结论摘要：

本课题提出了利用永磁体和霍尔元件进行磁电信号转换，并通过轴角变换将相位正交的余弦信号转换为转速（位置）信号的设计新思想，设计新型永磁式编码器。通过磁场的建立和优化设计，开展了编码器内的电磁特性、机械结构的研究；通过磁钢外部加环形铁心的方法优化了磁场及编码器结构，达到了获取相位严格正交的余弦磁场信号的目的。利用XMC4500单片机对反映磁场信号的电信号进行轴角变换，采用CORDIC算法并进行改进，通过软硬件设计最终获得了反应旋转轴速度和位置信息的多种模式信号，为电动机控制中角度和速度信号的采集提供了多种选择方案。制造了永磁式编码器样机，并进行了振动试验测试，测试结果完全满足设计之初的抗振要求。搭建了永磁式编码器的硬件测试平台，对编码器的输出信号进行了测试；在此基础上，将该编码器应用于外转子无刷直流电动机控制系统，通过实验证明永磁式编码器满足控制要求。 本项目的支持下，培养了硕士研究生2人，现有1名博士、1名硕士从事该课题的研究。发表了EI收录直接相关学术论文2篇，已录用待发表论文2篇，获得国家实用新型专利4项，3项国家发明专利实审。