在电动机控制系统中,一般需要位置传感器来提供转子位置以实现电动机的位置控制,位置传感器已成为电动机控制系统中重要的组成部件。常用的位置传感器包括电磁感应式旋转变压器、光电编码器和磁敏电阻式编码器。位置传感器的应用领域十分广阔,随着各领域对位置检测的要求不断提高,传统的位置传感器由于其自身的缺陷已经不能满足某些应用领域的特殊要求。例如,由于大功率电动机控制系统电磁兼容问题严重而无法使用光电编码器。在大功率或恶劣环境场合中通常使用体积偏大、精度偏低的传统电磁感应式旋转变压器。本文在对传统电磁感应式旋转变压器、光电编码器和磁敏电阻式编码器的原理进行对比分析的基础上,设计出一种新型位置传感器——集成霍尔磁编码器。为了使集成霍尔磁编码器能够达到商用水平,针对影响集成霍尔磁编码器精度、稳定性、一致性的几个关键问题,本文进行深入的理论分析与研究。在磁场计算和分析的基础上,本文提出磁场整定方法和电路补偿方法,然后设计出基于数字信号处理器(DSP)的集成霍尔磁编码器。该编码器与传统电磁感应式旋转变压器相比,精度提高,体积更小;其环境适应性优于光电编码器;幅值误差、相位误差很小,对安装偏差不敏感;一致性好,结构与制造工艺简单,可输出多种模式的位置信号,能够替代传统位置传感器。在集成霍尔磁编码器研究中,获得高质量的气隙磁场是其设计的难点和重要研究内容。本文首先介绍了两极气隙磁场的获取方法,并对磁钢充磁方法进行研究,给出了磁钢充磁后磁场的空间分布图。进一步提出多极气隙磁场的建立方法,并分析了磁钢形状以及材料对空间磁场分布产生的影响。通过磁场计算和分析归纳,得出气隙磁场的特性曲线,为气隙磁场优化提供对比依据。在集成霍尔磁编码器的实际生产过程中,由于充磁或机械加工原因,气隙磁场和霍尔元器件的位置都是非理想的,都会对最终角位置计算产生影响。本文对各种误差来源及其影响进行分析,包括信号幅度不平衡误差、信号正交性误差、直流分量误差、谐波误差以及磁场过强引起的误差,并根据公式推导得出各种条件下角位置计算误差数学表达式。针对误差产生原因,本文提出在磁钢外围放置同心环形铁心的方法进行磁场优化,并对此时磁场空间分布进行计算。对磁钢、铁心和霍尔器件非理想放置时磁场变化进行分析,分析结果表明,与无铁心磁场相比,该优化方法能够改善气隙磁场的质量,减小磁钢安装不同心、霍尔位置不对称等偏差的影响,间接减小了幅值误差和相位误差。磁场信息需要通过霍尔器件进行检测,霍尔器件将磁场信息转换为电信号,进一步通过模数转换器转换为数字量,将数字量送入微处理器进行轴角变换计算。轴角变换是指根据两路正交信号计算角位置的方法,本文分别提出基于反正切法和跟踪型RDC变换器法的数字轴角变换方法。同时对CORDIC算法进行适当的改进,使之适用于集成霍尔磁编码器的解码运算。本文对集成霍尔磁编码器的机械结构进行优化,设计出一种全新的双磁钢复合磁路结构,进一步实现体积小型化。在计算角位置信息后,需要将该信息进行输出,不同应用场合对于角位置信息传递方式有不同的要求。本文根据实际需要,实现了多种输出模式,包括:同步串口信号、PWM信号、增量A、B、Z信号和模拟信号形式。双磁钢复合磁路结构的集成霍尔磁编码器还能够输出无刷直流电机换相信号。针对每种输出模式,本文均进行了实验分析,得出了大量的实验数据和波形,并指出不同信号模式的集成霍尔磁编码器的特点和应用范围。最后将其应用于车载卫星天线跟踪伺服系统,实际应用表明,该集成霍尔磁编码器具有体积小,精度较高,可靠性高等优点,适用于不同条件下的电动机驱动控制系统。