伺服电机编码器的调整方法.docx
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伺服电机编码器的调整方法.docx
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伺服电机编码器的调整方法
伺服电机编码器的调整方法
增量式编码器的相位对齐方式
在此谈论中,增量式编码器的输出信号为方波信号,又可以分为带换相信号的增量式编码器和一般的增量式编码器,一般的增量式编码用具备两相正交
方波脉冲输出信号A和B,以及零位信号Z;带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外,还具备互差120度的电子换相信号UVW,UVW各自的每转周
期数与电机转子的磁极对数一致。
带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位,或曰电角度相位之间的对齐方法以下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对地点;
4.一边调整,一边观察编码器U相信号跳变沿,和Z信号,直到Z信号稳固在高电平上(在此默认Z信号的常态为低电平),锁定编码器与电机的相对地点关系;
5.往返扭转电机轴,松手后,若电机轴每次自由回复到均衡地点时,Z信号
都能稳固在高电平上,则对齐有效。
撤掉直流电源后,考据以下:
1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,编码器的U相信号上涨沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合,编码器的Z信号也出此刻这个过零点上。
上述考据方法,也可以用作对齐方法。
需要注意的是,此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐,因为电机的U相反电势,与UV线反电势之间相差30度,因此这样对齐后,增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势
的-30度相位点对齐,而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致,所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
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有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐,为达到此目的,可以:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,而后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似获取电机的U相反电势波形;
3.依照操作的方便程度,调整编码器转轴与电机轴的相对地点,或许编码器外壳与电机外壳的相对地点;
4.一边调整,一边观察编码器的U相信号上涨沿和电机U相反电势波形由
低到高的过零点,最后使上涨沿和过零点重合,锁定编码器与电机的相对地点关系,完成对齐。
因为一般增量式编码器不具备UVW相位信息,而Z信号也只好反响一圈内的一个点位,不具备直接的相位对齐潜力,因此不作为本谈论的话题。
绝对式编码器的相位对齐方式
绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言,差异不大,其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。
初期的绝对式编码器会以单
独的引脚给出单圈相位的最高位的电平,利用此电平的0和1的翻转,也可以实现编码器和电机的相位对齐,方法以下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对地点;
4.一边调整,一边观察最高计数位信号的跳变沿,直到跳变沿正确出此刻电机轴的定向均衡地点处,锁定编码器与电机的相对地点关系;
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5.往返扭转电机轴,松手后,若电机轴每次自由回复到均衡地点时,跳变沿都能正确复现,则对齐有效。
这种绝对式编码器当前已经被采纳EnDAT,BiSS,Hyperface等串行协议,以及日系专用串行协议的新式绝对式编码器宽泛代替,因此最高位信号就不符
存在了,此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化,此中一种特别适用的
方法是利用编码器内部的EEPROM,储存编码器随机安装在电机轴上后实测的相位,详尽方法以下:
1.将编码器随机安装在电机上,即固结编码器转轴与电机轴,以及编码器外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈地点值,并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中;
4.对齐过程结束。
因为此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,所以存入的编码器内部
EEPROM中的地点检测值就对应电机电角度的-30度相位。
此后,驱动器将任意
时辰的单圈地点检测数据与这个储存值做差,并依据电机极对数进行必需的换算,再加上-30度,就可以获取该时辰的电机电角度相位。
这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现,日系伺服的编码器相位之所以不便于最后用户直接调整的根根源因就在于不肯向用户供应这种对齐方式的功能界面和操作方法。
这种对齐方法的一大利处是,只要向电机绕组供应确立相序和方向的转子定向电流,无需调整编码器和电机轴之间的角度关系,因此编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上,且无需精巧,甚至简单的调整过程,操作简单,工艺性好。
假如绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM,又没有可供检测的最高计数位引脚,则对齐方法会相对复杂。
假如驱动器支持单圈绝对地点信息的读出和显示,则可以考虑:
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1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈地点值;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对地点;
4.经过上述调整,使显示的单圈绝对地点值充分凑近依据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所对付应的单圈绝对地点点,锁定编码器与电机的相对地点关系;
5.往返扭转电机轴,松手后,若电机轴每次自由回复到均衡地点时,上述折算地点点都能正确复现,则对齐有效。
假如用户连绝对值信息都没法获取,那么就只好借助原厂的专用工装,一边检测绝对地点检测值,一边检测电机电角度相位,利用工装,调整编码器和电机的相对角地点关系,将编码器相位与电机电角度相位互相对齐,而后再锁定。
这样一来,用户就更为无从自行解决编码器的相位对齐问题了。
个人介绍采纳在EEPROM中储存初始安装地点的方法,简单,适用,适应性好,便于向用户开放,以便用户自行安装编码器,并完成电机电角度的相位整定。
正xx编码器的相位对齐方式
一般的正余弦编码用具备一对正交的sin,cos1Vp-p信号,相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号,每圈会重复许很多多个信号周期,比方2048等;以及一个窄幅的对称三角波Index信号,相当于增量式编码器的Z信号,一圈一般出现一个;这种正余弦编码器本质上也是一种增量式编码器。
另一种正
余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外,还具备一对一圈只出现一个信号周期的互相正交的1Vp-p的正弦型
C、D信号,假如以C信号为sin,则D信号为cos,经过sin、cos信号的高
倍率细分技术,不单可以使正余弦编码器获取比原始信号周期更为精密的名义检测分辨率,比方2048线的正余弦编码器经2048细分后,就可以达到每转
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400多万线的名义检测分辨率,当前好多欧美伺服厂家都供应这种高分辨率的伺服系统,而国内厂家尚不常见;其他带
C、D信号的正xx编码器的
C、D信号经过细分后,还可以供应较高的每转绝对地点信息,比方每转2048个绝对地点,所以带
C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。
采纳这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式以下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对地点;
4.一边调整,一边观察C信号波形,直到由低到高的过零点正确出此刻电机轴的定向均衡地点处,锁定编码器与电机的相对地点关系;
5.往返扭转电机轴,松手后,若电机轴每次自由回复到均衡地点时,过零点都能正确复现,则对齐有效。
撤掉直流电源后,考据以下:
1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
这种考据方法,也可以用作对齐方法。
此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
假如想直接和电机电角度的0度点对齐,可以考虑:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,而后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
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2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似获取电机的U相反电势波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对地点;
4.一边调整,一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最后使2个过零点重合,锁定编码器与电机的相对地点关系,完成对齐。
因为一般正余弦编码器不具备一圈以内的相位信息,而Index信号也只好反响一圈内的一个点位,不具备直接的相位对齐潜力,因此在此也不作为谈论的话题。
假如可接入正余弦编码器的伺服驱动器可以为用户供应从
C、D中获取的单圈绝对地点信息,则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
2.利用伺服驱动器读取并显示从
C、D信号中获取的单圈绝对地点信息;
3.调整旋变轴与电机轴的相对地点;
4.经过上述调整,使显示的绝对地点值充分凑近依据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所对付应的绝对地点点,锁定编码器与电机的相对地点关系;
5.往返扭转电机轴,松手后,若电机轴每次自由回复到均衡地点时,上述折
算绝对地点点都能正确复现,则对齐有效。
此后可以在撤掉直流电源后,获取与前方基真同样的对齐考据成效:
1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,考据编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
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假如利用驱动器内部的EEPROM等非易失性储存器,也可以储存正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位,详尽方法以下:
1.将正余弦随机安装在电机上,即固结编码器转轴与电机轴,以及编码器外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
3.用伺服驱动器读取由
C、D信号分析出来的单圈绝对地点值,并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性储存器中;
4.对齐过程结束。
因为此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,所以存入的驱动器内部
EEPROM等非易失性储存器中的地点检测值就对应电机电角度的-30度相位。
此
后,驱动器将任意时辰由编码器分析出来的与电角度相关的单圈绝对地点值与
这个储存值做差,并依据电机极对数进行必需的换算,再加上-30度,就可以获取该时辰的电机电角度相位。
这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实
现,并且因为记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性储存器位于伺服驱动器中,所以一旦对齐后,电机就和驱动器事实上绑定了,假如需要更换电机、正余弦编码器、或许驱动器,都需要重新进行初始安装相位的对齐操作,并重新绑定电机和驱动器的配套关系。
旋转变压器的相位对齐方式
旋转变压器简称旋变,是由经过特别电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的,对比于采纳光电技术的编码器而言,拥有耐热,耐振。
耐冲击,耐油污,甚至耐腐化等恶劣工作环境的适应能力,因此为武器系统等工况恶劣的应用宽泛采纳,一对极(单速)的旋变可以视作一种单圈绝对式反响系统,应用也最为宽泛,因此在此仅以单速旋变成谈论对象,多速旋变与伺服电机配套,
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个人以为其极对数最好采纳电机极对数的约数,一便于电机度的对应和极对数分解。
旋变的信号引线一般为6根,分为3组,分别对应一个激励线圈,和2个
正交的感觉线圈,激励线圈接受输入的正弦型激励信号,感觉线圈依照旋变转
定子的互相角地点关系,感觉出来拥有SIN和COS包络的检测信号。
旋变SIN
和COS输出信号是依据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果,假如激
励信号是sinωt,转定子之间的角度为θ,则SIN信号为sinωt×sinθ,则COS信号为sinωt×cosθ,依据SIN,COS信号和原始的激励信号,经过必需的检测电
路,就可以获取较高分辨率的地点检测结果,当前商用旋变系统的检测分辨率
可以达到每圈2的12次方,即4096,而科学研究和航空航天系统甚至可以达到
2的20次方以上,但是体积和成本也都特别可观。
商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法以下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V
出;
2.而后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出;
3.依照操作的方便程度,调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对地点,或许旋变定子与电机外壳的相对地点;
4.一边调整,一边观察旋变SIN信号的包络,向来调整到信号包络的幅值完整归零,锁定旋变;
5.往返扭转电机轴,松手后,若电机轴每次自由回复到均衡地点时,信号包络的幅值过零点都能正确复现,则对齐有效。
撤掉直流电源,进行对齐考据:
1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,考据旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
这个考据方法,也可以用作对齐方法。
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此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
假如想直接和电机电角度的0度点对齐,可以考虑:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,而后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似获取电机的U相反电势波形;
3.依照操作的方便程度,调整编码器转轴与电机轴的相对地点,或许编码器外壳与电机外壳的相对地点;
4.一边调整,一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最后使这2个过零点重合,锁定编码器与电机的相对地点
关系,完成对齐。
需要指出的是,在上述操作中需有效划分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。
因为SIN信号是以转定子之间的角度为θ的sinθ值对激励信号的调制结
果,因此与sinθ的正半周对应的SIN信号包络中,被调制的激励信号与原始激励信号同相,而与sinθ的负半周对应的SIN信号包络中,被调制的激励信号与原始激励信号反相,据此可以差异判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周,对齐时,需要取sinθ由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点,假如取反了,或许未加正确判断的话,对齐后的电角度有可能错
位180度,从而有可能造成速度外环进入正反响。
假如可接入旋变的伺服驱动器可以为用户供应从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对地点信息,则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
2.利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对地点信息;
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3.依照操作的方便程度,调整旋变轴与电机轴的相对地点,或许旋变外壳与电机外壳的相对地点;
4.经过上述调整,使显示的绝对地点值充分凑近依据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所对付应的绝对地点点,锁定编码器与电机的相对地点关系;
5.往返扭转电机轴,松手后,若电机轴每次自由回复到均衡地点时,上述折算绝对地点点都能正确复现,则对齐有效。
此后可以在撤掉直流电源后,获取与前方基真同样的对齐考据成效:
1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,考据旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
假如利用驱动器内部的EEPROM等非易失性储存器,也可以储存旋变随机安装在电机轴上后实测的相位,详尽方法以下:
1.将旋变随机安装在电机上,即固结旋变转轴与电机轴,以及旋变外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个均衡地点;
3.用伺服驱动器读取由旋变分析出来的与电角度相关的绝对地点值,并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性储存器中;
4.对齐过程结束。
因为此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,所以存入的驱动器内部EEPROM等非易失性储存器中的地点检测值就对应电机电角度的-30度相位。
此后,驱动器将任意时辰由旋变分析出来的与电角度相关的绝
对地点值与这个储存值做差,并依据电机极对数进行必需的换算,再加上-30度,就可以获取该时辰的电机电角度相位。
这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实
现,并且因为记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性储存器位于伺服
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驱动器中,所以一旦对齐后,电机就和驱动器事实上绑定了,假如需要更换电机、旋变、或许驱动器,都需要重新进行初始安装相位的对齐操作,并重新绑定电机和驱动器的配套关系。
注意
1.以上谈论中,所谓对齐到电机电角度的-30度相位的提法,是以UV反电势波形滞后于U相30度的前提为条件。
2.以上谈论中,都以UV相通电,并参照UV线反电势波形为例,有些伺服系统的对齐方式可能会采纳UW相通电并参照UW线反电势波形。
3.假如想直接对齐到电机电角度0度相位点,也可以将U相接入低压直流源的正极,将V相和W相并联后接入直流源的负端,此时电机轴的定向角相对
于UV相串连通电的方式会偏移30度,以文中给出的相对付齐方法对齐后,原则大将对齐于电机电角度的0度相位,而不再有-30度的偏移量。
这样做看似有利处,但是考虑电机绕组的参数不一致性,V相和W相并联后,分别流经V相
和W相绕组的电流很可能其实不一致,从而会影响电机轴定向角度的正确性。
而
在UV相通电时,U相和V相绕组为单纯的串连关系,所以流经U相和V相绕组的电流必定是一致的,电机轴定向角度的正确性不会遇到绕组定向电流的影响。
4.不消除伺服厂商有意将初始相位错位对齐的可能性,特别是在可以供应绝
对地点数据的反响系统中,初始相位的错位对齐将很简单被数据的偏置量赔偿回来,以此种方式也许可以起到某种保护自己产品线的作用。
不过这样一来,用户就更为无从知道伺服电机反响元件的初始相位究竟该对齐到哪儿了。
用户自然也不肯意遇到这样的供应商。
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