伺服电机转子与编码器位置对准校正.docx

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1、论坛中总是有人问及伺服电U1.编码器相位与转f磁极相位零点如何对齐的问遨.这样的问即论坛中多有I可答.本人也瞥在多个帖子有所I可复，鉴于本人的叵）复较为零散口就想联理集中一下，只是始终未能如配，今借十一长假之际，将自己对这一问题的问历和体会整理汇总一下,以供大家参考或者有个全面的了解.永磁沟通伺服电机的码Ie相位为何*与转子横相位对齐其唯一目的就是要达成矢册限制的目标.使d轴助磁重证和q轴出力重址艇耦,令永整沟通伺眼电机定子烧组产生的电思场始终正交于转子永磁场，从而荻得岐佳的f1.1.力效果，WJ“类口流特性,这种限制方法也被称为愚场定向限制（FOC），达成FoC限制目标的外在表现就走永陵沟通

2、伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势波形保持一样，如卜图所示:相反电势和相电流波形电角度4图1因此反推可知,只要想方法令永破沟通何展电机的“相电流波形始终与-M1.反电势”波形保持,样，就可以达成FOC限制H标，使永思沟通同限电机的初级电毡场与磁极永磁场正交,即波形间互差90度电角度.如卜图所示；图2如何想方法使永磁沟通伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一样呢？由图1可知，只要能鲂时依测到正弦型反电势波形的电角度相位，然后就可以相对商沽地依据电角度相位生成与反电势波形一样的正弦里相电流波膨了，在此很要明示的是,永磁沟通时限电机的所谓电角度就是a相（U相）相反电势波形的正弦（

3、Sin）相位，因此相位时齐就可以转化为编码器相位与反电势波形相位的对齐关系；另一方面.电角度也是找f坐标系的d轴（电轴）与定子坐标系的a轴（U轴）或轮之间的央角这一点有助于图形化分析.在实际操作中,欧美厂商习惯于采纳给电机的烧组通以小于额定电流的直流电流使电机转定向的方法来对齐编码器和转了磁极的相位,节电机的境组通入小于额定电流的直流电流时，在无外力条件下，初级电底场与磴极乐慰场相互作用，会相互吸引并定位至互差O度相位的平衡位置上,如卜图所示：图3对比上面的图3和图2可见,虽然a和（Uff1.）统组（红色）的位置同处于电磁场波形的峰值中心（特定角度），但FOC限制下,a相（Uffi）中心与永磁

4、体的q轴对齐:而空我定向时,a相U相中心却与d釉对齐。也就是说相对于初级定子）绕姐而言,次级（转子磁体坐标系的d轴在空载定向时有会左移90度电角度,与FOC限制下q粕的原有位置屯合，这样就实现了转子空投定向时a轴U轴或轴与d轴间的对齐关系.此时相位对齐到电角度0度.电机绕组中施加的转子定向电流的方向为be相VW相）入.a相（U和）出.由J-bi1.1.V和）与C相（W是并联关系流经b相（V相）和C相（Wfii）的电流有可能出现不平衡，从而影响转子定向的精确性，好用化的转子定向电流施加方法是b和（Vff1.）.a相（Uff1.）出.即a相（Uff1.）与b相（VttI）申取，可获得福值完全样的a

5、相（U相和b相（VfiI）电流，有利于定向的精确性,1.fftaffi（UIII）向组（红色）的位置1.Jd釉第30以电角度，即a釉（U轴或轴对齐到与d轴相差（负）30度的电角度位置上,如图所示：图4上述两种转子定向方法对应的绕祖相反电势波形和战反电势，以及电角吱的关系如下图所示，馀色城为a柏（U釉）或轴与d轴对齐，即干腌对齐到电角度0点：紫色线为a轮（UM）或轴对齐到与d轴相差（负）30度的电角度位置.即对齐到30度电角度点,相反电势波形线反电势波形上述两种转子定向方法在dq转子坐标系H1.abC(UVW)或B定子坐标系中的矢限关系如图6所示：图中棕色实线所示的d轴与a轴(U轴)或C1.轴对

6、齐，即对齐到电角度。点.对齐方法是对电机绕组施加电角度相位固定为-90度的电流矢加.如图中除色虚线所示，空载卜电机行子的d轴会移向FOC泵削下电角度相位为-90度的电流矢带q轴啦法所处的位置，即图中与a轴或轴或合的位置.并最终定向于该位置，即电角度0度.紫色实线所示的d轴与a轴（U轴）或轴相差30度,即对齐到30度电角度点.对齐方法是对电机绕组施加电角度相位固定为-120度的电流矢量，空栽下电机转子的d轴公移向在FoC下电角度相位为-120度的电流矢,q轴垂出所处的位置，即图中与a轴或轴沿顷时忏方向相差30僮的位置并最终定向于谡位置,即电角度-30度.说明一点：文中有关U、V、W相和a.b、C

7、M1.U、V、W轴和a、b、C轴的叙述具有一一对应关系。主流的伺服电机位置反馈元件包括增砥式编码器，计定式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等.墙式编码b的相位对齐方式在此探讨.中,地盘式编码帮的输出信号为方波信号,乂可以分为带换信任号的增量式温码器和一般的增晶式编码器，一般的增信式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B.以及零位信号Z：带换信任号的增依式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的电子换信住号UVW,UVW各门的伟杼周期数与电机札子的描极对数一样。带换信仟号的增量式端码器的UVW电子换信任号的相位与转子磁极相位，型口电角衣相位之间的对齐方法如下：1 .用个直流电源给电机

8、的UV绕级通以小于概定电流的直流电,V入,U出,将电机轴定向至,个平衡位置；2 .用示波器视察编码器的U信任号和Z信号；3 .调整编码怒传轴与电机轮的相对位外4 .边谓槃.边视察编码器U信任号跳变沿.和z信号，直到ZfS号稳定在国电平上（在此默认Z信号的常态为低电平）,锁定编码器电机的相时位汽关系：5 .来同扭转电机轴,撒手后,若电8网每次自由同火到平衡位置时,Z信号部能村定在高电平上.则对齐有效.撤井直流电源后，验证如下：1. 、像编码器的U3仔,；和电机的UV线反电波小：2. H转动电机轴.摘码器的U信任号上升沿与嘲瞬IIV线辰J由低到高的过零点里合，编码器的Z值号也出现在这个过岑点上.上

9、述验证方法，也可以用作对齐方法。须要用意的是，此时增Jt式编码器的U信任号的相位零点与电机UV线反电势的相；对齐.由于电机的U相反电格JUV线反电势之间相差30度,因而这样对齐后，mft式编码器的U信任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样,所以此时地范式编码器的U信任号的相位零点与电机电角度相位的30度点对齐“有些何眼企业习惯于招编眄器的U信任号零点与电机电角度的零点干胸对齐,为达到此H的，可以：1 .用一个宜海电源给电机的UVW就组通以小于额定电流的直流电，VWA.UH1.,将电机轴定向至一个平衡位置：2 .用示波器视察编码器的U佑任号

10、和Z1S:3,调整编码器转轴与电机箱的相对位置：4 .一边调整，一边视察编码涔U信任号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稔定在窝电平上（在此默认Z信号的常态为低电平）,辿定堀潴j电机的相对位置关系：5 .来-1扭转电机轴,我广后，苦电机轴每次自由13复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电平上，则对齐有效，脸证方法如下：1 .用3个阳色相等的电班接成星里，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW.：相绕组引战；2 .以示波涔视蔡电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形：3 .逆时针旋传电机轴，可见编码器的U信任号上升沿和电机U相反电势波形由低到岛的过零点正合。上述脸证方法,也

11、可以用作对齐方法.由于,殷埴址式编码器不具务UVW相位信息，而Z信号也只能反映圈内的一个点位，不具备干脆的相位时齐潜力，因而不作为本探讨的话题.肯定式码号的相位对齐方式用定式编码器的相位时齐时于单圈和多做而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐端码器的检测相位与电机电角度的相位.早期的肯定式端码器会以单独的引脚给川单曲相位的最高位的电平，利用此电平的。和1的翘转，也可以实现编码器和电机的相位对齐.方法如下：U1.1.个门5；电机的UV绕组通以小于额定电流的仃流电,V,UHh将电机轴定向至一个平衡位设：2 .用示波涔视察肯定桀码器的以裔计数位电平信号：3 .调整编码器转轴与电机轴的相对位.置;4 .

12、一边调整,一边视察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿精确出现在电机轴的定向,1衡位也处，锁定塌码器与电机的相对位置关系：5 .来回扭转电机轴，撤手后，着电机箱每次自由回笑到平衡位置时，跳变沿都能梢确到现,则对齐有效。这类肯定式编码器口前已般被采纳EnDAT.BiSS.HyPerfaee等串行为议，以及日系专用申行协议的新型肯定式编码器广泛取代，因而G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改变，其中一种特别好用的方法是利用编码器内部的EEPROM,存储编码播随机安装在电机移I:后实测的相他详细方法如下：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，以及编码涔外壳与电

13、机外壳：2.用一个直潦电源给电机的UV绕组通以小于旋定电流的H流电,V入,U出，将电机轴定向至一个平衡位置：3 .用伺服驱动器读取肯定编码器的总网位置位.并存入编码器内部记录电机电用度初始相位的EEPROM中;4 .对齐过程结束。由于此时电机轴已定向于电用僮相位的-30度方向，因此存入的编码涔内部EEPROM中的位汽检测值就对应电机电角度的-30度相位.此后,驱动器将随尬时刻的单圈位置楂测数据与这个存储值做号，并依据电机械对数进行必要的换我，再加上一30度,就可以得到该时刻的电机电角度相位.这种对齐方式须要编码器和伺限驱动器的支持和协作方能实现,11系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户干脆调

14、整的根本缘由就在于不愿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好处是,乂需向电机绕组供应确定相序和方向的转子定向电瓶，无茄调整编码器和电机轴之间的角度关系.因而堀码器可以以前速初始角度干脆安装在电机上，且无需就细，共至简沽的调整过程，操作简洁，工艺性好。限如肯定式编码器既没有可供运用的EEPROM,又没有可供检测的必而计数位引脚,则对齐方法会相对困难,假如驱动器支持单圈肯定位置信息的读出和显示,则可以考虑：1 .用一个直流电源蛤电机的UV绕俎通以小于额定电流的且流电,V,U出，将电机轴定向至一个平衡位置；2 .利用何阻阴动器读取并9小厂定编时器的单Ie位置值：3 .调整编

15、码器转轴与电机轴的相对位置：4 .经过上述调整，使显示的单圈肯定位徨值充分接近依据电机的极对数折兑出来的电机-30度电角度所应对应的单圈再定位置点，锁定编码器与电机的相时位置关系：5 .来回扭转电机轴.撒手后,若电8励短次门由网复到平衡位置时,上述折算位置点都能精确复现，则对齐有效.利如用户连笆定值信息都无法获得,那么就只能借助原厂的专用工装，一边检测笆定位置检测值.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位置关系,符编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然后再锁定.这样一来，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。个人举荐采纳在EEPROM中存储初始安装位置的方法,简洁,好用,适应性好.便于向用户开放，以使用户自行安袋编码器.jf完成电机电角度的相位整定.正余弦码詈的相位对齐方式，银的正余弦桀码器具备对正交的sin,COS1.VPP信号，相当于方波信号的增状式编码器的AB正交信号,每圈会承受许很多多个信号周期,比如2048等:以及一个窄幅的对称小波IndeX47.川1.i13Q式阴码涔的Z信号，-般出,现一个：这种正余弦斓码器实质上也是种增量式编码器，另一种正余弦嫔码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对圈只H1.现一个信号周期的相互正交的IVhP的正弦型C、D信号，假如以C信号为SM则D信号