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电机零位编码的相位补偿方法与装置

鏃ユ湡;2019-09-02  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  64 │DISCRETE MANUFACTURING│离散制造 电机零位编码的相位补偿方法与装置 Motor With Encoder Zero Phase Compensation Method and Device ? 深圳市雷赛智能控制股份有限公司 覃海涛 Qin Haitao 韦庆情 Wei Qingqing 吴立 Wu Li 田天胜 Tian Tiansheng 李卫平 Li Weiping 摘 要:本文介绍了电机零位与绝对式编码器零位的相位补偿方法。着重考虑如何正确获得和验证相 位补偿值、如何确保数据正确写入EEPROM中。实验结果表明,该方法操作简单、实用稳定。 关键词:相位补偿 伺服电机 绝对式编码器 伺服驱动器 Abstract: This paper introduces the electrical zero and absolute encoder zero phase compensation method. Focus on how to obtain and verify phase compensation value, how to ensure proper data block written to the EEPROM. The experimental results show that the method is simple, practical and stable operation. Key words: Phase compensation Servo motor Absolute type encoder Servo drive 【中图分类号】TM 383.6 【文献标识码】A 文章编号1606-5123(2017)01-0064-04 1 引言 在工业4.0时代,国家重点提升改造制造业和发展高端 智能装备。伺服控制系统在自动化和高端智能装备中作为 直接执行者,起着举足轻重的作用。 永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motors, PMSM) 以其高效率、高气隙磁密度、高功率因素、结构 紧凑简单、线性响应等优点,已在数控机床、机器人、载 人飞船、变频空调等场合得到广泛应用。在伺服驱动控制 系统中,能否准确获取伺服电机零位和编码器零位的相位 关系,关系伺服电机能否正常启动,错误的相位关系将使 PMSM启动失败,使转子会出现反转、抖动等不良现象。 设备,观察编码器零位标志,当零位标志出现在调试工具上 时,将编码器转轴固定在电机转子上,完成相位对齐。 这种人工找寻和校准零位十分费力,而且影响相应编 码器零位校准精度的一致性。于是,出现了各种针对不同 编码器设计的调零装置。王新社等针对带有UVW霍尔信号 的增量式编码器设计专用的相位对齐伺服驱动器,使用多 个选择开关控制相位对齐步骤,使用多个LED显示信号状 态,即可任意调整编码器相位与转子磁极相位对应位置, 又能拖动电机运行,操作较简单,提高了生产效率和相位 精度,但在零位校准前验证编码器的各个信号是否正确, 也没有对零位校正结果进行验证。张静波等设计了支持增 量式和绝对式编码器的专用调零仪,界面友好,参数可设 置,但在零位校准前没有验证编码器的各个信号是否正 确,也没有对零位校准结果进行验证。因此,现有的调零 装置依然有改进之处,本文主要完善绝对式编码器电机零 位与编码器零位的相位补偿方法。 2 PMSM零位对齐问题 为了准确获取伺服电机零位和编码器零位之间的相 位关系,刘剑文先生归纳了各种编码器不同的相位对齐方 法,这些方法以手动对齐为主,对齐基本步骤为: (1)向电机任意两相直接通入直流电,使电机转子锁定 在固定位置,根据通电相序和方向即可确定电机转子被锁 定位置的电角度。例如,直流电由电机的a相绕组进,b相 绕组出,则电机转子锁定在电角度等于-30°的位置。 (2)人工一边手动调节编码器与电机转子的相对位置, 一边通过调试工具,如示波器、可以显示编码器反馈数据的 3 PMSM对齐系统设计 3.1 对齐原理 在交流电机三相绕组中,三相对称瞬时电流 、 、 可以使用综合电流矢量 在相隔120°电角度的三根时间轴 上的投影表示,如图1所示。 离散制造│DISCRETE MANUFACTURING│ 65 H???  ??? ????   6/   ???? 6GXQ G??? ?? ????  6/ 6/ O6GXQ 96=3 ??? 6=3 *) d ??? )RGXQ ?????? ?? ?????? ???   ?????? I??? 图2 控制系统简要框图 图1 综合电流矢量与三相对称瞬时电流关系 在图 2 中,控制系统分为两个阶段进行控制:(1) 阶段 一:当切换开关S处于“0”位时,系统为锁轴控制,并计 算补偿角度。(2)阶段二:当切换开关S处于“1”位时,系 统根据计算得到的补偿角度试运行电机,验证补偿角度的 正确性。通过试运行,也可验证编码器装配及编码器数据 反馈是否正确。 图1中,综合电流矢量 与a相电流的夹角 即为电角度, 当 等于零时,即为电机零位。交流伺服电机的矢量控制只有 获取准确的电角度,才能使伺服电机获得最佳的出力效果。 对于增量式编码器通常将霍尔 U 信号的上升沿与电机 零位对齐,或者将索引Z信号与电机零位对齐。 对于绝对式编码器,由于其输出的每一个数值对应一 圈中唯一位置,因此通常将绝对式编码器的零位与电机零 位对齐。 人工零位对齐方式是先对齐零位,然后再固定绝对 式编码器到电机轴上。本文所描述的方法是先将绝对式编 码器随意安装在电机上,然后通过本文描述的装置获取到 绝对式编码器的零位与电机零位的补偿角度,验证该补偿 角度的正确性,最后将补偿角度保存到绝对式编码器自带 的EEPROM中。伺服驱动器上电初始化时,从EEPROM中 读取补偿角度,然后叠加到绝对式编码器实时反馈角度


 
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