永磁交流伺服电机增量式编码器校对零位的方法技术

本发明专利技术公开了一种直接利用伺服驱动器对电机增量式编码器进行校正零位的方法，不需要任何额外设备，操作简单，精度高，费时少，实用性极强的永磁交流伺服电机增量式编码器校对零位的方法，伺服驱动器接收增量式编码器发出的位置脉冲信号，一旦伺服驱动器捕捉到增量式编码器发出的Z脉冲信号，则伺服驱动器立即将增量式编码器位置脉冲计数清零，同时换为ABZ计数方式来进行重新计数，并对电机运行进行闭环控制，接着，伺服驱动器闭环控制电机停下且使电机转子锁定在U相中心，然后，调整增量式编码器转轴与电机转子的转轴的相对位置，使增量式编码器的位置脉冲计数值为闭区间[-10，10]中任一整数值，接着，将增量式编码器转轴与电机转子的转轴固定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及伺服电机
，具体讲是一种。
技术介绍
伺服系统在本质上是一个电磁场耦合的复杂系统，为了工业控制，应用方便，在忽略一些次要因素之后，可以通过适当的方法，对复杂的耦合电磁场进行解耦，从而简化分析计算，并能达到实用化。伺服控制普遍采用磁场定向控制(FOC)，并且是对转子磁场进行定向，再通过SVPWM调制手段，能够使伺服系统达到um (微米)级精度，可满足一般的工业控制要求。为了使交流电机达到类似直流电机的简单速度力矩特性(直流电机的力矩与电枢 电流成简单线性关系，有良好的调速性能)，需要对交流电机的电磁场进行解耦计算，并采用dq坐标系(一种2相旋转坐标系)分析，类似于直流电机的dq轴分析。要达到这一目的，就必须使永磁交流伺服电机增量式编码器相位与电机转子磁极相位对齐。并且此时，伺服电机能够获得最大的出力效果。增量式编码器相位与电机转子磁极相位对齐的物理表现是定子线圈的电磁场与转子磁极的永磁场正交，空间电角度互差90度；或者是伺服电机的相电流在时间上完全跟随相反电动势，二者波形时间相位一致。因此，原理上，只要能随时检测到电机的相电流波形，相反电动势波形，调整增量式编码器与电机转子的转轴相对位置，使电机的相电流波形和相反电动势波形这两者波形相位一致，就完成了增量式编码器对零位操作，利用该原理设计的方法具体见下述方法一、二，方法三则对显示方式作了改进。当然，方法一、二、三操作起来均较为复杂，需要示波器等设备，还需要引出检测接头，且各自存在特有的缺陷。实际操作中常用的增量式编码器零位调整方法(即校对零位的方法)有3种方法一，1，用一直流电源给电机绕组通以小于额定电流的直流电流，U相输入，VW相绕组并联作为输出，定子UVW三相绕组中的电流形成的磁场与转子永磁磁场存在力的作用，相互抱合，从而锁定转子位置。此时实现了 U相中心线与d轴对齐，也就是电机磁极相位对齐到0度。2，用示波器观察增量式编码器U信号与Z信号。3，调整增量式编码器转轴与电机转子的转轴的相对位置。4，一边转动增量式编码器转轴，一边观察U信号与Z信号，到Z信号出现跳变时，固定增量式编码器转轴与电机转子的转轴的相对位置。缺陷由于V相与W相是并联关系，2相绕组电阻值的差异会导致2相绕组中电流不平衡，致使U相没有与d轴完全对齐，从而影响零位校对的精确性。方法二I,用一直流电源给电机绕组通以小于额定电流的直流电流，U相输入，V相输出，此时U相滞后于d轴30度，即转子磁场对齐到了 -30°的位置。2、3、4步骤与方法一的2、3、4相同。该方法是方法一的改进。该方法U相与V相为串联关系，不存在电流不平衡问题，改正方法I中的缺点；但它是对齐到-30度，与通常的校对零位习惯不同，还需要控制中对这-30度作处理。方法三 方法一，二，都需要示波器观察增量式编码器U信号，Z信号，操作很不方便，方法三利用软件上功能的增加，将增量式编码器位置对应的脉冲数显示出来，调整增量式编码器转轴与电机转子的转轴的相对位置时，不需要用示波器观察U信号，Z信号，直接看显示出来的增量式编码器位置信息即可。如U输入V输出，使显示的脉冲为-30度所对应的脉冲数(对于2500线的伺服电机，-30度对应-250)即可。而且此时，控制中不需要对_30度进行再处理。I,用一直流电源给电机绕组通以小于额定电流的直流电流，U相输入，V相输出，锁定转子转轴位置；2，调整增量式编码器转轴与电机转子的转轴的相对位置，直到显示的增量式编码器位置脉冲为-250 (误差允许为正负10个脉冲)，固定增量式编码器转轴与电机轴的相会位置。方法三的缺点是同方法一、二一样均需要额外的一台直流电源，且操作时需要弓I线，对电机绕组通电。
技术实现思路
本专利技术的技术方案是，提供一种，伺服驱动器控制电机以一定速度运行，在电机运行过程中，伺服驱动器接收增量式编码器发出的位置脉冲信号，一旦伺服驱动器捕捉到增量式编码器发出的Z脉冲信号，则伺服驱动器立即将增量式编码器位置脉冲计数清零，同时伺服驱动器对增量式编码器的位置脉冲计数转换为ABZ计数方式来进行重新计数，伺服驱动器通过电流控制环计算输出相应的电流来控制电机停下并使电机转子锁定在U相中心轴线，然后，调整增量式编码器转轴与电机转子的转轴的相对位置，使ABZ计数方式进行重新计数的增量式编码器的位置脉冲计数值变为闭区间[-10，10]中任一整数值，接着，将增量式编码器转轴与电机转子的转轴固定，调零完成。本专利技术的工作原理是，由于增量式编码器具有UVW初略定位与ABZ精确定位，ABZ精确定位确定的是当前实际位置与Z位置的相对偏差，因此，在伺服驱动器没有捕捉到Z脉冲信号之前(相对零点的位置还没有确定)，是无法进行ABZ精确定位的，因此电机刚上电还没有转动之前，无法用ABZ定位，此时只有是用UVW定位，基于增量式编码器的特点，本专利技术先使伺服驱动器控制电机以一定速度运行，一旦伺服驱动器捕捉到增量式编码器发出的Z脉冲信号，则伺服驱动器立即将增量式编码器位置脉冲计数清零，同时伺服驱动器对增量式编码器的位置脉冲计数转换为ABZ计数方式来进行重新计数，并对电机运行进行闭环控制(此句删除)，此后，增量式编码器的位置脉冲计数的编码器零点就是Z脉冲信号所在点，再给定对应的电流指令，伺服驱动器通过电流环路控制，把电机转子的转轴锁定在U相中心轴线位置，也就是将电机转子磁场锁定在d轴(dq坐标系)上，这时候伺服驱动器所显示编码器的位置脉冲计数值是以Z脉冲信号所在点为起始点累加生成，编码器的位置能够被精确定位，所显示的位置脉冲也是准确的，接着转动编码器转轴，调整其与电机转子的转轴的相对位置，使所显示的编码器位置脉冲计数值为O (允许正负10脉冲的误差)，固定编码器，也就是把编码器的零位固定在d轴上，调零完成。采用上述方法后，本专利技术与现有技术相比，具有以下显著优点及有益效果由于调零过程不需要任何的额外设备，比如现有技术的直流电源、示波器等，也不需要引线，只需用伺服驱动器控制即可，在电机调零时，只需将电机与伺服驱动器连接，让伺服驱动器工作在编码器调零模式(编码器调零模式为根据本专利技术编程得到)下，驱动器就会自动转动电机转轴，在收到Z脉冲信号之后，自动将电机转子锁定在d轴上，并显示编码器的精确位置，转动编码器转轴，使伺服驱动器所显示的编码器的位置脉冲计数值为闭区间[-10，10]中任一整数值，即完成调零过程，通过本专利技术校正一台电机的增量式编码器耗时约IOs ；综合上述，本专利技术具有直接利用伺服驱动器对电机增量式编码器进行校正零位的方法，不 需要任何额外设备，操作简单，精度高，费时少，实用性极强的优点。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。伺服驱动器控制电机以一定速度运行，比如伺服驱动器开环(位置、速度开环)控制电机运行，给定电机开环运行速度为120r/min，即每秒2圈，r = 2r/min，在闭环计算中给定对应的位置指令Ps，闭环计算的频率为f = 10k，编码器为2500线，电机为4对极，电机转动I圈的脉冲数为Pt = 4X2500 = 10000，则每个计算周期，Ps的增量为APs = rPT/f = 2X10000/kl = 0，在电机运行过程中，伺服驱动器接收增量式编码器发出的位置脉冲信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁交流伺服电机增量式编码器校对零位的方法，其特征在于，伺服驱动器控制电机以一定速度运行，在电机运行过程中，伺服驱动器接收增量式编码器发出的位置脉冲信号，一旦伺服驱动器捕捉到增量式编码器发出的Z脉冲信号，则伺服驱动器立即将增量式编码器位置脉冲计数清零，同时伺服驱动器对增量式编码器的位置脉冲计数转换为ABZ计数方式来进行重新计数，接着，伺服驱动器通过电流控制环计算输出相应的电流来控制电机停下并使电机转子锁定在U相中心轴线，然后，调整增量式编码器转轴与电机转子的转轴的相对位置，使ABZ计数方式进行重新计数的增量式编码器的位置脉冲计数值变为闭区间[？10，10]中任一整数值，接着，将增量式编码器转轴与电机转子的转轴固定，调零完成。

【技术特征摘要】
1. 一种永磁交流伺服电机增量式编码器校对零位的方法，其特征在于，伺服驱动器控制电机以一定速度运行，在电机运行过程中，伺服驱动器接收增量式编码器发出的位置脉冲信号，一旦伺服驱动器捕捉到增量式编码器发出的Z脉冲信号，则伺服驱动器立即将增量式编码器位置脉冲计数清零，同时伺服驱动器对增量式编码器的位置脉冲计数转换为ABZ计数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈腾飞，严志桥，王奇峰，
申请(专利权)人：宁波海得工业控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：