[发明专利]永磁交流伺服电机增量式编码器校对零位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及伺服电机技术领域，具体讲是一种永磁交流伺服电机增量式编码器校对零位的方法。

背景技术

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：

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，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1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。

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，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，且操作时需要引线，对电机绕组通电。

发明内容