摘要：雷賽交流伺服歷經(jīng)15年的不斷進(jìn)步，產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性國內(nèi)持續(xù)領(lǐng)先，成為市場上廣受好評的伺服品牌。隨著伺服應(yīng)用的擴大，在不同應(yīng)用場合中，客戶希望伺服驅(qū)動器能與不同的伺服電機匹配。而雷賽LD5系列伺服驅(qū)動器通用性就非常強大，不僅可支持雷賽品牌伺服電機，同時支持直流無刷、空心杯、其他品牌交流伺服電機等多種電機形式。

1 編碼器原理

編碼器的種類有很多種，輸出的信號形式也有很多種，目前主要使用的為光電編碼器，輸出信號形式為脈沖方式，其原理如圖1所示。

圖1

光電碼盤安裝在電機軸上，其上有環(huán)形通、暗的刻線。通過LED發(fā)射光源，多組光耦器件矩陣排列提升信號穩(wěn)定性，并通過接受光源的強弱，內(nèi)部進(jìn)行比較輸出A、B兩路信號。A、B信號相差90度相位差。另外每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。

為增加編碼器信號長線傳輸?shù)姆€(wěn)定性，A、B、Z信號輸出時經(jīng)差分輸出以增加信號穩(wěn)定性。

光電編碼器的霍爾信號U、V、W其產(chǎn)生原理與A、B信號基本一致。無刷或低壓伺服也有通過磁環(huán)及霍爾元件來產(chǎn)生霍爾信號。

2 伺服電機中霍爾應(yīng)用原理

眾所周知伺服電機相比其他電機具有很高的效率，其主要原因是伺服電機采用了矢量控制的原理。簡單來說，伺服電機主要由旋轉(zhuǎn)的永磁體（轉(zhuǎn)子）和三組均勻分布的線圈（定子）組成，線圈包圍著定子被固定在外部。電流流經(jīng)線圈產(chǎn)生磁場，三組磁場相互疊加形成一個矢量磁場。通過分別控制三組線圈上的電流大小，我們可以使定子產(chǎn)生任意方向和大小的磁場。

同時，通過定子和轉(zhuǎn)子磁場之間的相互吸引和排斥，力矩便可自由地得到控制。對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的任意角度，定子都存在著一個最優(yōu)化的磁場方向，能產(chǎn)生最大的力矩。很顯然如果定子產(chǎn)生的磁場方向正交于轉(zhuǎn)子的磁場方向，這個位置就是產(chǎn)生最大力矩的位置。

固定線圈的空間電流矢量具有一個固定的磁場方向，這完全由通過線圈的磁通大小和流經(jīng)線圈的電流相互作用決定的。這樣我們就可以用空間電流矢量來表征定子的磁場，這個空間電流矢量也就是三組線圈所產(chǎn)生的電流矢量的空間疊加。這個就是伺服矢量控制的基本原理。

2.1 交流伺服電機的霍爾信號應(yīng)用原理

交流伺服驅(qū)動起得到運轉(zhuǎn)指令后，先根據(jù)電機霍爾U、V、W反饋的信號判斷轉(zhuǎn)子初步位置，給出初始電流使定子形成一個與在該區(qū)間轉(zhuǎn)子磁場垂直的磁場以驅(qū)動轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子帶動編碼器運轉(zhuǎn)使之輸出第一個霍爾上升下降沿（U、V、W中任一個發(fā)生高低電平變化）時，驅(qū)動器立即根據(jù)該轉(zhuǎn)子位置變換電流使定子形成與轉(zhuǎn)子磁場垂直的磁場，此后便根據(jù)A、B信號判斷轉(zhuǎn)子的位置輸出電流，確保定子的磁場始終與轉(zhuǎn)子磁場垂直。為減少A、B信號的累計誤差，每次遇到Z信號時便對A、B信號進(jìn)行校正，以減少誤差累計。

2.2 運行演示

第一：判斷轉(zhuǎn)子位置

圖2

如圖2所示，編碼器讀數(shù)頭獲得的霍爾U、V、W信號將轉(zhuǎn)子位置劃分為6個區(qū)域，霍爾信號如表1所示。

表1

如圖3所示，轉(zhuǎn)子位于0-60°位置，則定子給出一與30°位置垂直的磁場使之旋轉(zhuǎn)。

圖3

此磁場方向初始一直保持不變，直至遇到第一個霍爾上升下降沿，便進(jìn)行改變，如圖4所示。

圖4

從此以后便根據(jù)A、B信號判斷轉(zhuǎn)子位置，使定子磁場一直保持與轉(zhuǎn)子磁場垂直。

3 調(diào)試步驟

3.1 定義電機繞組U、V、W

電機繞組U、V、W反電動勢需滿足U超前V超前W。用示波器測量電機三相繞組的反電動勢波形，得到如波形圖5所示。

圖5

圖5則可定義黃色波形所對應(yīng)繞組為U，藍(lán)色波形所對應(yīng)繞組為V，紅色波形所對應(yīng)繞組為W。

3.2 檢測編碼器定義旋轉(zhuǎn)正方向是否與電機旋轉(zhuǎn)正方向一致

這一項很多朋友都很容易忽略，總是直接按編碼器的定義直接安裝驅(qū)動器的信號要求來直接接線，經(jīng)常導(dǎo)致有的信號編碼器可以，換一種編碼器又不行。產(chǎn)生這個問題的原因主要是驅(qū)動器與編碼器不是同一家廠家生產(chǎn)的，所以其定義的旋轉(zhuǎn)正方向不一致，就目前我所調(diào)試的編碼器來看，安華高、多摩川定義的旋轉(zhuǎn)方向與雷賽伺服定義一致，而內(nèi)密控、丹納赫定義的旋轉(zhuǎn)方向相反。

所以對一個新的編碼器，一、通過資料判斷其定義的旋轉(zhuǎn)方向，二、通過測試來確定其旋轉(zhuǎn)方向，其方法如下：

1、按雷賽定義的旋轉(zhuǎn)方向（逆時針）運轉(zhuǎn)電機帶動編碼器運轉(zhuǎn)，測試其定義的A、B信號波形，如圖6所示。

圖6

圖6如測試發(fā)現(xiàn)為B信號超前A信號90°，則需將A信號定義為B信號，B信號定義為A信號。如果不將A、B信號重新定義，則編碼器反饋的行程與所運轉(zhuǎn)的行程相反，導(dǎo)致伺服電機“飛車”的產(chǎn)生。

2、按雷賽定義的旋轉(zhuǎn)方向（逆時針）運轉(zhuǎn)電機帶動編碼器運轉(zhuǎn)，測試其定義的霍爾U、V、W信號波形，如圖7所示。

圖7

現(xiàn)霍爾U、V、W信號為霍爾U超前霍爾V超前霍爾W，則為符合雷賽伺服定義標(biāo)準(zhǔn)。如發(fā)現(xiàn)霍爾U超前霍爾W超前霍爾V，則需將霍爾W定義為霍爾V，霍爾V定義為W，如不進(jìn)行重新定義，則根據(jù)上文中闡述的霍爾信號應(yīng)用原理，則會發(fā)生驅(qū)動器對轉(zhuǎn)子位置出現(xiàn)判斷錯誤的情況。

3、霍爾信號與反電動勢相位關(guān)系如圖8與9對相位關(guān)系

圖8                                                     圖9

圖8與圖9零相序為：霍爾U對UV線間反電動勢（探頭正接U、負(fù)接V）,霍爾V對VW線間反電動勢（探頭正接V、負(fù)接W），霍爾W對WU線間反電動勢（探頭正接W、負(fù)接U）,相位關(guān)系為霍爾信號的上升沿過零點對反電動勢上升沿的過零點。

146相序為：霍爾U對U相反電動勢（探頭正接U、負(fù)接零線）,霍爾V對V相反電動勢（探頭正接V、負(fù)接零線），霍爾W對W相反電動勢（探頭正接W、負(fù)接零線）,相位關(guān)系為霍爾信號的上升沿過零點對反電動勢上升沿的過零點。

4 結(jié)語

通過以上的調(diào)整，大家就可以利用雷賽高可靠性的伺服驅(qū)動器匹配各類型伺服電機以滿足各類應(yīng)用要求了。