伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法，包括如下步驟：首先，設置電角度θe從0°開始以第一固定時間為間隔依次遞增并實時檢測Z信號是否出現(xiàn)，所述電角度θe每次的遞增量Δθe＝90°；接著，在所述Z信號出現(xiàn)時判斷電機轉(zhuǎn)速，并在所述電機轉(zhuǎn)速在10rpm以下時延遲第二固定時間后設置電角度θe為30°；最后，延遲第三固定時間后，獲取當前的電角度值，并根據(jù)所述當前的電角度值計算獲得Z信號偏移角度值。本發(fā)明還提供了一種自動學習系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電角度給定模塊和Z信號判斷模塊。本發(fā)明可在編碼器安裝偏移角未知的情況下自動完成編碼器偏移角辨識功能，具有操作簡單、辨識結(jié)果精度高、時間短、適用性強等優(yōu)點。
【專利說明】伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及伺服電機【技術(shù)領域】，更具體地說，涉及一種伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前伺服電機廠家在安裝增量式編碼器的時候，需要借助伺服驅(qū)動器的調(diào)零功能，使編碼器的Z信號零點按照指定的角度，為了方便實現(xiàn)，一般為30° /60° /90° /180°
坐寸ο
[0003]傳統(tǒng)的編碼器調(diào)零方法存在以下缺陷:
[0004]調(diào)零過程繁瑣復雜，需要經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員，通過觀察伺服電角度監(jiān)視項，慢慢微調(diào)，耗費時間較長；
[0005]同時，一般伺服廠家都會指定自己的伺服電機品牌，而伺服電機編碼器偏移角都是伺服電機廠家提供的，因此每個伺服電機廠家安裝編碼器時偏移角可能不一致。當伺服廠家驅(qū)動不同品牌的伺服電機時，安裝編碼器時偏移角是未知的。而在設置伺服參數(shù)時，如果關于編碼器安裝偏移角設置不正確，會導致FOC算法的電角度誤差較大而使d軸和q軸解耦失敗，帶來諸如電機出力不足、正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速失衡、電機發(fā)熱量大等問題，嚴重影響伺服性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述編碼器調(diào)零復雜，且編碼器安裝時偏移角未知的問題，提供一種伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法及系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案為:
[0008]本發(fā)明提供了一種伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法，該自動學習方法包括以下步驟:
[0009]A.使輸入到伺服電機的電流的電角度0^從0°開始以第一固定時間為間隔依次遞增，并實時檢測編碼器的Z信號是否出現(xiàn)，所述電角度每次的遞增量Λ θε = 90° ;
[0010]B.在所述Z信號出現(xiàn)時根據(jù)編碼器的輸出信號判斷電機轉(zhuǎn)速，并在所述電機轉(zhuǎn)速在設定轉(zhuǎn)速以下時延遲第二固定時間后將定子磁場定向至30°，然后執(zhí)行步驟C ;
[0011]C.延遲第三固定時間后，獲取當前輸入到伺服電機的電流的電角度值，并根據(jù)所述當前的電角度值計算獲得Z信號偏移角度值。
[0012]上述伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法中，在所述步驟C中，所述Z信號偏移角度值通過以下計算式計算獲得=Ztxffset = 360+30- Θ -JZtxffsetci,其中，Zoffset為所述Z信號偏移角度值，9_w為磁場定在30°且延遲第三固定時間后輸入到伺服電機的電流的電角度值;zoffset0為Z信號偏移角的初始值。
[0013]上述伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法中，所述步驟C還包括，將所述偏移角度值附加至Z信號電角度功能碼，并做限幅處理。
[0014]上述伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法中，所述第一固定時間、第二固定時間、第三固定時間均為I秒。
[0015]本發(fā)明還提供了一種伺服電機編碼器偏移角度自動學習系統(tǒng)，包括IPARK模塊、SVPWM模塊、PMSM和編碼器，其特征在于，該自動學習系統(tǒng)還包括電角度給定模塊、Z信號判斷模塊、偏移角補償模塊，其中，所述電角度給定模塊用于設置電角度，伺服電機以90°的步進角度朝一個方向旋轉(zhuǎn)，并使定子磁場定向在30° ;所述Z信號判斷模塊與所述編碼器連接，用于檢測所述編碼器的Z信號是否出現(xiàn)；所述偏移角補償模塊分別與所述電角度給定模塊和所述Z信號判斷模塊連接，用于讀取當前輸入到伺服電機的電流的電角度值，根據(jù)所述當前的電角度值計算獲得Z信號偏移角度值。
[0016]上述伺服電機編碼器偏移角度自動學習系統(tǒng)，還包括，電壓給定模塊和延遲模塊，其中，所述電壓給定模塊與所述IPARK模塊連接，用于設置d軸參考相電壓值；所述延遲模塊分別與所述電角度給定模塊和所述IPARK模塊連接，用于設置所述第一固定時間、第二固定時間、第三固定時間，便于系統(tǒng)操作。
[0017]上述伺服電機編碼器偏移角度自動學習系統(tǒng)，所述偏移角補償模塊將所述偏移角度值附加至Z信號電角度功能碼，并做限幅處理。
[0018]本發(fā)明的伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法及系統(tǒng)，通過引入電角度給定模塊和Z信號判斷模塊，可在編碼器安裝偏移角未知的情況下自動完成編碼器偏移角辨識功能，即編碼器調(diào)零，具有操作簡單、辨識結(jié)果精度高、時間短、適用性強等優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的伺服電機編碼器安裝偏移角自動學習系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的伺服電機編碼器安裝偏移角自動學習方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]如圖1所示，為本發(fā)明實施例的伺服電機編碼器安裝偏移角自動學習系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]在本實施例中，基于交流永磁同步電機的V/F控制理論，本實施例中的伺服電機編碼器安裝偏移角自動學習系統(tǒng)包括電角度給定模塊1、延時模塊2、電壓給定模塊3、IPARK模塊4、SVPWM模塊5，Z信號判斷模塊6，偏移角補償模塊7、編碼器8和PMSM 9，其中，電角度給定模塊I與延時模塊2連接，用于向電機輸出驅(qū)動電流，通過該驅(qū)動電流可設置定子磁場定向控制的電角度；Z信號判斷模塊6用于檢測編碼器的Z信號輸出，其可以采用邏輯電路來實現(xiàn)，或者其他檢測電路；電壓給定模塊3用于設置UdRef變量，UdRef變量為d軸參考相電壓值；偏移角補償模塊7用于讀取當前電角度值，比較該當前電角度值與30°得到偏移角度值，并把該自動學習的偏移角度值附加至Z信號電角度功能碼，并做限幅處理，IPARK模塊4和SVPWM模塊5均是現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再贅述。
[0024]上述電角度給定模塊1、延時模塊2、電壓給定模塊3、IPARK模塊4、SVPWM模塊5，Z信號判斷模塊6，偏移角補償模塊7可由硬件、軟件或其結(jié)合構(gòu)成。
[0025]下面詳細介紹伺服偏移角自動學習的過程:
[0026]伺服驅(qū)動器內(nèi)部使能，電機勵磁，控制電機運行，比如伺服驅(qū)動器開環(huán)(位置、速度開環(huán))控制電機運行；設置UqRef變量為0，即圖1中的U,*，電壓給定模塊3將設置UdRef變量為合適值，電角度給定模塊I將設置電角度9)人0°開始遞增，遞增量Λ 06為90°，每次遞增之前調(diào)用延時模塊2，使得延時ls，即先使伺服驅(qū)動器以一定速度朝一個方向旋轉(zhuǎn)；一旦Z信號判斷模塊6檢測到Z信號出現(xiàn)，控制電機轉(zhuǎn)速，使之小于1rpm，此時，調(diào)用延時模塊2，使得延時Is ;伺服驅(qū)動器內(nèi)部使能，電機勵磁；電角度給定模塊I設置電角度Θ e為30°，再調(diào)用延時模塊2，使得延時ls，讀取監(jiān)控電角度值，并與30°比較得到Z信號偏移角度值，偏移角補償模塊7把該Z信號偏移角度值補償賦給Z信號電角度功能碼，并做限幅處理，即完成了伺服偏移角自動學習。
[0027]如圖2所示，為本發(fā)明實施例的伺服電機編碼器安裝偏移角自動學習方法的流程圖，該方法用于在編碼器安裝偏移角未知的情況下快速驅(qū)動伺服電機。實施該方法包括如下步驟:
[0028]S1、伺服上電，控制電機運行，比如伺服驅(qū)動器開環(huán)(位置、速度開環(huán))控制電機運行；
[0029]在該步驟中，還包括，UqRef變量設置為0，電壓給定模塊3將設置UdRef變量為合適值，其中，UqRef變量為q軸參考相電壓值，UdRef變量為d軸參考相電壓值；
[0030]在本實施例中，UdRef變量設置為4000，UqRef變量和UdRef變量經(jīng)過IPARK模塊4，輸出Ua Ref變量和UPRef變量，S卩a軸參考相電壓值和β軸參考相電壓值，即圖1中的Ua *和Ue*，再經(jīng)過SVPWM模塊5，輸出三相電壓值Ua、Ub、U。，此三相電壓值輸入至PMSM9，使PMSM 9運行，從而控制編碼器8，其中IPARK模塊4和SVPWM模塊5均是現(xiàn)有技術(shù)，這里就不再贅述。
[0031]S2、電角度給定模塊I將設置輸入到伺服電機的電流的電角度0^從0°開始遞增，且遞增量Λ 0e設置為90°，即Λ 0e = 90° ;
[0032]在該步驟中，電角度9^是編碼器零點與U相中心軸線之間的夾角的電角度，伺服電機以90°的步進角度朝一個方向旋轉(zhuǎn)。
[0033]S3、調(diào)用延時模塊2，延時第一固定時間，用于使逆PARK變換延遲ls，便于下一步驟的執(zhí)行而不影響整個系統(tǒng)；
[0034]在該步驟中，第一固定時間為Is。
[0035]S4、Z信號判斷模塊6檢測編碼器的Z信號是否出現(xiàn)；
[0036]在該步驟中，Z信號判斷模塊6可以采用邏輯電路來實現(xiàn)，或者其他檢測電路；若Z信號判斷模塊6檢測到Z信號的出現(xiàn)，則進行下一步驟的執(zhí)行；若Z信號判斷模塊6未檢測到Z信號的出現(xiàn)，則執(zhí)行步驟S2。
[0037]可以理解，執(zhí)行步驟S2至步驟S4，即電角度0e每增加90°，延遲ls，檢測Z信號是否出現(xiàn)，完成伺服電機以90°的步進角度朝一個方向旋轉(zhuǎn)，直到Z信號判斷模塊6檢測到Z信號出現(xiàn)。
[0038]S5、Z信號判斷模塊6檢測編碼器的Z信號后，根據(jù)編碼器的輸出信號監(jiān)控電機轉(zhuǎn)速IPmsmSpdI，比較電機轉(zhuǎn)速PmsmSpd與1rpm的大??；
[0039]若電機轉(zhuǎn)速I PmsmSpd I < 1rpm,即認為電機零速，則執(zhí)行下一步驟；若電機轉(zhuǎn)速
IPmsmSpd I > 1rpm,則伺服斷電，使電機不使能。
[0040]S6、調(diào)用延時模塊2，延時第二固定時間，便于下一步驟的執(zhí)行而不影響整個系統(tǒng)；
[0041]在該步驟中，第二固定時間為Is。
[0042]S7、電角度給定模塊I設置電角度Θ e為30°，即Θ e = 30° ;
[0043]在該步驟中，定子磁場定向在30°的電角度。
[0044]S8、調(diào)用延時模塊2，延時第三固定時間，便于下一步驟的執(zhí)行而不影響整個系統(tǒng)；
[0045]在該步驟中，第三固定時間為Is。
[0046]S9、偏移角補償模塊7讀取當前輸入到伺服電機的電流的電角度值，并與30°比較得到Z信號偏移角度值；
[0047]在該步驟中，Z信號偏移角度值按公式(I)計算，如下:
[0048]Zoffset = 360+30- Θ enow+Zoffset0 (I)
[0049]在公式(I)中，Ztjffset為Z信號偏移角度值；Θ enow為磁場定在30°時，當前輸入到伺服電機的電流的電角度值.>Zoffset0為Z信號偏移角的初始值。
[0050]S10、偏移角補償模塊7將得到的偏移角度值附加至Z信號電角度功能碼，并做限幅處理；
[0051]S11、初始化編碼器8;
[0052]S12、伺服斷電，恢復控制模式，使電機不使能。
[0053]本發(fā)明可以使伺服廠家在不知道編碼器安裝偏移角的情況下，通過伺服偏移角自動學習功能自動完成編碼器偏移角辨識功能，具有操作簡單、辨識結(jié)果精度高、時間短等優(yōu)點，即使伺服電機廠家任意安裝編碼器，本發(fā)明也能準確辨識，可以使伺服驅(qū)動器快速驅(qū)動不同廠家的伺服電機，具有很強的適用性。
[0054]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法，其特征在于:該自動學習方法包括以下步驟: A.使輸入到伺服電機的電流的電角度96從0°開始以第一固定時間為間隔依次遞增，并實時檢測編碼器的Z信號是否出現(xiàn)，所述電角度每次的遞增量Λ θε = 90° ; B.在所述Z信號出現(xiàn)時根據(jù)編碼器的輸出信號判斷電機轉(zhuǎn)速，并在所述電機轉(zhuǎn)速在設定轉(zhuǎn)速以下時延遲第二固定時間后將定子磁場定向至30° ,然后執(zhí)行步驟C ； C.延遲第三固定時間后，獲取當前輸入到伺服電機的電流的電角度值，并根據(jù)所述當前的電角度值計算獲得Z信號偏移角度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法，其特征在于，在所述步驟C中，所述Z信號偏移角度值通過以下計算式計算獲得=Ztjffsrt =360+30- Θ -JZtjffsetci,其中，Ztjffset為所述Z信號偏移角度值，Θ enow為磁場定在30°且延遲第三固定時間后輸入到伺服電機的電流的電角度值Jtjffsrttl為Z信號偏移角的初始值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法，其特征在于，所述步驟C還包括:將所述偏移角度值附加至Z信號電角度功能碼，并做限幅處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電機編碼器偏移角度自動學習方法，其特征在于，所述第一固定時間、第二固定時間、第三固定時間均為I秒。
5.一種伺服電機編碼器偏移角度自動學習系統(tǒng)，包括IPARK模塊、SVPWM模塊、PMSM和編碼器，其特征在于，該自動學習系統(tǒng)還包括電角度給定模塊、Z信號判斷模塊、偏移角補償模塊，其中，所述電角度給定模塊用于設置電角度，伺服電機以90°的步進角度朝一個方向旋轉(zhuǎn)，并使定子磁場定向在30° ;所述Z信號判斷模塊與所述編碼器連接，用于檢測所述編碼器的Z信號是否出現(xiàn)；所述偏移角補償模塊分別與所述電角度給定模塊和所述Z信號判斷模塊連接，用于讀取當前輸入到伺服電機的電流的電角度值，根據(jù)所述當前的電角度值計算獲得Z信號偏移角度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服電機編碼器偏移角度自動學習系統(tǒng)，其特征在于，還包括，電壓給定模塊和延遲模塊，其中，所述電壓給定模塊與所述IPARK模塊連接，用于設置d軸參考相電壓值；所述延遲模塊分別與所述電角度給定模塊和所述IPARK模塊連接，用于設置所述第一固定時間、第二固定時間、第三固定時間，便于系統(tǒng)操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服電機編碼器偏移角度自動學習系統(tǒng)，其特征在于，所述偏移角補償模塊將所述偏移角度值附加至Z信號電角度功能碼，并做限幅處理。
【文檔編號】H02P6/00GK104270042SQ201410495870
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】楊洪江, 李 浩, 楊志洵 申請人:深圳市正弦電氣股份有限公司