伺服系统应用中的编码器调试问题-指南车机器人学院
电机中若具备电子铭牌功能王茜麟，在应用中就可以直接使用，不需要需要调整编码器；如雷赛交流伺服电机具有电子铭牌功能，能自动识别电机型号，参数并对应匹配参数就能发挥伺服优异性能。若不具备电子铭牌功能的电机何再贵，则需要调整编码器和电角度。那么，这类伺服电机如何选择及调整编码器以适配高低压交流伺服驱动呢混元战神？
下面我们以雷赛LD5系列伺服为例，通过编码器原理、霍尔应用原理、调整步骤三个方面进行解读：一、编码器原理
编码器的种类有很多种，输出的信号形式也有很多种，目前主要使用的为光电编码器，输出信号形式为脉冲方式，其原理如下图1
图1
光电码盘安装在电机轴上，其上有环形通、暗的刻线。通过LED发射光源，多组光耦器件矩阵排列提升信号稳定性，并通过接受光源的强弱，内部进行比较输出A、B两路信号。A、B信号相差90度相位差。另外每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转。
为增加编码器信号长线传输的稳定性，A、B、Z信号输出时经差分输出以增加信号稳定性。
光电编码器的霍尔信号U、V、W其产生原理与A、B信号基本一致。无刷或低压伺服也有通过磁环及霍尔元件来产生霍尔信号。二、霍尔应用原理
众所周知伺服电机相比其他电机具有很高的效率，其主要原因是伺服电机采用了矢量控制的原理。简单来说，伺服电机主要由旋转的永磁体（转子）和三组均匀分布的线圈（定子）组成，线圈包围着定子被固定在外部陌森太阳镜 。电流流经线圈产生磁场米饭网，三组磁场相互叠加形成一个矢量磁场。通过分别控制三组线圈上的电流大衣柜迷藏小，我们可以使定子产生任意方向和大小的磁场。
同时，通过定子和转子磁场之间的相互吸引和排斥守夜人誓言，力矩便可自由地得到控制。对于转子旋转的任意角度，定子都存在着一个最优化的磁场方向，能产生最大的力矩。很显然如果定子产生的磁场方向正交于转子的磁场方向浅野启介，这个位置就是产生最大力矩的位置。
固定线圈的空间电流矢量具有一个固定的磁场方向，这完全由通过线圈的磁通大小和流经线圈的电流相互作用决定的。这样我们就可以用空间电流矢量来表征定子的磁场，这个空间电流矢量也就是三组线圈所产生的电流矢量的空间叠加。这个就是伺服矢量控制的基本原理。
1、交流伺服驱动起得到运转指令后，先根据电机霍尔U、V、W反馈的信号判断转子初步位置， 给出初始电流使定子形成一个与在该区间转子磁场垂直的磁场以驱动转子运转，当转子带动编码器运转使之输出第一个霍尔上升下降沿（U、V、W中任一个发生高低电平变化）时，驱动器立即根据该转子位置变换电流使定子形成与转子磁场垂直的磁场，此后便根据A、B信号判断转子的位置输出电流，确保定子的磁场始终与转子磁场垂直。为减少A、B信号的累计误差，每次遇到Z信号时便对A、B信号进行校正，以减少误差累计。
2、运行演示（为方便理解，用一对极电机作图）
第一：判断转子位置
图2
如图2，编码器读数头获得的霍尔U、V、W信号将转子位置划分为6个区域，霍尔信号如下表
如图3所示，转子位于0-60°位置，则定子给出一与30°位置垂直的磁场使之旋转，如下图：
图3
此磁场方向初始一直保持不变，直至遇到第一个霍尔上升下降沿，便进行改变，如图4：
图4
从此以后便根据A、B信号判断转子位置，使定子磁场一直保持与转子磁场垂直。三、调试步骤
1、定义电机绕组U、V、W
电机绕组U、V、W反电动势需满足U超前V超前W。用示波器测量电机三相绕组的反电动势波形，得到如下波形图5：
图5
则可定义黄色波形所对应绕组为U，蓝色波形所对应绕组为V，红色波形所对应绕组为W。
2、检测编码器定义旋转正方向是否与电机旋转正方向一致。
这一项很多朋友都很容易忽略，总是直接按编码器的定义直接安装驱动器的信号要求来直接接线，经常导致有的信号编码器可以，换一种编码器又不行。产生这个问题的原因主要是驱动器与编码器不是同一家厂家生产的，所以其定义的旋转正方向不一致，就目前我所调试的编码器来看，安华高、多摩川定义的旋转方向与雷赛伺服定义一致前缘席慕容，而内密控、丹纳赫定义的旋转方向相反。
所以对一个新的编码器，一是通过资料判断其定义的旋转方向，二是通过测试来确定其旋转方向，其方法如下：
1、按雷赛定义的旋转方向（逆时针）运转电机带动编码器运转，测试其定义的A、B信号波形，如图6：
图6
如测试发现为B信号超前A信号90°，则需将A信号定义为B信号，B信号定义为A信号。如果不将A、B信号重新定义，则编码器反馈的行程与所运转的行程相反，导致伺服电机“飞车”的产生。
2、按雷赛定义的旋转方向（逆时针）运转电机带动编码器运转，测试其定义的霍尔U、V、W信号波形，
图7
现霍尔U、V、W信号为霍尔U超前霍尔V超前霍尔W，则为符合雷赛伺服定义标准。如发现霍尔U超前霍尔W超前霍尔V，王力军事件真相则需将霍尔W定义为霍尔V，霍尔V定义为W，如不进行重新定义，则根据上文中阐述的霍尔信号应用原理，则会发生驱动器对转子位置出现判断错误的情况。
3、霍尔信号与反电动势相位关系
如图8中的对相位关系
图8
零相序为：霍尔U对UV线间反电动势（探头正接U、负接V）, 霍尔V对VW线间反电动势（探头正接V、负接W），霍尔W对WU线间反电动势（探头正接W、负接U）,相位关系为霍尔信号的上升沿过零点对反电动势上升沿的过零点。
146相序为：霍尔U对U相反电动势（探头正接U、负接零线）, 霍尔V对V相反电动势（探头正接V、负接零线），霍尔W对W相反电动势（探头正接W、负接零线）,相位关系为霍尔信号的上升沿过零点对反电动势上升沿的过零点。
通过以上的调整，大家就可以利用雷赛高可靠性的伺服驱动器匹配各类型伺服电机以满足各类应用要求了。伺服电机、驱动器、控制器的原理详解
伺服的结构是怎样的爵迹燃魂书？一个最简易的伺服控制单元逢九年，就是一个伺服电机加伺服控制器，今天就来解析下伺服电机与伺服控制器。
电机动作的原理
右手螺旋法则（安培定则）——通电生磁
安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致优淘屋官网，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极玄门道教。
弗来明左手法则——磁生力
确定载流导线在外磁场中受力方向的定则康敏扮演者。又称电动机定则。左手平展，大拇指与其余4指垂直，手心冲着N级，4指为电流方向，大拇指为载流导线在外磁场中受力方向。
DC伺服马达结构
伺服控制单元
※ SERVO 语源自拉丁语，原意为“奴隶”的意思，指经由闭环控制方式达到一个机械系统的位置，扭矩，速度或加速度的控制，是自动控制系统中的执行单元，是把上位控制器的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
1. 控制器：动作指令信号的输出装置。
2. 驱动器：接收控制指令，并驱动马达的装置。
3. 伺服马达：驱动控制对象、并检出状态的装置。
伺服马达的种类
伺服马达的种类，大致可分成以下三种：
1. 同步型：采用永磁式同步马达，停电时发电效应，因此刹车容易， 但因制程材料上的问题，马达容量受限制。〔回转子：永久磁铁；固定子：线圈〕
2. 感应型：感应形马达与泛用马达构造相似，构造坚固、高速时转矩表现良好，但马达较易发热，容量(7.5KW以上)大多为此形式。回转子、固定子皆为线圈〕
3. 直流型：直流伺服马达，有碳刷运转磨耗所产生粉尘的问题，于无尘要求的场所就不宜使用都市邪侠，以小容量为主。〔回转子：线圈；固定子：永久磁铁；整流子：磁刷〕
SM 同 步 形 伺 服 马 达
特长优点：1. 免维护。2. 耐环境性佳。3. 转矩特性佳，定转矩。4. 停电时可发电剎车。5. 尺寸小、重量轻。6. 高效率。
缺点：1. AMP较DC形构造复杂。2. MOTOR及AMP必需1：1搭配使用。3. 永久磁石有消磁的可能。
IM 感 应 形 伺 服 马 达
特长优点：1. 维护容易。2. 耐环境性佳。3. 高速时，转矩特性佳。4. 可制做大容量路玉婷 ，效率佳。5. 构造坚固。
缺点：1. 小容量机种前妻我要你，效率差。2. AMP较DC形构造复杂。3. 停电时，无法动态剎车。4. 随温度变动影响特性。5. AMP与MOTOR必需1：1使用。
DC 直 流 形 伺 服 马 达
特长优点：1. 伺服驱动器构造简单。2. 停电时可发电剎车。3. 体积小、价格低。4. 效率佳。
缺点：1. 整流子外围需定期保养。2. 碳刷磨耗产生(碳粉)，无法应用于要求凊絜的场所。3. 因整流器碳刷的问题，高速时转矩差。4. 永久磁石有消磁的可能。
伺服的控制原理
伺服系统的最大特色：透过回馈信号的控制方式〔可做指令值与目标值的比较，因而大幅减少误差状况〕。周梦晗
何谓回馈信号：向控制对象下达指令后，正确的追踪并查明现在值，且随时回馈控制内容的偏差值、待目标物到达目的地后，回馈位置值海林报恩寺，如此反复动作。
控制流程：检测机械本体之位置检出，回路为封闭系统，称之为全闭回路 。相反，检测马达轴端之回路系统就称为半闭回路。
伺服驱动器的内部构成
整流部：通过整流部，将交流电源变为直流电源，经电容滤波，产生平稳无脉动的直流电源。
逆变部：由控制部过来的SPWM信号阿宝的故事，驱动IGBT杨丽颖，将直流电源变为SPWM波形，以驱动伺服电机。
控制部分：伺服单元采用全数字化结构，通过高性能的硬件支持，实现闭环控制的软件化，现在所有的伺服已采用（DSP数字信号处理）芯片，DSP，能够执行位置、速度、转矩和电流控制器的功能。给出PWM信号控制信号作用于功率驱动单元，并能够接收处理位置与电流反馈，具有通讯接口。
编码器：伺服电机配有高性能的转角测量编码器，可以精确测量转子的位置与电机的转速。
目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管（GTR）、功率场效应管 （MOSFET）和绝缘门极晶体管（IGPT）等。这些先进器件的应用显着地降低了伺服单元输出回路的功耗，提高了系统的响应速度，降低了运行噪声。
尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控制功率模块（Intelligent Power Modules，简称IPM）。这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容，与微处理器的输出可以直接接口。它的应用显着地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。
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来源：工业机器人售后服务
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电机中若具备电子铭牌功能王茜麟，在应用中就可以直接使用，不需要需要调整编码器；如雷赛交流伺服电机具有电子铭牌功能，能自动识别电机型号，参数并对应匹配参数就能发挥伺服优异性能。若不具备电子铭牌功能的电机何再贵，则需要调整编码器和电角度。那么，这类伺服电机如何选择及调整编码器以适配高低压交流伺服驱动呢混元战神？
下面我们以雷赛LD5系列伺服为例，通过编码器原理、霍尔应用原理、调整步骤三个方面进行解读：一、编码器原理
编码器的种类有很多种，输出的信号形式也有很多种，目前主要使用的为光电编码器，输出信号形式为脉冲方式，其原理如下图1
图1
光电码盘安装在电机轴上，其上有环形通、暗的刻线。通过LED发射光源，多组光耦器件矩阵排列提升信号稳定性，并通过接受光源的强弱，内部进行比较输出A、B两路信号。A、B信号相差90度相位差。另外每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转。
为增加编码器信号长线传输的稳定性，A、B、Z信号输出时经差分输出以增加信号稳定性。
光电编码器的霍尔信号U、V、W其产生原理与A、B信号基本一致。无刷或低压伺服也有通过磁环及霍尔元件来产生霍尔信号。二、霍尔应用原理
众所周知伺服电机相比其他电机具有很高的效率，其主要原因是伺服电机采用了矢量控制的原理。简单来说，伺服电机主要由旋转的永磁体（转子）和三组均匀分布的线圈（定子）组成，线圈包围着定子被固定在外部陌森太阳镜 。电流流经线圈产生磁场米饭网，三组磁场相互叠加形成一个矢量磁场。通过分别控制三组线圈上的电流大衣柜迷藏小，我们可以使定子产生任意方向和大小的磁场。
同时，通过定子和转子磁场之间的相互吸引和排斥守夜人誓言，力矩便可自由地得到控制。对于转子旋转的任意角度，定子都存在着一个最优化的磁场方向，能产生最大的力矩。很显然如果定子产生的磁场方向正交于转子的磁场方向浅野启介，这个位置就是产生最大力矩的位置。
固定线圈的空间电流矢量具有一个固定的磁场方向，这完全由通过线圈的磁通大小和流经线圈的电流相互作用决定的。这样我们就可以用空间电流矢量来表征定子的磁场，这个空间电流矢量也就是三组线圈所产生的电流矢量的空间叠加。这个就是伺服矢量控制的基本原理。
1、交流伺服驱动起得到运转指令后，先根据电机霍尔U、V、W反馈的信号判断转子初步位置， 给出初始电流使定子形成一个与在该区间转子磁场垂直的磁场以驱动转子运转，当转子带动编码器运转使之输出第一个霍尔上升下降沿（U、V、W中任一个发生高低电平变化）时，驱动器立即根据该转子位置变换电流使定子形成与转子磁场垂直的磁场，此后便根据A、B信号判断转子的位置输出电流，确保定子的磁场始终与转子磁场垂直。为减少A、B信号的累计误差，每次遇到Z信号时便对A、B信号进行校正，以减少误差累计。
2、运行演示（为方便理解，用一对极电机作图）
第一：判断转子位置
图2
如图2，编码器读数头获得的霍尔U、V、W信号将转子位置划分为6个区域，霍尔信号如下表
如图3所示，转子位于0-60°位置，则定子给出一与30°位置垂直的磁场使之旋转，如下图：
图3
此磁场方向初始一直保持不变，直至遇到第一个霍尔上升下降沿，便进行改变，如图4：
图4
从此以后便根据A、B信号判断转子位置，使定子磁场一直保持与转子磁场垂直。三、调试步骤
1、定义电机绕组U、V、W
电机绕组U、V、W反电动势需满足U超前V超前W。用示波器测量电机三相绕组的反电动势波形，得到如下波形图5：
图5
则可定义黄色波形所对应绕组为U，蓝色波形所对应绕组为V，红色波形所对应绕组为W。
2、检测编码器定义旋转正方向是否与电机旋转正方向一致。
这一项很多朋友都很容易忽略，总是直接按编码器的定义直接安装驱动器的信号要求来直接接线，经常导致有的信号编码器可以，换一种编码器又不行。产生这个问题的原因主要是驱动器与编码器不是同一家厂家生产的，所以其定义的旋转正方向不一致，就目前我所调试的编码器来看，安华高、多摩川定义的旋转方向与雷赛伺服定义一致前缘席慕容，而内密控、丹纳赫定义的旋转方向相反。
所以对一个新的编码器，一是通过资料判断其定义的旋转方向，二是通过测试来确定其旋转方向，其方法如下：
1、按雷赛定义的旋转方向（逆时针）运转电机带动编码器运转，测试其定义的A、B信号波形，如图6：
图6
如测试发现为B信号超前A信号90°，则需将A信号定义为B信号，B信号定义为A信号。如果不将A、B信号重新定义，则编码器反馈的行程与所运转的行程相反，导致伺服电机“飞车”的产生。
2、按雷赛定义的旋转方向（逆时针）运转电机带动编码器运转，测试其定义的霍尔U、V、W信号波形，
图7
现霍尔U、V、W信号为霍尔U超前霍尔V超前霍尔W，则为符合雷赛伺服定义标准。如发现霍尔U超前霍尔W超前霍尔V，王力军事件真相则需将霍尔W定义为霍尔V，霍尔V定义为W，如不进行重新定义，则根据上文中阐述的霍尔信号应用原理，则会发生驱动器对转子位置出现判断错误的情况。
3、霍尔信号与反电动势相位关系
如图8中的对相位关系
图8
零相序为：霍尔U对UV线间反电动势（探头正接U、负接V）, 霍尔V对VW线间反电动势（探头正接V、负接W），霍尔W对WU线间反电动势（探头正接W、负接U）,相位关系为霍尔信号的上升沿过零点对反电动势上升沿的过零点。
146相序为：霍尔U对U相反电动势（探头正接U、负接零线）, 霍尔V对V相反电动势（探头正接V、负接零线），霍尔W对W相反电动势（探头正接W、负接零线）,相位关系为霍尔信号的上升沿过零点对反电动势上升沿的过零点。
通过以上的调整，大家就可以利用雷赛高可靠性的伺服驱动器匹配各类型伺服电机以满足各类应用要求了。伺服电机、驱动器、控制器的原理详解
伺服的结构是怎样的爵迹燃魂书？一个最简易的伺服控制单元逢九年，就是一个伺服电机加伺服控制器，今天就来解析下伺服电机与伺服控制器。
电机动作的原理
右手螺旋法则（安培定则）——通电生磁
安培定则，也叫右手螺旋定则，是表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则。通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；通电螺线管中的安培定则：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致优淘屋官网，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极玄门道教。
弗来明左手法则——磁生力
确定载流导线在外磁场中受力方向的定则康敏扮演者。又称电动机定则。左手平展，大拇指与其余4指垂直，手心冲着N级，4指为电流方向，大拇指为载流导线在外磁场中受力方向。
DC伺服马达结构
伺服控制单元
※ SERVO 语源自拉丁语，原意为“奴隶”的意思，指经由闭环控制方式达到一个机械系统的位置，扭矩，速度或加速度的控制，是自动控制系统中的执行单元，是把上位控制器的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
1. 控制器：动作指令信号的输出装置。
2. 驱动器：接收控制指令，并驱动马达的装置。
3. 伺服马达：驱动控制对象、并检出状态的装置。
伺服马达的种类
伺服马达的种类，大致可分成以下三种：
1. 同步型：采用永磁式同步马达，停电时发电效应，因此刹车容易， 但因制程材料上的问题，马达容量受限制。〔回转子：永久磁铁；固定子：线圈〕
2. 感应型：感应形马达与泛用马达构造相似，构造坚固、高速时转矩表现良好，但马达较易发热，容量(7.5KW以上)大多为此形式。回转子、固定子皆为线圈〕
3. 直流型：直流伺服马达，有碳刷运转磨耗所产生粉尘的问题，于无尘要求的场所就不宜使用都市邪侠，以小容量为主。〔回转子：线圈；固定子：永久磁铁；整流子：磁刷〕
SM 同 步 形 伺 服 马 达
特长优点：1. 免维护。2. 耐环境性佳。3. 转矩特性佳，定转矩。4. 停电时可发电剎车。5. 尺寸小、重量轻。6. 高效率。
缺点：1. AMP较DC形构造复杂。2. MOTOR及AMP必需1：1搭配使用。3. 永久磁石有消磁的可能。
IM 感 应 形 伺 服 马 达
特长优点：1. 维护容易。2. 耐环境性佳。3. 高速时，转矩特性佳。4. 可制做大容量路玉婷 ，效率佳。5. 构造坚固。
缺点：1. 小容量机种前妻我要你，效率差。2. AMP较DC形构造复杂。3. 停电时，无法动态剎车。4. 随温度变动影响特性。5. AMP与MOTOR必需1：1使用。
DC 直 流 形 伺 服 马 达
特长优点：1. 伺服驱动器构造简单。2. 停电时可发电剎车。3. 体积小、价格低。4. 效率佳。
缺点：1. 整流子外围需定期保养。2. 碳刷磨耗产生(碳粉)，无法应用于要求凊絜的场所。3. 因整流器碳刷的问题，高速时转矩差。4. 永久磁石有消磁的可能。
伺服的控制原理
伺服系统的最大特色：透过回馈信号的控制方式〔可做指令值与目标值的比较，因而大幅减少误差状况〕。周梦晗
何谓回馈信号：向控制对象下达指令后，正确的追踪并查明现在值，且随时回馈控制内容的偏差值、待目标物到达目的地后，回馈位置值海林报恩寺，如此反复动作。
控制流程：检测机械本体之位置检出，回路为封闭系统，称之为全闭回路 。相反，检测马达轴端之回路系统就称为半闭回路。
伺服驱动器的内部构成
整流部：通过整流部，将交流电源变为直流电源，经电容滤波，产生平稳无脉动的直流电源。
逆变部：由控制部过来的SPWM信号阿宝的故事，驱动IGBT杨丽颖，将直流电源变为SPWM波形，以驱动伺服电机。
控制部分：伺服单元采用全数字化结构，通过高性能的硬件支持，实现闭环控制的软件化，现在所有的伺服已采用（DSP数字信号处理）芯片，DSP，能够执行位置、速度、转矩和电流控制器的功能。给出PWM信号控制信号作用于功率驱动单元，并能够接收处理位置与电流反馈，具有通讯接口。
编码器：伺服电机配有高性能的转角测量编码器，可以精确测量转子的位置与电机的转速。
目前，伺服控制系统的输出器件越来越多地采用开关频率很高的新型功率半导体器件，主要有大功率晶体管（GTR）、功率场效应管 （MOSFET）和绝缘门极晶体管（IGPT）等。这些先进器件的应用显着地降低了伺服单元输出回路的功耗，提高了系统的响应速度，降低了运行噪声。
尤其值得一提的是，最新型的伺服控制系统已经开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块，称为智能控制功率模块（Intelligent Power Modules，简称IPM）。这种器件将输入隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块之中。其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容，与微处理器的输出可以直接接口。它的应用显着地简化了伺服单元的设计，并实现了伺服系统的小型化和微型化。
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