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絕對式編碼器的相位對齊方式
絕對式編碼器因其每一個位置絕對唯一、抗干擾、無需掉電記憶，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制。上篇給大家講了增量式編碼器的相位對齊方式，今天也給大家講講旋轉(zhuǎn)編碼器中的絕對式編碼器的相位對齊方式 。
絕對式編碼器的相位對齊對于單圈和多圈而言，差別不大，其實都是在一圈內(nèi)對齊編碼器的檢測相位與電機電角度的相位。早期的絕對式編碼器會以單獨的引腳給出單圈相位的最高位的電平，利用此電平的0和1的翻轉(zhuǎn)，也可以實現(xiàn)編碼器和電機的相位對齊，方法如下：
1.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；
2.用示波器觀察絕對編碼器的最高計數(shù)位電平信號；
3.調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸的相對位置；
4.一邊調(diào)整，一邊觀察最高計數(shù)位信號的跳變沿，直到跳變沿準確出現(xiàn)在電機軸的定向平衡位置處，鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系；
5.來回扭轉(zhuǎn)電機軸，撒手后，若電機軸每次自由回復(fù)到平衡位置時，跳變沿都能準確復(fù)現(xiàn)，則對齊有效。
這類絕對式編碼器目前已經(jīng)被采用EnDAT，BiSS，Hiperface等串行協(xié)議，以及日系專用串行協(xié)議的新型絕對式編碼器廣泛取代，因而最高位信號就不符存在了，此時對齊編碼器和電機相位的方法也有所變化，其中一種非常實用的方法是利用編碼器內(nèi)部的EEPROM，存儲編碼器隨機安裝在電機軸上后實測的相位，具體方法如下：
1.將編碼器隨機安裝在電機上，即固結(jié)編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸，以及編碼器外殼與電機外殼；
2.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；
3.用伺服驅(qū)動器讀取絕對編碼器的單圈位置值，并存入編碼器內(nèi)部記錄電機電角度初始相位的EEPROM中；
4.對齊過程結(jié)束。
由于此時電機軸已定向于電角度相位的-30度方向，因此存入的編碼器內(nèi)部EEPROM中的位置檢測值就對應(yīng)電機電角度的-30度相位。此后，驅(qū)動器將任意時刻的單圈位置檢測數(shù)據(jù)與這個存儲值做差，并根據(jù)電機極對數(shù)進行必要的換算，再加上-30度，就可以得到該時刻的電機電角度相位。
這種對齊方式需要編碼器和伺服驅(qū)動器的支持和配合方能實現(xiàn)，日系伺服的編碼器相位之所以不便于最終用戶直接調(diào)整的根本原因就在于不肯向用戶提供這種對齊方式的功能界面和操作方法。這種對齊方法的一大好處是，只需向電機繞組提供確定相序和方向的轉(zhuǎn)子定向電流，無需調(diào)整編碼器和電機軸之間的角度關(guān)系，因而編碼器可以以任意初始角度直接安裝在電機上，且無需精細，甚至簡單的調(diào)整過程，操作簡單，工藝性好。
如果絕對式編碼器既沒有可供使用的EEPROM，又沒有可供檢測的最高計數(shù)位引腳，則對齊方法會相對復(fù)雜。如果驅(qū)動器支持單圈絕對位置信息的讀出和顯示，則可以考慮：
1.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；
2.利用伺服驅(qū)動器讀取并顯示絕對編碼器的單圈位置值；
3.調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸的相對位置；
4.經(jīng)過上述調(diào)整，使顯示的單圈絕對位置值充分接近根據(jù)電機的極對數(shù)折算出來的電機-30度電角度所應(yīng)對應(yīng)的單圈絕對位置點，鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系；
5.來回扭轉(zhuǎn)電機軸，撒手后，若電機軸每次自由回復(fù)到平衡位置時，上述折算位置點都能準確復(fù)現(xiàn)，則對齊有效。
如果用戶連絕對值信息都無法獲得，那么就只能借助原廠的專用工裝，一邊檢測絕對位置檢測值，一邊檢測電機電角度相位，利用工裝，調(diào)整編碼器和電機的相對角位置關(guān)系，將編碼器相位與電機電角度相位相互對齊，然后再鎖定。這樣一來，用戶就更加無從自行解決編碼器的相位對齊問題了。
個人推薦采用在EEPROM中存儲初始安裝位置的方法，簡單，實用，適應(yīng)性好，便于向用戶開放，以便用戶自行安裝編碼器，并完成電機電角度的相位整定。
正余弦編碼器的相位對齊方式
普通的正余弦編碼器具備一對正交的sin，cos 1Vp-p信號，相當于方波信號的增量式編碼器的AB正交信號，每圈會重復(fù)許許多多個信號周期，比如2048等；以及一個窄幅的對稱三角波Index信號，相當于增量式編碼器的Z信號，一圈一般出現(xiàn)一個；這種正余弦編碼器實質(zhì)上也是一種增量式編碼器。另一種正余弦編碼器除了具備上述正交的sin、cos信號外，還具備一對一圈只出現(xiàn)一個信號周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信號，如果以C信號為sin，則D信號為cos，通過sin、cos信號的高倍率細分技術(shù)，不僅可以使正余弦編碼器獲得比原始信號周期更為細密的名義檢測分辨率，比如2048線的正余弦編碼器經(jīng)2048細分后，就可以達到每轉(zhuǎn)400多萬線的名義檢測分辨率，當前很多歐美伺服廠家都提供這類高分辨率的伺服系統(tǒng)，而國內(nèi)廠家尚不多見；此外帶C、D信號的正余弦編碼器的C、D信號經(jīng)過細分后，還可以提供較高的每轉(zhuǎn)絕對位置信息，比如每轉(zhuǎn)2048個絕對位置，因此帶C、D信號的正余弦編碼器可以視作一種模擬式的單圈絕對編碼器。
采用這種編碼器的伺服電機的初始電角度相位對齊方式如下：
1.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；
2.用示波器觀察正余弦編碼器的C信號波形；
3.調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸的相對位置；
4.一邊調(diào)整，一邊觀察C信號波形，直到由低到高的過零點準確出現(xiàn)在電機軸的定向平衡位置處，鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系；
5.來回扭轉(zhuǎn)電機軸，撒手后，若電機軸每次自由回復(fù)到平衡位置時，過零點都能準確復(fù)現(xiàn)，則對齊有效。
撤掉直流電源后，驗證如下：
1.用示波器觀察編碼器的C相信號和電機的UV線反電勢波形；
2.轉(zhuǎn)動電機軸，編碼器的C相信號由低到高的過零點與電機的UV線反電勢波形由低到高的過零點重合。
這種驗證方法，也可以用作對齊方法。
此時C信號的過零點與電機電角度相位的-30度點對齊。
如果想直接和電機電角度的0度點對齊，可以考慮：
1.用3個阻值相等的電阻接成星型，然后將星型連接的3個電阻分別接入電機的UVW三相繞組引線；
2.以示波器觀察電機U相輸入與星型電阻的中點，就可以近似得到電機的U相反電勢波形；
3.調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸的相對位置；
4.一邊調(diào)整，一邊觀察編碼器的C相信號由低到高的過零點和電機U相反電勢波形由低到高的過零點，最終使2個過零點重合，鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系，完成對齊。
由于普通正余弦編碼器不具備一圈之內(nèi)的相位信息，而Index信號也只能反映一圈內(nèi)的一個點位，不具備直接的相位對齊潛力，因而在此也不作為討論的話題。
如果可接入正余弦編碼器的伺服驅(qū)動器能夠為用戶提供從C、D中獲取的單圈絕對位置信息，則可以考慮：
1.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；
2.利用伺服驅(qū)動器讀取并顯示從C、D信號中獲取的單圈絕對位置信息；
3.調(diào)整旋變軸與電機軸的相對位置；
4.經(jīng)過上述調(diào)整，使顯示的絕對位置值充分接近根據(jù)電機的極對數(shù)折算出來的電機-30度電角度所應(yīng)對應(yīng)的絕對位置點，鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系；
5.來回扭轉(zhuǎn)電機軸，撒手后，若電機軸每次自由回復(fù)到平衡位置時，上述折算絕對位置點都能準確復(fù)現(xiàn)，則對齊有效。
此后可以在撤掉直流電源后，得到與前面基本相同的對齊驗證效果：
1.用示波器觀察正余弦編碼器的C相信號和電機的UV線反電勢波形；
2.轉(zhuǎn)動電機軸，驗證編碼器的C相信號由低到高的過零點與電機的UV線反電勢波形由低到高的過零點重合。
如果利用驅(qū)動器內(nèi)部的EEPROM等非易失性存儲器，也可以存儲正余弦編碼器隨機安裝在電機軸上后實測的相位，具體方法如下：
1.將正余弦隨機安裝在電機上，即固結(jié)編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸，以及編碼器外殼與電機外殼；
2.用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；
3.用伺服驅(qū)動器讀取由C、D信號解析出來的單圈絕對位置值，并存入驅(qū)動器內(nèi)部記錄電機電角度初始安裝相位的EEPROM等非易失性存儲器中；
4.對齊過程結(jié)束。
由于此時電機軸已定向于電角度相位的-30度方向，因此存入的驅(qū)動器內(nèi)部EEPROM等非易失性存儲器中的位置檢測值就對應(yīng)電機電角度的-30度相位。此后，驅(qū)動器將任意時刻由編碼器解析出來的與電角度相關(guān)的單圈絕對位置值與這個存儲值做差，并根據(jù)電機極對數(shù)進行必要的換算，再加上-30度，就可以得到該時刻的電機電角度相位。
這種對齊方式需要伺服驅(qū)動器的在國內(nèi)和操作上予以支持和配合方能實現(xiàn)，而且由于記錄電機電角度初始相位的EEPROM等非易失性存儲器位于伺服驅(qū)動器中，因此一旦對齊后，電機就和驅(qū)動器事實上綁定了，如果需要更換電機、正余弦編碼器、或者驅(qū)動器，都需要重新進行初始安裝相位的對齊操作，并重新綁定電機和驅(qū)動器的配套關(guān)系。
了解到了絕對式編碼器和增量式編碼器的相位對齊方式，對大家連接旋轉(zhuǎn)編碼器會有所幫助，大家可以花些時間仔細閱讀一下，這樣便于解決實際應(yīng)用中所遇到的問題。
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