本發(fā)明涉及工業(yè)自動化和智能機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，為了滿足工廠自動化的生產(chǎn)，工業(yè)機(jī)器人代替人類進(jìn)行惡劣環(huán)境工況和重復(fù)性工況的工作。其中機(jī)器人行業(yè)用交流伺服驅(qū)動器拖動伺服電機(jī)進(jìn)行給定指令的運(yùn)動，進(jìn)而完成上位主控制器規(guī)劃的軌跡運(yùn)行，有著廣泛和普及的應(yīng)用。

智能機(jī)器人能夠代替人類進(jìn)行工作，在一個機(jī)器人自動化系統(tǒng)中，機(jī)器人只是系統(tǒng)中的一部分，這個系統(tǒng)通常包括PLC系統(tǒng)，機(jī)器人整機(jī)(包括本體的控制器部分、實(shí)現(xiàn)多軸同步運(yùn)行的拖動裝置即交流伺服驅(qū)動器和交流伺服電機(jī)和精密減速器)、外圍傳感器等。

交流伺服系統(tǒng)(包括交流伺服驅(qū)動器和交流伺服電機(jī))因?yàn)榫哂休^高的功率密度、響應(yīng)速度快和過載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被用于智能工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中，交流伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)用于機(jī)器人系統(tǒng)中已經(jīng)是一種普遍應(yīng)用狀態(tài)。目前,機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用的交流伺服系統(tǒng)對伺服系統(tǒng)控制性能要求較高，因此提高該系統(tǒng)的控制效果是非常有必要的。

通常伺服電機(jī)尾部的編碼器安裝在電機(jī)電角度的某一位置，最傳統(tǒng)的做法是通過機(jī)械的方式安裝，即給電機(jī)三相中的U相和VW并聯(lián)后的兩端通直流電的方式，找到電機(jī)的電角度零點(diǎn)，但是由于電機(jī)本身三相電阻不可能完全平衡的問題，導(dǎo)致編碼器安裝位置肯定有偏差，通過編碼器反饋給伺服驅(qū)動器的角度值用于內(nèi)部控制，會直接影響伺服系統(tǒng)的控制精度，因此為了降低由機(jī)械對零帶來的誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法，解決了控制精度差的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法，其技術(shù)要點(diǎn)是，包括以下步驟：

步驟1：采集伺服電機(jī)的三相電流ia；ib；ic和絕對值編碼器反饋的機(jī)械位置角信息θ，獲取電角度信息,公式如下：

θe＝θ*P

式中，θe為電角度，P為電機(jī)的極對數(shù)；

步驟2：對步驟1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行Clark和Park運(yùn)算以后，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流id；iq，經(jīng)過給定Q軸和D軸的給定值與id；iq的反饋值做差后分別通過電流控制器的控制以后，經(jīng)過prak-1運(yùn)算以后，得到SVPWM控制所需的兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓值，最后輸出控制電機(jī)所需的PWM調(diào)制波；

步驟3：PWM調(diào)制波輸出脈寬電壓和經(jīng)補(bǔ)償后的最終電角度，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

上述方案中，步驟3所屬的經(jīng)補(bǔ)償后的最終電角度,獲取方法如下：

步驟1：編碼器采集電機(jī)的實(shí)際電角度值；

步驟2：根據(jù)給定步長值計(jì)算總周期；

步長表示每個PWM中斷周期補(bǔ)償?shù)碾娊嵌戎荡笮?#xff0c;步長的取值范圍為：大于-30°且小于30°；

步驟3：計(jì)算每個周期電角度的補(bǔ)償角大小；每補(bǔ)償一個周期，記錄采集到的電機(jī)相電流，將補(bǔ)償角度大小與電機(jī)相電流的均方根值一一對應(yīng)，繪制成表格；

步驟4：獲取步驟3表格中相電流最小的值對應(yīng)的補(bǔ)償角度，該補(bǔ)償角度與步驟1中采集到的實(shí)際電角度值做和獲得最終的電角度。

本發(fā)明的有益效果是：該伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法，在通用交流伺服驅(qū)動器不變的基礎(chǔ)上，采用對電機(jī)電角度零位校對補(bǔ)償?shù)姆椒?#xff0c;彌補(bǔ)了伺服電機(jī)與編碼器初始安裝過程中的電角度零位偏差，由于電角度計(jì)算的準(zhǔn)確度影響控制策略的控制效果，因此該角度定位精度的提升，使得該伺服驅(qū)動器的整機(jī)控制性能提升，提高了行業(yè)應(yīng)用的價值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中交流伺服系統(tǒng)電路原理圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法控制流程圖。

具體實(shí)施方式

使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖1～圖3和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本實(shí)施例中的伺服驅(qū)動器包括整流穩(wěn)壓電路、IPM逆變電路、邏輯門電路FPGA、數(shù)字信號處理器DSP(型號為TMS320F28335)，電流傳感器、光耦隔離電路、驅(qū)動保護(hù)電路以及故障檢測和保護(hù)電路，其中DSP包括ADC模塊、PWM發(fā)生器、Flash存儲器單元(圖中未示出)、外擴(kuò)FRAM及RAM單元(圖中未示出)。DSP和FPGA兩類MCU芯片是通過并行總線的方式連接，其中整流穩(wěn)壓電路是將外部供電電源轉(zhuǎn)換為直流電源，給IPM逆變電路提供母線電壓，DSP的AD模塊處理一些模擬量輸入信號,例如：母線電壓的檢測值，PWM用于提供PWM脈寬信號，該部分的輸出作為PWM發(fā)生器的輸入，最后生成脈寬信號用于電機(jī)控制，FPGA做電機(jī)電流信號的檢測和處理以及一些故障信息的處理。

本實(shí)施例采用的伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法，通過設(shè)置在DSP內(nèi)的軟件實(shí)現(xiàn)，其采用的交流伺服驅(qū)動器可實(shí)現(xiàn)三個閉環(huán)控制，控制模式可以選擇為位置、速度以及轉(zhuǎn)矩模式。傳統(tǒng)機(jī)械對零的方式是將電機(jī)的vw相并聯(lián)以后與U相串聯(lián)后通入直流電，使電機(jī)軸抱死在電角度零點(diǎn)附件，電機(jī)的零點(diǎn)個數(shù)與極對數(shù)一致，但是由于VW兩相是并聯(lián)關(guān)系，因此流入該兩相的電流有可能出現(xiàn)不平衡，從而影響轉(zhuǎn)子定向的準(zhǔn)確性，并且編碼器的采樣精度也會影響該值的定位。為了更好地彌補(bǔ)該問題帶來的誤差，添加定步長校對程序，提高該零點(diǎn)的定位精度，進(jìn)而提高控制策略的控制效果進(jìn)而提高伺服系統(tǒng)在應(yīng)用行業(yè)中的使用性能。

本實(shí)施例中采用的伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法，包括以下步驟：

步驟1：采集伺服電機(jī)的三相電流ia；ib；ic和絕對值編碼器反饋的機(jī)械位置角信息θ，獲取電角度信息,公式如下：

θe＝θ*P

式中，θe為電角度，P為電機(jī)的極對數(shù)，a，b，c為三相電的三個項(xiàng)線，i為電流；

本實(shí)施例中,在確定電角度的過程中,還要對電角度進(jìn)行補(bǔ)償,過程如下：

步驟1-1：編碼器采集電機(jī)的實(shí)際電角度值；

步驟1-2：根據(jù)給定步長值計(jì)算總周期；

例如設(shè)定每個周期補(bǔ)償0.5度電角度，則需要(30-(-30))/0.5＝120周期完成補(bǔ)償，則第一個周期的補(bǔ)償角度大小為-29.5°。

步驟1-3：計(jì)算每個周期電角度的補(bǔ)償角大小；每補(bǔ)償一個周期，記錄采集到的電機(jī)相電流，將補(bǔ)償角度大小與電機(jī)相電流的均方根值一一對應(yīng)，繪制成表格；

步驟1-4：獲取步驟3表格中相電流最小的值對應(yīng)的補(bǔ)償角度，該補(bǔ)償角度與步驟1中采集到的實(shí)際電角度值做和獲得最終的電角度。

步驟2：對步驟1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行Clark和Park運(yùn)算以后，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流id；iq，經(jīng)過給定Q軸和D軸的給定值與id；iq的反饋值做差后分別通過電流控制器的控制以后，經(jīng)過prak-1運(yùn)算以后，得到SVPWM控制所需的兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓值，最后輸出控制電機(jī)所需的PWM調(diào)制波；

步驟3：PWM調(diào)制波輸出脈寬電壓，控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)施例采用的伺服系統(tǒng)零點(diǎn)校對的絕對值編碼器調(diào)零方法，其工作原理為：

以轉(zhuǎn)矩控制模式，本實(shí)施例設(shè)計(jì)的交流伺服驅(qū)動器是Ethercat通訊型，首先通過Ethercat將電流給定值指令通過上位機(jī)發(fā)送到該伺服驅(qū)動器中，然后通過濾波和平滑處理以后與機(jī)械對零后的編碼器反饋值做閉環(huán)控制，然后通過零點(diǎn)校對核心算法按定步長的方式補(bǔ)償編碼器反饋的角度，并記錄采樣電流的均方根值并存表。由于電機(jī)的電角度零點(diǎn)與零點(diǎn)越接近，該均方根值越小，因此在范圍內(nèi)的所有補(bǔ)償角度對應(yīng)的最小電流值即是電角度補(bǔ)償以后最接近電角度零點(diǎn)的值。最后將該值與機(jī)械對零反饋的值一起帶入角度反饋單元中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高控制系統(tǒng)的性能。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的电机编码器调零步骤_一种伺服系统零点校对的绝对值编码器调零方法与流程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。