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VMIVME3122 M9738888編碼器SMS

帶UVW 信號(hào)的增量式光電編碼器在控制器測(cè)速中的應(yīng)用

增量式光電編碼器基礎(chǔ)

● 增量式光電編碼器示意圖

● 在碼盤(pán)上均勻地刻制一定數(shù)量的光柵，光柵一側(cè)固定有光接收傳感器，另一側(cè)有固定光源，使用時(shí)碼盤(pán)隨電機(jī)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)

● 碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生A 、B 和Z 信號(hào)，A 和B 存在90度的相位差，用以產(chǎn)生正交脈沖信號(hào)，測(cè)定位置增量，Z 信號(hào)每轉(zhuǎn)一圈觸發(fā)一個(gè)窄脈沖，用來(lái)做基準(zhǔn)校準(zhǔn)

QEP 信號(hào)解碼

● 增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器輸出A 、B （占空比50%）和Z 信號(hào)及其對(duì)應(yīng)互補(bǔ)的差分信號(hào)，濾波后經(jīng)差動(dòng)放大器分別輸出QEP_A、QEP_B和QEP_INDEX三路信號(hào)，接入到DSP 的QEI 模塊這些波形的時(shí)序如下圖

●根據(jù) A 、 B 信號(hào)相位超前或滯后可以判斷轉(zhuǎn)向, 脈沖的上下沿捕捉可以產(chǎn)生 4倍頻信 號(hào)提高編碼器的分辨率,脈沖累加計(jì)數(shù)用來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子相對(duì)于 Z 起始點(diǎn)的確切位置

帶定位信號(hào) U 、 V 和 W 信號(hào)的增量式光電編碼器

●U 、 V 和 W 信號(hào)用來(lái)給轉(zhuǎn)子做初始定位,這三個(gè)脈沖互差 120o電角度方波信號(hào)類(lèi)似于直 流無(wú)刷電機(jī)位置傳感器 HALL 的輸出信號(hào),在一個(gè)電角度周期,三個(gè)信號(hào)的輸出組成 6個(gè)狀態(tài),每個(gè)狀態(tài) 60o電角度

●要使 U 、 V 和 W 信號(hào)能判斷轉(zhuǎn)子的初始定位,需要將 U 相信號(hào)上升沿和電機(jī)反電勢(shì)和由

負(fù)到正過(guò)零點(diǎn)位置對(duì)齊

增量式光電編碼器初始位置

●編碼器 U 信號(hào)和 Z 信號(hào)的關(guān)系

●上面提及 U 、 V 和 W 信號(hào)類(lèi)似于直流無(wú)刷的 HALL 傳感器的信號(hào),通常使用 HALL 使用時(shí) 已經(jīng)把 1個(gè) HALL 安裝到 A 相電機(jī)繞組磁勢(shì)軸線(xiàn)位置, 另外兩個(gè)依次按照 120o電角度順 序安裝好,這樣 U 相信號(hào)上升沿和電機(jī) A 相反電勢(shì)和由負(fù)到正過(guò)零點(diǎn)位置對(duì)齊,該位 置定義為初始位置,此時(shí)。繞組 A 相軸線(xiàn)和轉(zhuǎn)子 D 軸對(duì)齊

●編碼器安裝好后, U 相信號(hào)上升沿位置也就確定, 所以編碼器的初次安裝一般而言需要 將 U 相信號(hào)標(biāo)定到 A 相電機(jī)繞組磁勢(shì)軸線(xiàn)位置

●Z 信號(hào)觸發(fā)信號(hào)通常而言和編碼器 U 相信號(hào)上升沿對(duì)齊, 如果有偏差, 需要加上校正因 子,這樣 Z 信號(hào)就能反應(yīng)電機(jī)的 U 相反電勢(shì)零點(diǎn)位置即初始位置的位置

●編碼器安裝好后,編碼器 U 相信號(hào)和 Z 觸發(fā)信號(hào)的位置是固定的,和 A 相繞組軸線(xiàn)存 在著對(duì)應(yīng)關(guān)系,但電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置是隨機(jī)的,可能在 0到 360o電角度 6個(gè)扇區(qū)之間的 任何一個(gè)位置,每個(gè)扇區(qū)的軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子的 D 軸是隨機(jī)的,定義該值 θz 。 θz 的物理含 義是:每個(gè)扇區(qū)的軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子 D 軸位置的差值。該差值是物理存在的,在矢量控制之 前必須要學(xué)到

轉(zhuǎn)子相位初始化

●對(duì)于采用帶 U,V,W 磁極信號(hào)的編碼器來(lái)說(shuō) , 采用這個(gè)編碼器能夠把一個(gè)電角度周期分

成 6個(gè)區(qū)間。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí),檢測(cè) U,V,W 三相的狀態(tài)能夠知道當(dāng)前在哪個(gè)區(qū)間(0~5) , 從而得到 θe=θZ+n*60+30.

●由于 U,V,W 只能分辨 60o電角度, 以 0區(qū)間為例, 電角度表示范圍在 0~60o之間, 取 其中間值 30o代表當(dāng)前位置

●對(duì)于磁鋼表貼式永磁電機(jī),通常采用 id=0的控制方式,定子磁鏈?zhǔn)噶砍稗D(zhuǎn)子 D 軸 90o時(shí)力矩大,用編碼器 U 、 V 和 W 相脈沖信號(hào)定位時(shí)由于有 30o的電角度誤差,所以定 子磁鏈?zhǔn)噶砍按艠O位置不一定剛好是 90o, 而是在 60o-120o之間。 這時(shí)轉(zhuǎn)矩不是大, 但足夠啟動(dòng)電機(jī),當(dāng) Z 信號(hào)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)就能重新修正轉(zhuǎn)子的位置,之后使用 A 、 B 脈沖的信號(hào)獲取精確的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)

●下圖為教科書(shū)通常的轉(zhuǎn)子相位初始化示意圖