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伺服电机控制板原理图（全面版）资料

1 2 3 4 P0R11302 P0R14502 P0D2701 1 P0R10902 P0U2102 A P0C9501 P0C9502 P0T201 P0U2101 2 1 T2 R113 R145 R87 R91 P0R13701 P0R11301 P0C9002 P0C9001 P0C9101 P0C9102 P0R14501 P0D3002 P0D2702 4P0U2104 AC 3P0U2103 V- R137 P0C10202 P0C10201 P0R13702 P0R13002 3 P0D3001 P0R12001 P0C10302 P0C10301 P0R12002 P0D3202 P0C10702 P0C10701 C102 C103 u1620 C107 P0C10602 P0C10601 P0R9502 P0D3201 P0T203 9 D30 R120 D32 2 P0T202 C90 220uF P0R10901 U21 GBU1010 AC V+ D27 R109 C95 P0R8701 P0R8702 C85 P0C8501 P0C8502 P0R9102 A C91 P0R9101 D39 L3 P0L302 P0L301 P0D3901 P0D3902 P0T209 D28 P0D2801 P0D2802 P0TP33 TP33 P0R13001 R95 D38 P0D3802 P0D3801 P0C9602 P0C9601 P0C9802 P0C9801 P0R10702 P0R9501 R130 P0R13402 4 P0T204 10 P0T2021 4 P0S203 3 P0S204 C106 C96 C98 R107 P0C8702 P0C8701 OUT 15V P0TP39 TP39 C87 P0R13401 P0TP41 TP41 5 S2 P0R10701 R134 1N4148 U32 P0C10002 P0C10001 P0U3202 P0T205 P0R15102 P0TP38 TP38 1 2 P0S202 P0S201 P0R13102 6 P0T206 P0R13502 P0R13101 R135 5 N0U3403 U34.3 P0R14002 P0R13501 R139 P0R13901 P0R13902 P0Q1502 P0U3105 3 P0Q1503 P0R15002 UC3842AD1 R140 P0C10402 P0C10401 D33 P0D3302 P0D3301 P0R14001 P0R15001 P0R13601 P0R13602 P0R14601 P0R17902 P0R17802 P0R17702 P0R17602 P0R14102 P0R14101 C104 P0R17901 P0R17801 P0R17701 P0R17601 P0R14602 R179 R178 R177 R176 R175 R133 P0R13301 P0R13302 C U34 P0U3404 P0U3401 P0R17502 R146 P0R17501 R141 P0R15201 R136 R150 P0R15202 GND Q15 1 P0Q1501 20N60 2 4 2 3 RT/CT P0U3102 VFB P0U3103 I SEN P0U3104 VCC P0U3107 7 C94 P0C9401 P0C9402 C108 P0C10801 P0C10802 P0R15101 R131 C99 U31 D29 P0D2902 P0D2901 3 R151 P0U3203 B P0C9901 P0C9902 OUT GND P0C10102 P0C10101 1P0U3201 IN 2 R106 P0R10602 P0R10601 C100 C101 B P0TP40 TP40 1 COMP P0U3108 8 V REFP0U3106 6 OUT P0U3101 R152 C P0U3403 P0U3402 P0Q903 Optoisolator1 P0C10501P0C10502 3 C105 K Q9 VREF P0Q901 A D Title P0R14901 2 P0Q902 P0R14902 1 R149 T21 of Power source.SchDoc Size A4 Date: File: 1 2 3 2021-5-24 Sheet of D:\Program Files\..\T21 of Power source.SchDoc By: Drawn 4 Number Revision D

伺服电机转子反馈的检测相位与转子磁极相位的对齐方式
论坛中总是有人问及伺服电机编码器相位与转子磁极相位零点如何对齐的问题,这样的问题论坛中多有回答,本人也曾在多个帖子有所回复,鉴于本人的回复较为零散,早就想整理集中一下,只是一直未能如愿,今借十一长假之际,将自己对这一问题的经验和体会整理汇总一下,以供大家参考,或者有个全面的了解。
永磁交流伺服电机的编码器相位为何要与转子磁极相位对齐
其唯一目的就是要达成矢量控制的目标,使d轴励磁分量和q轴出力分量解耦,令永磁交流伺服电机定子绕组产生的电磁场始终正交于转子永磁场,从而获得最佳的出力效果,即“类直流特性”,这种控制方法也被称为磁场定向控制(FOC,达成FOC控制目标的外在表现就是永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致,如下图所示:

图1
因此反推可知,只要想办法令永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致,就可以达成FOC控制目标,使永磁交流伺服电机的初级电磁场与磁极永磁场正交,即波形间互差90度电角度,如下图所示:

图2
如何想办法使永磁交流伺服电机的“相电流”波形始终与“相反电势”波形保持一致呢?由图1可知,只要能够随时检测到正弦型反电势波形的电角度相位,然后就可以相对容易地根据此相位生成与反电势波形一致的正弦型相电流波形了,因此相位对齐就可以转化为编码器相位与反电势波形相位的对齐关系。

在实际操作中,欧美厂商习惯于采用给电机的绕组通以小于额定电流的直流电流使电机转子定向的方法来对齐编码器和转子磁极的相位。当电机的绕组通入小于额定电流的直流电流时,在无外力条件下,初级电磁场与磁极永磁场相互作用,会相互吸引并定位至互差0度相位的平衡位置上,如下图所示:

图3
对比上面的图3和图2可见,虽然U相绕组(红色的位置同处于电磁场波形的峰值中心(特定角度,但FOC控制下,U相中心与永磁体的q轴对齐,而空载定向时,U相中心却与d轴对齐,也就实现了a轴或¦Á轴与d轴间的对齐关系,此时相位对齐到电角度0度,电机绕组中施加的转子定向电流的方向为U相入,VW出,由于V相与W相是并联关系,流经V相和W相的电流有可能出现不平衡,从而影响转子定向的准确性。
实用化的转子定向电流施加方法是U入,V出,即U相与V相串联,可获得幅值完全一致的U相和V相电流,有利于定向的准确性,此时U相绕组(红色的位置与d轴差30度电角度,即a轴或¦Á轴对齐到与d差(负30度的电角度位置上,如图所示:

图4
上述两种转子定向方法对应的绕组相反电势波形和线反电势,以及电角度的关系如下图所示,棕色线为a轴或¦Á轴与d轴对齐,即直接对齐到电角度0点,紫色线为a轴或¦Á轴对齐到与d差(负30度的电角度位置,即对齐到-30度电角度点:

图5
d、q轴矢量与a、b、c轴或¦Á、¦Â轴之间的角度的关系如下图所示,棕色线d轴与a轴或¦Á轴对齐,即直接对齐到电角度0点,紫色线为d‘轴与a轴或¦Á轴相差30度,即对齐到-30度电角度点:

图6
主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器,绝对式编码器,正余弦编码器,旋转变压器等。

增量式编码器的相位对齐方式
在此讨论中,增量式编码器的输出信号为方波信号,又可以分为带换相信号的增量式编码器和普通的增量式编码器,普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B,以及零位信号Z;带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外,还具备互差120度的电子换相信号UVW,UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。带换相信号的增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位,或曰电角度相位之间的对齐方法如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察编码器U相信号跳变沿,和Z信号,直到Z信号稳定在高电平上(在此默认Z信号的常态为低电平,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,Z信号都能稳定在高电平上,则对齐有效。
撤掉直流电源后,验证如下:
1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合,编码器的Z信号也出现在这个过零点上。
上述验证方法,也可以用作对齐方法。
需要注意的是,此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零点对齐,由于电机的U相反电势,与UV线反电势之间相差30度,因而这样对齐后,增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐,而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致,所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐,为达到此目的,可以:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似得到电机的U相反电势波形;
3.依据操作的方便程度,调整编码器转轴与电机轴的相对位置,或者编码器外壳与电机外壳的相对位置;
4.一边调整,一边观察编码器的U相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最终使上升沿和过零点重合,锁定编码器与电机的相对位置关系,完成对齐。
由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息,而Z信号也只能反映一圈内的一个点位,不具备直接的相位对齐潜力,因而不作为本讨论的话题。

绝对式编码器的相位对齐方式
绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言,差别不大,其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平,利用此电平的0和1的翻转,也可以实现编码器和电机的相位对齐,方法如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察最高计数位信号的跳变沿,直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,跳变沿都能准确复现,则对齐有效。
这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT,BiSS,Hyperface等串行协议,以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代,因而最高位信号就不符存在了,此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化,其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM,存储编码器随机安装在电机轴上后实测的相位,具体方法如下:
1.将编码器随机安装在电机上,即固结编码器转轴与电机轴,以及编码器外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值,并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中;
4.对齐过程结束。
由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,因此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后,驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差,并根据电机极对数进行必要的换算,再加上-30度,就可以得到该时刻的电机电角度相位。
这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现,日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。这种对齐方法的一大好处是,只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流,无需调整编码器和电机轴之间的角度关系,因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上,且无需精细,甚至简单的调整过程,操作简单,工艺性好。
如果绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM,又没有可供检测的最高计数位引脚,则对齐方法会相对复杂。如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示,则可以考虑:

1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.经过上述调整,使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,上述折算位置点都能准确复现,则对齐有效。
如果用户连绝对值信息都无法获得,那么就只能借助原厂的专用工装,一边检测绝对位置检测值,一边检测电机电角度相位,利用工装,调整编码器和电机的相对角位置关系,将编码器相位与电机电角度相位相互对齐,然后再锁定。这样一来,用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。
个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法,简单,实用,适应性好,便于向用户开放,以便用户自行安装编码器,并完成电机电角度的相位整定。
正余弦编码器的相位对齐方式
普通的正余弦编码器具备一对正交的sin,cos1Vp-p信号,相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号,每圈会重复许许多多个信号周期,比如2048等;以及一个窄幅的对称三角波Index信号,相当于增量式编码器的Z信号,一圈一般出现一个;这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外,还具备一对一圈只出现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号,如果以C信号为sin,则D信号为cos,通过sin、cos信号的高倍率细分技术,不仅可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的名义检测分辨率,比如2048线的正余弦编码器经2048细分后,就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率,当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统,而国内厂家尚不多见;此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后,还可以提供较高的每转绝对位置信息,比如每转2048个绝对位置,因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。
采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察C信号波形,直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,过零点都能准确复现,则对齐有效。
撤掉直流电源后,验证如下:
1.用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形;

2.转动电机轴,编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
这种验证方法,也可以用作对齐方法。
此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
如果想直接和电机电角度的0度点对齐,可以考虑:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似得到电机的U相反电势波形;
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置;
4.一边调整,一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最终使2个过零点重合,锁定编码器与电机的相对位置关系,完成对齐。
由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息,而Index信号也只能反映一圈内的一个点位,不具备直接的相位对齐潜力,因而在此也不作为讨论的话题。
如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息,则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息;
3.调整旋变轴与电机轴的相对位置;
4.经过上述调整,使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,上述折算绝对位置点都能准确复现,则对齐有效。
此后可以在撤掉直流电源后,得到与前面基本相同的对齐验证效果:
1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,验证编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器,也可以存储正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位,具体方法如下:
1.将正余弦随机安装在电机上,即固结编码器转轴与电机轴,以及编码器外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;

3.用伺服驱动器读取由C、D信号解析出来的单圈绝对位置值,并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中;
4.对齐过程结束。
由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后,驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这个存储值做差,并根据电机极对数进行必要的换算,再加上-30度,就可以得到该时刻的电机电角度相位。
这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现,而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中,因此一旦对齐后,电机就和驱动器事实上绑定了,如果需要更换电机、正余弦编码器、或者驱动器,都需要重新进行初始安装相位的对齐操作,并重新绑定电机和驱动器的配套关系。
旋转变压器的相位对齐方式
旋转变压器简称旋变,是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的,相比于采用光电技术的编码器而言,具有耐热,耐振。耐冲击,耐油污,甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力,因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛采用,一对极(单速的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统,应用也最为广泛,因而在此仅以单速旋变为讨论对象,多速旋变与伺服电机配套,个人认为其极对数最好采用电机极对数的约数,一便于电机度的对应和极对数分解。
旋变的信号引线一般为6根,分为3组,分别对应一个激励线圈,和2个正交的感应线圈,激励线圈接受输入的正弦型激励信号,感应线圈依据旋变转定子的相互角位置关系,感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。旋变SIN和COS输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果,如果激励信号是sin¦Øt,转定子之间的角度为¦È,则SIN信号为sin¦Øt×sin¦È,则COS信号为sin¦Øt×cos¦È,根据SIN,COS信号和原始的激励信号,通过必要的检测电路,就可以获得较高分辨率的位置检测结果,目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到每圈2的12次方,即4096,而科学研究和航空航天系统甚至可以达到2的20次方以上,不过体积和成本也都非常可观。
商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐方法如下:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出;
2.然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出;
3.依据操作的方便程度,调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置,或者旋变定子与电机外壳的相对位置;
4.一边调整,一边观察旋变SIN信号的包络,一直调整到信号包络的幅值完全归零,锁定旋变;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,信号包络的幅值过零点都能准确复现,则对齐有效。

撤掉直流电源,进行对齐验证:
1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形;
2.转动电机轴,验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
这个验证方法,也可以用作对齐方法。
此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
如果想直接和电机电角度的0度点对齐,可以考虑:
1.用3个阻值相等的电阻接成星型,然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线;
2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点,就可以近似得到电机的U相反电势波形;
3.依据操作的方便程度,调整编码器转轴与电机轴的相对位置,或者编码器外壳与电机外壳的相对位置;
4.一边调整,一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点,最终使这2个过零点重合,锁定编码器与电机的相对位置关系,完成对齐。
需要指出的是,在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。由于SIN信号是以转定子之间的角度为¦È的sin¦È值对激励信号的调制结果,因而与sin¦È的正半周对应的SIN信号包络中,被调制的激励信号与原始激励信号同相,而与sin¦È的负半周对应的SIN信号包络中,被调制的激励信号与原始激励信号反相,据此可以区别判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周,对齐时,需要取sin¦È由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点,如果取反了,或者未加准确判断的话,对齐后的电角度有可能错位180度,从而有可能造成速度外环进入正反馈。
如果可接入旋变的伺服驱动器能够为用户提供从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息,则可以考虑:
1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
2.利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息;
3.依据操作的方便程度,调整旋变轴与电机轴的相对位置,或者旋变外壳与电机外壳的相对位置;
4.经过上述调整,使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点,锁定编码器与电机的相对位置关系;
5.来回扭转电机轴,撒手后,若电机轴每次自由回复到平衡位置时,上述折算绝对位置点都能准确复现,则对齐有效。
此后可以在撤掉直流电源后,得到与前面基本相同的对齐验证效果:
1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形;

2.转动电机轴,验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。
如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器,也可以存储旋变随机安装在电机轴上后实测的相位,具体方法如下:
1.将旋变随机安装在电机上,即固结旋变转轴与电机轴,以及旋变外壳与电机外壳;
2.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电,U入,V出,将电机轴定向至一个平衡位置;
3.用伺服驱动器读取由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值,并存入驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中;
4.对齐过程结束。
由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向,因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后,驱动器将任意时刻由旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值与这个存储值做差,并根据电机极对数进行必要的换算,再加上-30度,就可以得到该时刻的电机电角度相位。
这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现,而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中,因此一旦对齐后,电机就和驱动器事实上绑定了,如果需要更换电机、旋变、或者驱动器,都需要重新进行初始安装相位的对齐操作,并重新绑定电机和驱动器的配套关系。
注意
1.以上讨论中,所谓对齐到电机电角度的-30度相位的提法,是以UV反电势波形滞后于U 相30度的前提为条件。
2.以上讨论中,都以UV相通电,并参考UV线反电势波形为例,有些伺服系统的对齐方式可能会采用UW相通电并参考UW线反电势波形。
3.如果想直接对齐到电机电角度0度相位点,也可以将U相接入低压直流源的正极,将V 相和W相并联后接入直流源的负端,此时电机轴的定向角相对于UV相串联通电的方式会偏移30度,以文中给出的相应对齐方法对齐后,原则上将对齐于电机电角度的0度相位,而不再有-30度的偏移量。这样做看似有好处,但是考虑电机绕组的参数不一致性,V相和W相并联后,分别流经V相和W相绕组的电流很可能并不一致,从而会影响电机轴定向角度的准确性。而在UV相通电时,U相和V相绕组为单纯的串联关系,因此流经U相和V 相绕组的电流必然是一致的,电机轴定向角度的准确性不会受到绕组定向电流的影响。
4.不排除伺服厂商有意将初始相位错位对齐的可能性,尤其是在可以提供绝对位置数据的反馈系统中,初始相位的错位对齐将很容易被数据的偏置量补偿回来,以此种方式也许可以起到某种保护自己产品线的作用。只是这样一来,用户就更加无从知道伺服电机反馈元件的初始相位到底该对齐到哪儿了。用户自然也不愿意遇到这样的供应商。
对于直线电机而言，采用增量式直线编码器+UVW 霍尔相位检测信号的方式可以借鉴上面 的带 UVW 相位的增量式编码器的方式； 采用绝对式直线编码器反馈的直线电机，可以参考上述绝对式编码器的方式； 带 C、D 信号的直线编码器目前本人上位见过，而且长距离的感觉也很难实现，故在直线电 机应用可以不考虑； 与旋变对应的直线感应式传感器为感应同步器，不过目前应用日少，而且其印刷“绕组”的物 理节距（毫米级）往往小于直线电机的永磁体极距（几十毫米级），所以无法与旋变应用直 接对应，如果一定要用，可参照“增量式直线编码器+UVW 霍尔相位检测信号的方式”。 增量式编码器相对容易实现以单一仪器进行检测，毕竟其信号相对简单。 绝对式编码器就不那么容易，因为各家有各家的串行协议，比如海德汉的 EnDAT，施曼/ 施克的 Hyperface，BiSS，SSI 等，除了 SSI 相对简单，其它都有一定的复杂度，而且互不 兼容，虽然协议是对用户公开的，但每种协议都得做进检测仪器里。而对于日系伺服用的伪 绝对式编码器， 除了多摩川的编码器串行协议可以向用户公开， 山洋的可以部分向用户公开 外，其它的什么三菱、安川、松下等等都对用户保密，拿不到协议，也就没法用单一仪器进 行检测了。 初稿中曾提及“对关于如何有效区分旋变的 SIN 包络信号中的正半周和负半周，本人尚无经 验”，前天拿到一份多摩川的 ppt 讲稿，里面有的 2 张图可以说明了旋变的 SIN、COS 包络 信号中的正半周和负半周的波形特点，如下所示：
由此可见，正半周和负半周中，被调制后的激励信号的相位是有差别的，正半周中被调制后 的激励信号与原始激励信号同相， 而负半周中被调制后的激励信号与原始激励信号反， 据此
就可以在电机电机电角度初始相位对齐的过程有效区分 SIN 包络信号中的正半周和负半周， 避免因无从判断而可能导致错位 180 度对齐的问题。 原帖也就此修订补偿过来了。

任务六 伺服电机多点定位控制系统教学设计

课程名称
电力系统电气控制与PLC应用
学习主题
伺服电机多点定位控制
授课专业
电力系统自动化技术
主讲教师
赵慧娴
学
情
分
析

伺服电机的多点定位控制是在单点定位的基础上增加上位机控制，上位机的可视化编程方法与触摸屏类似，所以这一任务的难度不大。

教
学
目
标
（一） 知识目标
1. 理解伺服电机多点定位的工作原理。
2. 明白上位机的作用。
（二） 技能训练目标
1.掌握上位机与PLC的组态方法。
2.掌握上位机的可视化编程方法。
3.掌握WINCC组态软件的使用方法。
(三) 素质目标
1、培养学生的自主学习能力；
2、培养学生的沟通与表达能力；
1.培养学生的综合技术应用能力；
2.培养学生解决实际问题的能力。

知识体系

精讲案例
在上位机中设置伺服电机的转动角度，伺服电机按要求旋转。在上位机中改变设置角度，伺服电机的旋转角度随之改变。同时伺服电机的实际旋转角度可以通过上位机得以显示。

内
容
分
析

本任务是 “高精度运动控制与监视”中的第六个任务。该任务的主要内容是对伺服电机进行多点定位控制。本次任务是通过在伺服电机的位置控制系统中添加上位机并对上位机进行可视化编程来实现的。伺服电机的多点定位程序与之前的位置控制并没有太大的区别，所以本次课的主要内容是教授学生上位机的组态方法与可视化编程的方法。上位机在与PLC进行组态时要添加三个硬件,分别是：常规PC、通信模块、以太网接口，这三个硬件在硬件目录中的位置是需要牢记的。上位机的可视化编程方法与触摸屏相似，所以学生可以对比触摸屏的可视化编程方法在上位机的程序中制作用以设定转动角度和显示实际角度的I/O域和各种控制按钮。与触摸屏不同的是上位机在启动运行界面时只需要点击“在PC上启动运行系统按钮”就可以而不需要下载程序。
本项任务的内容主要包括两大部分，分为“上位机的组态方法”和 “上位机的可视化编程方法”两大部分。其中这两项均为本项目的重点。
策略选择
课前学习，课堂互动
教学资源
资源名称
资源形式
来源
1
西门子S7-300PLC基础与应用
教材
选用
2
运动控制技术
教材
选用
3
授课视频
视频
自制

博美德乮广州乯数控设备 丗付先生
丗134********
BONMET SA Smart & Accurate
BONMET SERVO SYSTEM
性能卓越●多合一控制方式
利用参数切换可分别使用:①位置控制;②速
度控制;③转矩控制;④JOG控制;⑤点对点
控制。
●单轴定位功能
SA系列伺服驱动器内置了16节点的单轴定位
功能,用户可以通过伺服驱动器的RS-232通
讯接口直接与触摸屏连接,从而省却了中间的
PLC单元。
●伺服系统分析功能
博美德伺服驱动器专用计算机软件
Servofly,能对所有参数进行编辑、传送、比
较以及初始化,监控所有信号、报警、系统状
态等,功能强大,操作便捷。
种类齐全●与机器匹配的伺服电机种类齐全
博美德伺服电机现在拥有27种不同型号,适
用面广泛,并且我们仍在不断开发新型产品。
●多种配套类型伺服驱动器
博美德伺服驱动器拥有SA系列和SL系列2

驱动器,广泛运用于各种工业环境。
质量保证●伺服电机
选用高工作温度、高磁能积优质的永磁材料做
成,使用优化的电磁参数设计,电机长期运行
时仍能保持优良的工作状态,IP65的防护等
级,特别适用于工业环境。
●伺服驱动器
采用德国进口模块,专业的系统设计,先进的
PID控制算法,能与电机参数实现无缝联接,
使产品性能达到最佳效果。●控制软件
●型号说明
●适配类型
●SM系列伺服电机●ML系列一体机
●伺服驱动器规格●伺服驱动器连接图●伺服产品选件Contents
● 控制软件—Servofly
Servofly 是Bonmet Motion GmbH 独立研
发的
SA

系列伺服驱动器专用型软件,界面友好,使用简单快捷,功能强大,可对驱动器实施完美控制,将电机性能发挥到最大。
具有以下主要特点:
参数管理——能对所有的参数进行编辑、传送、比较以及初始化。
监 控——能实时监控所有的输入 / 输出信号、当前报警及历史记录、以及系统状态等。
实时采样——能实时采集速度和转矩的波形,便于调 试和分析。
调 试——能快速调整伺服驱动器的增益,在没有位置或速度指令输入时可进行简单的测试。

通过软件,用户可以轻松调节所有参数设定, 细致的参数设置分类,可帮助用户将伺服系统 性能发挥到最大。
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Servofly 是一款性能稳定,智能性极高的专业软件,可支持用户要求的付费扩展功能,我们将不断完善软件,实现更多功能,更稳定的系统,更方面快捷的操作,用户可以在我们的官方网站下载最新软件使用。
●SM系列伺服电机型号说明
SM 110 050 30 L F B Z
1 2 3 4 5 6 7 8
1:表示电机是正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机。
2:表示电机外径,单位:mm。
3:表示电机零速转矩,其值为三位数×0.1,单位:Nm。
4:表示电机额定转速,其值为二位数×100,单位:rpm。
5:表示电机适配的驱动器工作电压,L—AC220V,H—AC380V。
6:表示反馈元件的规格,F—复合式增量编码器(2500 C/T;F1—省线式增量编码器;R—1对极旋转变压器。
7:表示电机类型,B—基本型。
8:表示电机安装了失电制动器。
●SA系列伺服驱动器型号说明
SA 3L 10 B XX
1 2 3 4 5
1:驱动器类型:SA—通用型伺服驱动器;
2:驱动器外接电源:1L—单相AC220V(1Ф220V;3L—三相AC220V(3Ф220V;3H—三相AC380V(3Ф380V。
3:驱动器规格标志符,10表示驱动器额定电流为10A。
4:驱动器功率规格代码。
5:表示驱动器软件订制标志。
SL系列伺服驱动器型号说明
SL 10A XX
1 2 3
1:驱动器类型:SL—低压直流型伺服驱动器;
2:驱动器外接电源:48~80VDC;
3:驱动器规格标志符, 10A表示驱动器额定电流为10A。
4:表示驱动器软件订制标志。
伺服电机主要参数BONMET伺服驱动器型号
电机系列电机型号额定转矩额定转速额定功率SFC配置SFC+配置高压配置
SM型伺服电机40系列
SM 40-001-30LFB 0.1Nm 3000rpm 0.03Kw SL10A SA3L04C SA3H10C
SM 40-002-30LFB 0.13Nm 3000rpm 0.05Kw SL10A SA3L04C SA3H10C
SM 40-003-30LFB 0.3 Nm 3000rpm 0.1Kw SL10A SA3L04C SA3H10C 60系列
SM 60-003-30LFB 0.3 Nm 3000rpm 0.1Kw SL10A SA3L04C SA3H10C
SM 60-006-30LFB 0.67Nm 3000rpm 0.2Kw SL10A SA3L04C