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编码器、旋转变压器应急更换调零方法
  • 作者: 网络文章
  • 来源: 郡控收集整理
  • 日期: 2015-03-28
  • 点击次数: 11955
 万能增量式光电编码器控制的伺服电机零位调整技巧
 
    下述述两种调法完全取决于你的手工能力和熟练程度,一般来说,每款伺服电机都有自己专门的编码器自动调零软件.不外传仅是出于商业羸利和技术保密.如果你是一家正规的维修店,请不要采用以下方法,应通过正常渠道购买相应的专业设备.实践证明,手工调整如果技巧掌握得当,工作仔细负责,也可达到同样的效果.
   
   大批量更换新编码器调零方法
 
   第一步:折下损坏的编码器
 
   第二步:把新的编码器按标准固定于损坏的电机上
 
   第三步:按图纸找出Z信号和两根电源引出线,一般电源均为5V.
 
   第四步:准备好一个有24V5V两组输出电源的开关电源和一个略经改装的断线报警器,0V线与Z信号线接到断线报警器的两个光耦隔离输入端上
 
   第五步:在电机转动轮上固定一根二十厘米长的横杆,这样转动电机时转角精度很容易控制.
 
   第六步:所有连线接好后用手一点点转动电机轮子直到报警器发出报警时即为编码器零位,前后反复感觉一下便可获得最佳的位置,经实测用这种方法校正的零位误差极小,很适于批量调整,经实际使用完全合格.报警器也可用示波器代替,转动时  当示波器上的电压波形电位由4V左右跳变0V时或由0V跳变为4V左右即是编码器的零位.这个也很方便而且更精确.杆子的长度越长精度则越高,实际使用还是用报警器更方便又省钱.只要用耳朵感知就行了.在编码器的转子与定圈相邻处作好零位标记,然后拆下编码器
 
   第七步:找一个好的电机,用上述方法测定零位后在电机转轴与处壳相邻处作好电机的机械零位标记.
 
   第八步:引出电机的U V W动力线,接入一个用可控制的测试端子上,按顺序分别对其中两相通入24V直流电,通电时间设为2秒左右,观察各个电机最终停止位置(即各相的机械零位位置)其中一个始必与刚才所作的机械零位标记是同一个位置.这就是厂方软件固定的电机机械零位,当然能通过厂方专用编码器测试软件直接更改编码器的初始零位数据就更方便了.
如果你只有一台坏掉的伺服电机,你就要根据以上获得的几个相对机械零位逐个测试是不是我们所要的那个位置,这一步由伺服放大器的试运行模式来进行测试.有关资料是必须的,否则不要轻易动手,以免损坏编码器.
 
   第九步:把编码器装上电机后端,这一步要小心,以确保编码器零位记号和电机械械零位位置无偏移,最后固定柱头镙钉和可调固定底座.对于同类电机来说获得了一个正确的零位位置后以后也就知道了24V的正负极该正确地连接至U V W的哪两个端子上,以后就不必再逐个搞试验了,这一型号的编码器调零算是搞定了.
 
   第十步:正确连接电机与伺服放大器,并把工作模式定为试运行,各厂商的测试方式均有些差异,请仔细阅读说明书,如无任何硬件损坏,测试应 当一次成功.
 
   第十一步:用自动调谐功能自动设定合适的PID数据.以保证平稳运行的实际需要.由于损坏的有些电机很难判别电机轴承是否能承受额定高速运转的要求,经这样处理的电机还应进行抽样力矩测试和轴承测试,如果轴承磨损严重,应同时更换轴承.
 
   二应急调零方法,简单而且实用.但必须把电机拆离设备并依靠设备来进行调试.试好后再装回设备再可.事实上经过大量的调零试验,每个伺服电机都有一个角度小于10度的零速静止区域,350度的高速反转区域,如果你是偶而更换一只编码器,这样的做法确实是太麻烦了,这里有一个很简便的应急方法也能很快搞定.
 
     第一步:拆下损坏的编码器
 
     第二步:装上新的编码器,并与轴固定.而使可调底座悬空并可自由旋转,把电机重新连入电路,把机器速度调为零,通电正常后按启动开关后 有几种情况会发生
 
            一是电机高速反转,这是由于编码器与实际零位相差太大所致,不必惊慌,你可以把编码器转过一个角度直到电机能静止下来为止.
 
            二是电机在零速指令下处于静止状态这时你可以小心地先反时针转动编码器注意一定要慢,直到电机开始高速反转,记下该位置同时立即往回调至静止区域这里要求两手同时操作一手作旋转,另一手拿好记号笔记住动作一定要快也不可慌乱失措完全没必要这是正常现象然后按顺时针继续缓慢转动直到又一次高速反转的出现记下该位置并立即往回调至静止区
 
      通过上述调整,你会发现增量式伺服电机其实有一个较宽的可调区域,而这个区域里的中间位置就是伺服电机最大力矩输出点,如果一个电机力矩不足或正反方向运行时有一个方向上力矩不足往往是因为编码器的Z信号削弱或该位置偏离中心所致即零位发生了偏离,一般重新调整该零位即可
 
      对于一个新的编码器来说这个静止区域相对较小,如大幅增加则是编码器内部电路出了问题,表现为力矩不足或发热大幅增加.用电流表测量则空载电流明显增加.找到中心位置后并把这个位置擦干净,只要把编码器底座用502胶直接固定于电机侧面对应处即可.502干了后再在上机涂上一层在硅橡胶即可投入正常运行.实践证明,正常情况下这样处理后的伺服电机使用一年是没有问题的,
 
      从上面的调整可以看出,由于编码器的轴与电机轴心是可以随便以任一角度连接的,所以编码器零位与电机的机械位置只是相对位置而已只有编码器的轴与电机轴固定了,那么编码器的实际零位位置也便固定下来了,如果活动底座位置确定了,那么轴间的柱头镙钉的位置也便固定了.
 
      用上述方法最大的问题是偏离了原来的固定镙丝口造成无法固定.但由于502胶可快速定位,硅橡胶的耐温又超过150,硬度又不像环氧树脂 ,用了后难以清除,第二次更换时只要用刮刀刮干净即可
    
      如果编码器再次损坏从硅橡胶外表即可看出是轴承的缘故还是电路损坏.一般情况下总是电机的轴承先坏,从而导致电机温度过大进而 使编码器的轴承也接着损坏,一旦出现轴承高度磨损的现象,应立即更换轴承,以防编码器也跟着损坏.
 
 
                       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SINCOS包络的检测信号。旋变SINCOS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sinωt,转定子之间的角度为θ,则SIN信号为sinωt×sinθ,则COS信号为sinωt×cosθ,根据SINCOS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212次方,即4096,而科学研究和航空航天系统甚至可以达到220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:   1.3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θ的sinθ值对激励信号的调制结果,因而与sinθ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sinθ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sinθ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U30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。
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