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各种编码器校正方式 _文／刘剑文(广东省特种设备检测研究院广州5]．0000) 一、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AEIB，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，或日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； 技术交流 2．用示波器观察编码器的U相信 上述验证方法，也可以用作对 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ZN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 电棉工业 杂志 全新改版 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3O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UN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~93个电阻分别 接入电机的UVW三相绕组引线； 欢迎订阅、欢迎投稿、欢迎刊登广告 Tel：O20—8654785O／E—mail：2935086069@．com 电棉工业69 E 技术交流 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 二、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 70 ELEVATOR INDUSTRY 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E n D A T， B i S S， 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 度相位的一30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一30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，再加上一30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一3O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 三、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1~9sin，COS 1Vp-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，1；1~n2048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~9Z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(比如ERN 1 387)除 了具备上述正交的sin、cos~$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， ND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 技术交流 时，过零点都能准确复现，N~'-J齐 有效 结束语 以上只是部分编码器的校正方 式，需要完全精确调整还有看具体 型号的厂家的说明设计书，鉴于能 力问题，不足之处敬请给位专家指 正 电棉工业71 。