e6旋转变压器及正余弦编码器零点校准系统.pdf

分 类 号 学 号 M200970310 学校代码 10487 密 级 硕士学位论文硕士学位论文 伺服伺服电机电机旋转变压器旋转变压器及及正余弦编码器正余弦编码器零点零点 校准校准系统系统 学位申请人： 肖 毅 学 科 专 业 ： 机械电子工程 指 导 教 师 ： 艾 武 教授 答 辩 日 期 ： 2012 年 1 月 5 日 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Research on Servo Motor Resolver and Sin/Cos Encoder Zero Point Calibration System Candidate : Xiao Yi Major : Mechatronic Engineering Supervisor : Prof. Ai Wu Huazhong University of Science and Technology Wuhan, Hubei 430074, P. R. China January, 2012 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽 我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文 本论文属于 （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密□，在 年解密后适用本授权书 不保密□ 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 I 摘摘 要要 在现代制造系统中，永磁同步伺服电机的应用十分广泛它不仅是动力环节，其配 备的编码器是电机转子的位置和转速的检测装置，对于伺服系统的闭环控制至关重要 永磁同步伺服电机生产过程中重要的一环是编码器零点的校准， 目的是使永磁体磁极位 置和编码器零点位置调整到一定的相对位置关系并固定、记录下来，在电机出厂时提供 给对应的伺服驱动器厂商， 使得伺服驱动器在控制电机运转的时候知道转子转轴的零点 位置。

因此，零点校准对于永磁同步伺服电机的制造、装配、控制都是十分重要的 由于编码器种类繁多，需要使用各种不同接口的驱动器来对不同的编码器实施零点 定位和校准，十分费时费力为解决这一问题，本文基于伺服电机控制和驱动的原理， 设计了一种同时适用于旋转变压器和正余弦编码器的专用伺服驱动器 本系统的硬件部分主要由控制板和功率驱动板组成其中，控制板基于 DSP 设计， 主要用来处理编码器信号和电机控制算法，以及其他控制程序；功率驱动板基于整流电 路和逆变电路设计，根据变压变频的基本原理驱动电机按要求转动和锁定系统软件部 分主要基于状态机架构，各种工作状态之间可以灵活的转移和切换；友好的人机界面程 序对系统状态实时监控，也允许用户修改和存储各种参数最后，经过系统调试，达到 了用户的技术指标要求 总的来说，本文设计的零点校准系统是一个专用的伺服电机驱动器，能够实现旋转 变压器和正余弦编码器的自动零点找寻和校准，具有校准精度高、操作方便等优点，对 于提高电机制造企业的总体生产效率有比较重要的实际意义 关键词关键词：： 伺服控制 旋转变压器 正余弦编码器 编码器调零 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 II Abstract In modern manufacturing system, the Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is widely used. PMSM is not only the driving component but also provides position and velocity information by its encoder, which is very important for close-loop control of servo system. In the production process of PMSM, it is a very important procedure to position and calibrate the zero point of encoders. The purpose is to match and record the certain position relationship between rotor’s magnetic pole and encoder’s zero point. This position information will be provided to the servo driver manufacturer, which enables the servo driver to know the initial position of the rotor so as to smoothly control motor motion. Therefore, zero point positioning and calibration have significant meaning for the manufacturing, assembly, and control processes of PMSM. The zero point calibration of different PMSM equipped with different encoders need different servo drivers, and it is also very time and energy consuming. To solve this problem, this thesis developed a specific servo driver based on servo control and drive principles, which is applicable to PMSM equipped with resolvers and sin/cos encoders. The system’s hardware mainly includes digital controller and power driver board. The control board based on DSP is designed to deal with encoder signals and motor control algorithm, and other control programs. The power driver board is developed based on rectifier and inverter circuits, which drive motors to rotate according to the basic principle of ―various voltage various frequency‖. The system’s software is based on state machines, which means the shift between several different states can be easily controlled. Additionally, the user friendly human-machine interface can not only monitor the real-time condition of whole system but also allows user to change and save all kinds of parameters. Finally, through the system debug, our design satisfied the user’s technical requirements. In summary, the zero point positioning and calibration system in this thesis is a specific servo motor driver which can automatically position the zero point of resolver and sin/cos encoder. It has the advantages of high calibration accuracy and easy operation. Therefore, this instrument has important practical meaning for improving the overall productivity of PMSM manufactures. Keywords: Servo Control, Resolver, Sin/Cos Encoder, Encoder Zero Point Calibration 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 III 目目 录录 摘 要 I Abstract. II 1 绪论 1.1 课题来源 . (1) 1.2 课题研究的背景、目的和意义 . (1) 1.3 论文主要内容及组织结构 . (2) 2 调零系统总体设计 2.1 旋转变压器和正余弦编码器简介 . (4) 2.2 零点校准方法与系统工作流程 . (6) 2.3 调零系统总体设计 . (10) 2.4 本章小结 (11) 3 调零系统硬件设计 3.1 控制电路设计 . (12) 3.2 驱动电路设计 . (19) 3.3 交流电源的电气控制回路设计 . (29) 3.4 本章小结 . (30) 4 调零系统软件设计 4.1 概述 . (32) 4.2 电机控制程序设计 . (32) 4.3 调零系统的状态机结构 . (35) 4.4 本章小结 . (37) 5 实验 5.1 系统实验平台介绍 . (39) 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 IV 5.2 实验与测试 . (39) 6 全文总结与展望 6.1 全文总结 . (49) 6.2 研究展望 . (49) 致谢 (51) 参考文献 (52) 附录 攻读硕士学位期间发表论文 (56) 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 1 绪论绪论 1.1 课题来源课题来源 数字制造装备与技术国家重点实验室与武汉华大新型电机科技股份有限公司合作 研发项目。

本文依托于“伺服电机编码器调零仪 II 型-旋转变压器与正余弦编码器”的 研发 1.2 课题研究的课题研究的背景背景、目的和意义、目的和意义 1.2.1 伺服电机简介 在现代制造系统中，永磁同步伺服电机的应用十分广泛永磁同步电机是使用稀土 永磁体作为转子磁极的一种新型交流电机， 其定。