亨士乐增量编码器与伺服电机的相位对齐方式详解

在伺服系统中，位置反馈元件对于电机精准控制起着关键作用。主流的伺服电机位置反馈元件包含增量编码器、绝对式编码器、正余弦编码器以及旋转变压器等。今天HENGSTLER代理商西安德伍拓自动化和大家一起对于增量编码器与伺服电机的相位对齐方式展开深入探讨。


图为HENGSTLER RF53系列增量编码器应用照片

亨士乐增量编码器的相位对齐

增量编码器是伺服系统中常用的位置反馈元件之一，其输出信号通常为方波信号。根据功能差异，增量编码器可分为带换相信号的增量编码器和普通的增量编码器。普通的增量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；而带换相信号的增量编码器，除具备ABZ输出信号外，还拥有互差120度的电子换相信号，且各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。接下来，重点介绍带换相信号的增量编码器与伺服电机的相位对齐方法。
带换相信号亨士乐增量编码器的UVW电子换相信号相位对齐
电机轴定向：首先，使用一个直流电源为电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，电流从U相流入，V相流出，将电机轴定向至一个平衡位置。这一操作是为了给后续的相位对齐提供一个稳定的参考基准。
信号观察与初步调整：借助示波器，观察编码器的U相信号和Z信号。根据实际操作时的便利程度，调整HENGSTLER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。在这个过程中，需要一边调整，一边密切观察编码器U相信号的跳变沿以及Z信号的状态。
锁定相对位置：持续调整，直到Z信号稳定在高电平上（这里默认Z信号的常态为低电平），此时锁定编码器与电机的相对位置关系。为了验证对齐是否有效，来回扭转电机轴，松手后，若电机轴每次都能自由回复到平衡位置，并且Z信号都能稳定在高电平上，则说明对齐操作成功。

撤掉增量编码器直流电源后的验证方法

撤掉直流电源后，可采用以下方法进行验证：
使用示波器同时观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形。缓慢转动电机轴，当编码器的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时，编码器的Z信号也应出现在这个过零点上。

需要注意的是，此时增量编码器的U相信号的相位零点与电机UV线反电势的相位零点对齐。然而，由于电机的U相反电势与UV线反电势之间存在30度的相位差，所以这样对齐后，增量编码器的U相信号的相位零点实际上是与电机U相反电势的 -30 度相位点对齐的。而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，因此此时增量编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的 -30 度点对齐。

亨士乐增量编码器与电机电角度零点直接对齐的方法

有些伺服企业更倾向于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为实现这一目的，可按照以下步骤操作：
构建星型电阻网络：使用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。
观察U相反电势波形：以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，这样就可以近似得到电机的U相反电势波形。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。
完成对齐操作：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，此时锁定编码器与电机的相对位置关系，即完成了相位对齐。

普通亨士乐增量编码器的情况

由于普通增量编码器不具备UVW相位信息，其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，因此在本文的讨论中不做重点阐述。

通过以上对增量编码器与伺服电机相位对齐方式的详细介绍，有助于深入理解伺服系统中位置反馈元件与电机之间的相位关系，为伺服系统的精准调试和稳定运行提供重要参考。

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