编码器信号讲解(分享借鉴)

编码器信号讲解

带UVW 信号的增量式光电编码器在控制器测速中的应用

增量式光电编码器基础

●增量式光电编码器示意图

●在码盘上均匀地刻制一定数量的光栅，光栅一侧固定有光接收传感器，另一侧有固定光源，使用时码盘随电机轴同步转动

●码盘转动产生A 、B 和Z 信号，A 和B 存在90度的相位差，用以产生正交脉冲信号，测定位置增量，Z 信号每转一圈触发一个窄脉冲，用来做基准校准

QEP 信号解码

●增量式旋转光电编码器输出A 、B （占空比50%）和Z 信号及其对应互补的差分信号，滤波后经差动放大器分别输出QEP_A、QEP_B和QEP_INDEX三路信号，接入到DSP 的QEI 模块这些波形的时序如下图

●根据A 、B 信号相位超前或滞后可以判断转向, 脉冲的上下沿捕捉可以产生4倍频信号提高编码器的分辨率,脉冲累加计数用来计算转子相对于Z 起始点的确切位置带定位信号U 、V 和W 信号的增量式光电编码器

●U 、V 和W 信号用来给转子做初始定位,这三个脉冲互差120º电角度方波信号类似于直流无刷电机位置传感器HALL 的输出信号,在一个电角度周期,三个信号的输出组成6个状态,每个状态60º电角度

●要使U 、V 和W 信号能判断转子的初始定位,需要将U 相信号上升沿和电机反电势和由

负到正过零点位置对齐

增量式光电编码器初始位置

●编码器U 信号和Z 信号的关系

●上面提及U 、V 和W 信号类似于直流无刷的HALL 传感器的信号,通常使用HALL 使用时已经把1个HALL 安装到 A 相电机绕组磁势轴线位置, 另外两个依次按照120º电角度顺序安装好,这样U 相信号上升沿和电机A 相反电势和由负到正过零点位置对齐,该位置定义为初始位置,此时。绕组 A 相轴线和转子 D 轴对齐

●编码器安装好后, U 相信号上升沿位置也就确定, 所以编码器的初次安装一般而言需要

将U 相信号标定到A 相电机绕组磁势轴线位置

●Z 信号触发信号通常而言和编码器U 相信号上升沿对齐, 如果有偏差, 需要加上校正因子,这样Z 信号就能反应电机的U 相反电势零点位置即初始位置的位置

●编码器安装好后,编码器U 相信号和Z 触发信号的位置是固定的,和A 相绕组轴线存

在着对应关系,但电机转子的位置是随机的,可能在0到360º电角度6个扇区之间的任何一个位置,每个扇区的轴线与转子的 D 轴是随机的,定义该值θz 。θz 的物理含义是:每个扇区的轴线与转子 D 轴位置的差值。该差值是物理存在的,在矢量控制之前必须要学到转子相位初始化

●对于采用带U,V,W 磁极信号的编码器来说, 采用这个编码器能够把一个电角度周期分

成6个区间。当系统上电时,检测U,V,W 三相的状态能够知道当前在哪个区间(0~5) , 从而得到θe=θZ+n*60+30.

●由于U,V,W 只能分辨60º电角度, 以0区间为例, 电角度表示范围在0~60º之间, 取其中间值30º代表当前位置

●对于磁钢表贴式永磁电机,通常采用id=0的控制方式,定子磁链矢量超前转子D 轴90º时力矩最大,用编码器U 、V 和W 相脉冲信号定位时由于有30º的电角度误差,所以定子磁链矢量超前磁极位置不一定刚好是90º, 而是在60º-120º之间。这时转矩不是最大, 但足够启动电机,当Z 信号触发脉冲到来时就能重新修正转子的位置,之后使用 A 、B 脉冲的信号获取精确的转子位置信号

●下图为教科书通常的转子相位初始化示意图