带UVW信号的增量式光电编码器在控制器测速中的应用

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90

º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