摘要

本文主要介紹了伺服電機(jī)三相繞組與伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)盲接的方法，首先利用編碼器識別繞組線當(dāng)前接法，然后基于已獲知的接法調(diào)整PWM波輸出，實(shí)現(xiàn)在即使人工接錯(cuò)線的情況下，電機(jī)也能正常運(yùn)行，以減少因繞組接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的機(jī)械安全事故。

引言

伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)有機(jī)的整體，通過繞組線、編碼器線及抱閘線等實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能是電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器兩者配合所反映的綜合效果。在實(shí)際使用過程中，往往存在接線較多、密集難辨或操作失誤等情形，導(dǎo)致人工接錯(cuò)繞組線，有時(shí)，繞組線接錯(cuò)，電機(jī)不會運(yùn)行，直接報(bào)警，但也有的時(shí)候，繞組線接錯(cuò)可能造成飛車，導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)械安全事故、甚至生命安全。

針對這個(gè)問題，主要有兩種解決辦法，一種是通過結(jié)構(gòu)上的非對稱設(shè)計(jì)防止反接，一種是不做任何硬件或結(jié)構(gòu)上的變動(dòng)，在軟件算法上通過識別并調(diào)整PWM輸出，在任何繞組接線情況下都能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常運(yùn)行，本文主要對此種繞組線盲接法做詳細(xì)介紹。

正文

伺服系統(tǒng)上電后，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部先給其中的兩相供直流，利用編碼器讀出偏轉(zhuǎn)位置以判斷電機(jī)UVW三相和驅(qū)動(dòng)器abc口輸出的具體接法，判斷完成后，給電機(jī)正常供電，并根據(jù)得到的具體接法，將DSP輸出的三相PWM波輸出給對應(yīng)的MOS管以控制其開關(guān)。以實(shí)現(xiàn)，在三相繞組任何接線情況下，通過調(diào)整PWM波控制MOS管的順序來達(dá)到電機(jī)正常運(yùn)行的目的。

第一步：利用編碼器識別繞組線的具體接法

主要是借助電機(jī)單相或雙向繞組線通直流電時(shí)，電機(jī)會偏差一定角度，通過編碼器識別這一角度大?。ń^對位置），便可識別出驅(qū)動(dòng)器abc與電機(jī)UVW三相的具體接法。由于需要準(zhǔn)確獲知通電話電機(jī)的絕對位置，因此，對于絕對值編碼器，一次通電即可識別；對于增量式編碼器需要兩次通電后方可確定其絕對位置。目前市面上絕大部分已采用絕對值編碼器，本文以絕對值編碼器為例進(jìn)行介紹：

當(dāng)驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)繞組線接好，上電時(shí)，a相輸入1A電流，b相輸入2A，則不同接法的編碼器顯示的絕對位置如下：以紅線為零點(diǎn)，則正常接線時(shí)（a接U；b接V；c接W）,則偏轉(zhuǎn)位置如圖綠線所示，通過編碼器識別這一角度，從而判斷出a接U；b接V；c接W。

圖1

以紅線為零點(diǎn)，a,b反接（a接V；b接U；c接W）,則偏轉(zhuǎn)位置如圖綠線所示，通過編碼器識別這一角度，從而判斷出a接V；b接U；c接W。

圖2

對于三相而言，總共有六種接法。電機(jī)按照a相輸入1A電流，b相輸入2A，則會產(chǎn)生6個(gè)不同位置，通過識別編碼器的位置從而可以判斷出具體是哪一種接法。

第一步完成后，下一步給電機(jī)正常供電。

第二步：根據(jù)上一步編碼器識別出的具體接法來調(diào)整PWM波輸出

按照正常的電機(jī)控制，如下圖，DSP輸出的三對PWM信號控制固定的三對上下橋臂MOS管的開關(guān)。比如PWM1控制Ua對應(yīng)上下橋臂，PWM2控制Ub對應(yīng)上下橋臂，PWM3控制Uc對應(yīng)上下橋臂。

圖3

三相電機(jī)繞組接錯(cuò)線時(shí)，導(dǎo)致伺服控制紊亂，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生飛車，引起機(jī)械安全事故。因此，在第一步通過編碼器識別出具體接法的情況下，有必要調(diào)整對PWM信號輸出的順序。比如，當(dāng)a，b接反時(shí)（a接V；b接U；c接W），通過算法調(diào)整三對PWM信號，將PWM1輸出給Ub對應(yīng)橋臂，將PWM2輸出給Ua對應(yīng)橋臂，即調(diào)換兩對信號輸出目標(biāo)管。如下：

圖4

根據(jù)上圖的原理進(jìn)行仿真建模，輸入指令信號500rpm時(shí)，對應(yīng)的三相電流曲線以及速度曲線仿真結(jié)果如下：

繞組線接反時(shí)三相電流曲線仿真結(jié)果繞組線接反時(shí)指令速度及反饋速度曲線仿真結(jié)果

從上圖的仿真結(jié)果可以看出，不論伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的三相繞組如何接法，都可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正常運(yùn)行，因此，在不改變原有結(jié)構(gòu)或硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件算法可實(shí)現(xiàn)在即使人工接錯(cuò)線的情況下，電機(jī)也能正常運(yùn)行，以減少因繞組接線錯(cuò)誤導(dǎo)致的機(jī)械安全事故。

結(jié)束

本文針對在實(shí)際應(yīng)用中伺服電機(jī)繞組線和驅(qū)動(dòng)器之間的連接，有可能存在接錯(cuò)線的問題進(jìn)行深入研究，先通過編碼器識別具體接法，然后調(diào)整PWM輸出信號，即可避免因接錯(cuò)線導(dǎo)致的安全事故，并通過simulink仿真驗(yàn)證了此實(shí)驗(yàn)成果。此外，市面上還存在各種不同的電機(jī)，有兩相四線、三相四線以及三線六線等不同的接法，也有可能存在接錯(cuò)線的問題，本文提出的方法可適用于其他類的電機(jī)。

本文得到《基于矢量控制的交流伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)》項(xiàng)目的支持，項(xiàng)目編號為JSGG20170823162905889，再此表示感謝！