伺服电机编码器调零 --- （伺服电机编码器的作用及原理）
电机接线柱UVZ的含义及伺服电机编码器调整
对于电机接线柱UVZ，U、V代表电机的两相输入，用于驱动电机转动，而Z则代表编码器的零位信号，用于确定电机的初始位置。
关于伺服电机编码器的调整，这是一个相对复杂的过程，涉及到核心技术的运用。以下重点讨论增量式编码器和绝对式编码器的相位对齐方式。
一、增量式编码器的相位对齐
对于增量式编码器，其输出信号为方波信号。具备ABZ输出信号的增量式编码器，其UVW电子换相信号的相位与电机电角度相位之间的对齐需要精细调整。具体步骤如下：
1. 用直流电源给电机UV绕组通电，使电机轴定向至平衡位置。
2. 利用示波器观察编码器的U相信号和Z信号。
3. 通过调整编码器转轴与电机轴的相对位置，使U相信号跳变沿与Z信号达到稳定状态。
4. 验证过程中，需观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形，确保二者相位对齐。最终，增量式编码器的U相信号相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
二、绝对式编码器的相位对齐
绝对式编码器的相位对齐关键在于在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。具体步骤如下：
1. 同样，先用直流电源给电机UV绕组通电，使电机轴定向至平衡位置。
2. 利用示波器观察绝对编码器的更高计数位电平信号。
3. 通过调整编码器转轴与电机轴的相对位置，使更高计数位信号的跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处。
在实际操作中，调整过程可能较为复杂，需要专业的仪器和技术人员的配合。由于涉及到核心技术，外人可能难以完全掌握。对于非专业人士，建议寻求专业人员的帮助进行编码器调整。希望以上内容能帮助大家更好地了解伺服编码器的知识。当前市场上，新型绝对式编码器已经广泛采用了EnDAT、BiSS、Hyperface等串行协议，以及日系专用串行协议。这些编码器已经逐渐取代了使用更高位信号的编码器。随着技术的演进，编码器和电机相位的对齐方式也发生了变化。
对于新型绝对式编码器，一种实用的方法是利用编码器内部的EEPROM。具体步骤如下：
1. 将编码器随机安装在电机上，确保编码器转轴与电机轴、编码器外壳与电机外壳紧密固结。
2. 使用一个直流电源，给电机的UV绕组通入小于额定电流的直流电，使U入V出，以此将电机轴定向至一个平衡位置。
3. 通过伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并将这个值存入编码器内部EEPROM中，这个值对应的是电机电角度的初始相位。
4. 对齐过程至此结束。由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，驱动器会将任意时刻的单圈位置检测数据与存储在EEPROM中的位置检测值进行对比，并结合电机极数进行换算，从而得到该时刻的电机电角度相位。
这种对齐方法需要编码器和伺服驱动器的配合。而日系伺服之所以不向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作，是因为其中涉及到技术细节和专利问题。这种对齐方式的优势在于，它只需要向电机绕组提供定向电流，无需调整编码器和电机轴之间的角度关系，因此编码器可以任意初始角度安装在电机上，安装过程简单，工艺性好。
如果绝对式编码器没有EEPROM或更高计数位引脚可供使用，对齐过程会相对复杂。如果伺服驱动器能读取并显示单圈绝对位置信息，可以按以下步骤进行：
1. 将电机轴定向至平衡位置。
2. 利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值。
3. 调整编码器转轴与电机轴的相对位置，使显示的单圈绝对位置值接近根据电机极数折算出的电角度所对应的绝对位置点。
4. 锁定编码器与电机的相对位置关系。如果来回扭转电机轴后，松开手时电机轴每次都能回复到平衡位置且上述折算位置点都能准确复现，那么对齐就是有效的。
对于那些无法获取绝对值信息的用户来说，只能依赖原厂专用工装来检测并调整编码器和电机的相对角位置关系。这样一来，用户自行解决编码器的相位对齐问题就会变得更为困难。
对于正余弦编码器的相位对齐，通常采用观察其C信号波形的方式进行。除了具备正交的sin、cos信号外，一些正余弦编码器还有相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号。这种编码器的C、D信号经过细分后，可以提供较高的每转绝对位置信息。对齐方式如下：
1. 将电机轴定向至平衡位置。
2. 使用示波器观察正余弦编码器的C信号波形。
3. 根据波形调整编码器转轴与电机轴的相对位置。
4. 锁定编码器与电机的相对位置关系，确保C信号的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处。
5. 如果电机轴每次都能准确回复到平衡位置且过零点都能准确复现，那么对齐就是有效的。
无论是哪种编码器，其相位对齐都需要精确的操作和合适的工具。随着技术的发展，我们期待更为简便、实用的对齐方式的出现，以便用户能更轻松地完成编码器和电机的相位对齐。撤掉直流电源后，如何验证编码器与电机的相位对齐情况
使用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形是一种有效的验证方法。具体步骤如下：
1. 使用示波器观察编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形。
2. 通过转动电机轴，观察编码器的C相信号由低到高的过零点是否与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。这种验证方法也可以用于确认相位对齐。
若想要与电机电角度的0度点对齐，可以考虑采取以下步骤：
1. 采用三个阻值相等的电阻接成星型，然后接入电机的UVW三相绕组引线。
2. 使用示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，得到电机的U相反电势波形。
3. 调整编码器转轴与电机轴的相对位置。
4. 在调整的过程中，观察编码器的C相信号与电机U相反电势波形的过零点，确保两个过零点重合，从而确定编码器与电机的相对位置关系。
由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，因此在此不展开讨论。但如果伺服驱动器能提供单圈绝对位置信息，则可以考虑以下步骤：
1. 使用直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，将电机轴定向至一个平衡位置。
2. 利用伺服驱动器读取并显示单圈绝对位置信息。
3. 根据显示的绝对位置值，调整编码器与电机的相对位置，使其接近根据电机极对数折算出的电机电角度所对应的绝对位置点。
4. 验证调整后的位置关系是否准确，来回扭转电机轴，若每次自由回复到平衡位置时，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。
如果采用正余弦编码器并利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，还可以存储实测的相位。具体步骤如下：
1. 将正余弦编码器随机安装在电机轴上。
2. 使用直流电源定向电机轴至一个平衡位置。
3. 使用伺服驱动器读取并存储单圈绝对位置值到EEPROM等非易失性存储器中。
4. 对齐过程结束，此时驱动器可以任意时刻出电机电角度相位。
关于旋转变压器的相位对齐方式，由于其具有耐恶劣工作环境等特点，广泛应用于武器系统等领域。旋变可以由特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成。单速旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统，其信号引线一般为6根，包括激励线圈和2个正交的感应线圈。激励线圈接受正弦型激励信号，感应线圈则根据旋变转定子的相互角位置关系，感应出具有SIN和COS包络的检测信号。在相位对齐过程中，需要根据电机的极对数来选择合适的旋变极对数，以便实现电机角度的准确对应和极对数分解。旋转变压器（旋变）的SIN和COS输出信号，是对激励正弦信号的调制结果，基于转定子间的角度θ。当激励信号为sinωt时，SIN信号为sinωt×sinθ，COS信号为sinωt×cosθ。通过检测这些信号和原始的激励信号，可以得到高分辨率的位置检测结果。当前，商用旋变系统的检测分辨率已达到每圈4096个数据点，而在科学研究和航空航天系统中，甚至更高。
关于商用旋变与伺服电机电角度相位的对齐，步骤如下：
1. 用直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，让电流从U流入，从V流出。
2. 使用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出。
3. 根据操作便利，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或旋变定子与电机外壳的位置。
4. 在调整过程中，观察旋变SIN信号的包络，直至信号包络的幅值完全归零，此时锁定旋变。
5. 验证对齐效果，即来回扭转电机轴，撒手后，观察信号包络的幅值过零点是否准确复现。
对于验证和对齐的进一步操作：
1. 用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形。
2. 转动电机轴，确保旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。此时的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。
若想让SIN信号与电机电角度的0度点对齐，可以考虑以下方法：
1. 使用三个阻值相等的电阻接成星型，然后接入电机的UVW三相绕组引线。
2. 通过示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，得到U相反电势波形。
3. 根据操作便利，调整编码器转轴与电机轴的相对位置或编码器外壳与电机外壳的位置。
4. 观察并调整旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形的过零点，使二者重合，从而完成对齐。
需要注意的是，在操作中要正确区分旋变SIN包络信号的正半周和负半周。SIN信号是转定子间角度θ的sinθ值对激励信号的调制结果。正半周对应的SIN信号包络中，激励信号与原始信号同相；而负半周对应的包络中，两者反相。在调整对齐时，应选取sinθ由负半周向正半周过渡的点对应的SIN包络信号的过零点。若未准确判断或选取错误，可能导致电角度错位180度，进而引发速度外环正反馈。
若使用的伺服驱动器能为用户提供与电机电角度相关的绝对位置信息，则流程稍有不同：
1. 同样使用直流电源给电机的UV绕组通电。
2. 利用伺服驱动器读取旋变信号中的电机电角度信息。
3. 调整旋变轴与电机轴的相对位置或外壳的位置，使显示的绝对位置值接近预期的电机电角度位置。
4. 验证对齐效果，方法与之前相同。
如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，可以存储旋变安装后的实测相位：
1. 将旋变安装在电机上。
2. 使用直流电源给电机的UV绕组通电并定向至平衡位置。
3. 使用伺服驱动器读取绝对位置值并存入EEPROM等存储器中。
当电机轴已经定位于电角度相位的-30度方向时，驱动器内部的非易失性存储器，如EEPROM，已经存储了与电机电角度相对应的-30度相位检测值。此后，驱动器不断地出与电角度相关的绝对位置值，并与这个存储值进行比较。就像是在电机的旋转旅程中，驱动器始终持有一个“指南针”，确保电机始终沿着正确的方向旋转。根据电机的极对数进行必要的换算后，再加上这个初始的-30度，驱动器就能精准地知道在任何时刻电机的电角度相位。
这种精确的对齐方式离不开伺服驱动器的全方位支持。由于存储电机电角度初始相位的EEPROM等存储器位于伺服驱动器中，一旦完成对齐，电机与驱动器就形成了紧密的绑定。若需更换电机、旋变或驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，确保电机与驱动器之间的“默契”得以重建。
值得注意的是，这里提到的对齐到电机电角度的-30度相位，是基于一个前提：UV反电势波形相对于U相滞后30度。在实际操作中，有些伺服系统可能会选择UW相通电并参考UW线反电势波形来进行对齐。如果想直接对齐到电机电角度的0度相位点，需要进行特殊的操作和调整。虽然看似简单直接，但实际操作中可能会受到电机绕组参数不一致性的影响，从而影响电机轴定向的准确性。而UV相通电的方式则能确保电流的一致性和电机轴定向的准确性。
也不排除某些伺服厂商有意将初始相位错位对齐的策略。尤其在提供绝对位置数据的反馈系统中，初始相位的错位可能会被数据的偏置量所补偿。然而这种做法对于用户来说可能带来困扰，也很难得到用户的认可。因为用户更希望获得清晰、明确的操作指导，而不是面对模糊的初始相位对齐情况。
针对某些高版本的系统如发格系统版本6.02以上，安装编码器后可以通过参数自动调整，无需复杂的操作过程。但在此之前的一个实例中，一台AB伺服电机的编码器在拆卸后出现了飞车故障和报错。对于这种情况，应急调零是一种简单实用的解决方案。虽然需要将电机拆离设备并依靠设备进行调试，但每个伺服电机都有一个相对稳定的静止区域和高速反转区域。若频繁更换编码器，了解这些区域的特点将有助于快速解决问题。在应急情况下，通过调整编码器的位置和电机的连接方式，往往能迅速恢复电机的正常运行。在精密机械与自动化技术中，伺服电机的性能调整与编码器的作用息息相关。伺服电机编码器不仅是精确的定位工具，更是驱动系统的大脑。每当遇到性能问题，了解编码器的功能和原理是解决问题的关键所在。
近期，一些工程师发现电机出现高速反转的现象，这看似棘手的问题实则源于编码器与实际零位的差异过大。遇到这种情况不必惊慌失措，通过调整编码器的角度，让电机静止下来即可。具体的操作过程是：缓慢转动编码器的轴，直至电机停止高速反转，这个过程需要两手协同操作，一手负责旋转，另一手记录位置。记住，一定要稳、要慢。
当电机在零速指令下静止时，我们可以进一步对其进行微调。先反时针方向小心转动编码器，在此过程中，需要注意编码器的转动速度，当电机开始高速反转时，迅速记录这个位置，并立即回调到静止区域。接着，按照顺时针方向继续缓慢转动编码器，再次记录电机高速反转的位置，并回调至静止状态。
通过以上的调整步骤，你会发现增量式伺服电机有一个可调整的区域范围。这个区域的中心位置是伺服电机的力矩输出最大化点。如果电机的力矩不足或者在某个方向上表现不佳，很可能是因为编码器的Z信号减弱或者位置偏离中心，也就是零位发生了偏移。这时，重新调整零位往往能解决问题。
对于全新的编码器来说，其静止区域相对较小。如果出现明显增大的情况，可能是编码器内部电路出现了问题，表现为力矩不足或发热增加。这时使用电流表进行测量，会发现空载电流明显增加。找到问题的中心位置后，不仅要清洁这个位置，还需要使用502胶固定编码器底座于电机侧面对应的位置。待胶水干燥后，再涂上一层硅橡胶就可以投入正常运行了。根据实践验证，这样的处理方法可以让伺服电机稳定运行至少一年。
编码器的轴与电机轴心的连接是相对的，它们的零位只是相对位置。只有当编码器的轴与电机轴固定后，编码器的实际零位位置才会固定下来。活动底座的位置确定了，轴间的柱头镙钉的位置也随之固定。
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