CN111082603A - 一种电机编码器校正装置及校正方法 - Google Patents

一种电机编码器校正装置及校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机编码器校正装置及校正方法，涉及电机编码器技术领域。校正装置包括电机驱动器、安装有第一编码器的被校准电机、第二编码器和校正设备；所述电机驱动器与所述被校准电机电连接，所述被校准电机与所述第二编码器机械连接，所述第二编码器与所述校正设备电连接，所述校正设备分别与所述电机驱动器、所述被校准电机电连接。校正方法包括：实时获取第一编码器、第二编码器的位置信息；根据第一编码器、第二编码器的位置信息，生成驱动信号；根据所述驱动信号实时驱动安装有第一编码器的被校准电机，使得所述第一编码器的位置信息与所述第二编码器的位置信息同步。本发明结构简单，成本低，校准效果好。

Description

一种电机编码器校正装置及校正方法
技术领域
本发明涉及电机编码器技术领域，尤其是涉及一种电机编码器校正装置及校正方法。
背景技术
对于伺服电机，目前普遍采用光电编码器。随着磁编技术的不断提升，磁编的精度越来越逼近光电编码器，其在伺服场合的应用也越来越广。对于磁编码器而言，由于装配误差，势必导致位置反馈的线性度不好，进而影响电机的运行平稳性和定位精度等性能。因而需要在磁编码器进行测量应用之前对磁编码器进行校正，补偿由于装配和器件差异引入的误差。
目前对于磁编的校正装置方案一种是采用被动拖动的方式进行校正，校正过程如下：1、通过主动电机拖动被校准电机，按照不同的速度正反向转动；2、校正设备通过读取被动电机上的磁编以及被动电机轴上的精密编码器的位置/速度信息，通过算法对磁编码器的信息进行补偿，使得补偿后的磁编码器信息趋近于精密编码器的信息；3、把补偿量保存到被动电机安装的磁编码器所在的PCBA上。这种方案结构复杂，另外，采用被动拖动磁编电机进行校正，磁编电机的转子作为一个惯性负载存在，同时由于磁编电机上需要安装一个同步的高精密编码器，要保证两个磁编码器和高精密编码器的运动部分绝对一致，就必须通过很大外力紧固两个部分。对于400W以上电机，转子惯量已经不可忽视，随着电机功率的加大，转子惯量也加大，高速拖动下要保证磁编所在的转子和精密编码器的运动部分同步，外部紧固装置需要很大的锁紧力，容易导致紧固螺丝打滑，甚至联轴器报废。而且校正装置中，需要采用一套高精度的驱动器+电机作为动力源。由于每套使用磁编码器的电机都需要校正的，所以校正设备的成本也较高。
另一种是采用变频器拖动安装有磁编码器的被动电机开环运行，用来校正电机上的编码器。虽然结构简单，但是采用变频器开环拖动电机运行来进行校正，由于变频器带电机开环运行的速度精度不高(速度波动1％以上)，必然使得校正结果严重受影响，使得电机校准后位置精度只能控制在400～500角秒，大大降低校准后磁编的应用范围。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电机编码器校正装置及校正方法，能够实时校准电机编码器且校准效果好。
第一方面，本发明的一个实施例提供了一种电机编码器校正装置，所述装置包括电机驱动器、安装有第一编码器的被校准电机、第二编码器和校正设备；
所述电机驱动器与所述被校准电机电连接，所述被校准电机与所述第二编码器机械连接，所述第二编码器与所述校正设备电连接，所述校正设备分别与所述电机驱动器、所述被校准电机电连接。
本发明实施例的电机编码器校正装置，至少具有如下有益效果：不需要主动拖动电机，直接控制被校准电机运动，同样达到满足磁编校正的条件，简化了校正设备的结构，降低了校准设备的成本。
根据本发明的另一些实施例的电机编码器校正装置，所述被校准电机为步进电机或无刷电机或永磁同步电机或伺服电机。
根据本发明的另一些实施例的电机编码器校正装置，所述被校准电机与所述第二编码器通过联轴器固定连接。
根据本发明的另一些实施例的电机编码器校正装置，所述第二编码器通过所述联轴器与所述被校准电机轴的一端固定连接。
根据本发明的另一些实施例的电机编码器校正装置，所述第一编码器、所述第二编码器均为磁编码器或电容式编码器或电感式编码器或光电编码器。
根据本发明的另一些实施例的电机编码器校正装置，所述第二编码器的精度高于所述第一编码器的精度。
第二方面，本发明的一个实施例提供了一种电机编码器校正方法，所述方法包括：
实时获取第一编码器的位置信息和第二编码器的位置信息；
根据所述第一编码器的位置信息和所述第二编码器的位置信息，生成驱动信号；
根据所述驱动信号实时驱动安装有所述第一编码器的被校准电机，使得所述第一编码器的位置信息与所述第二编码器的位置信息同步。
根据本发明的另一些实施例的电机编码器校正方法，所述位置信息包括速度信息和方向信息。
根据本发明的另一些实施例的电机编码器校正方法，所述第二编码器的精度高于所述第一编码器的精度。
本发明实施例的电机编码器校正方法，至少具有如下有益效果：电机驱动器在工作过程中，使用的是被校准电机轴上硬联接的高精密的第二编码器的位置信息作为反馈进行闭环控制，保证了电机驱动器驱动被校准电机的控制效果，也就保证了校准效果。对于被校准电机而言，由于高精密的第二编码器的转动部分质量远小于电机转子，近似于电机空转，因而高精密的第二编码器转动部分和电机轴的连接需要的紧固力要小得多，而且不随着电机功率增大而增大，避免了联轴器由于锁紧力过大引起的滑丝和报废。
附图说明
图1是本发明实施例中电机编码器校正装置的一具体实施例结构示意图；
图2是本发明实施例中电机编码器校正方法的一具体实施例流程示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
实施例一
参照图1，示出了本实施例中电机编码器校正装置的结构示意图。该装置包括电机驱动器、安装有第一编码器的被校准电机、第二编码器和校正设备。其中，电机驱动器与被校准电机电连接，被校准电机与第二编码器机械连接，第二编码器与校正设备电连接，校正设备分别与电机驱动器、被校准电机电连接。
本实施例中，被校准电机为步进电机或无刷电机或永磁同步电机或伺服电机。
本实施例中，如图1所示，被校准电机与第二编码器通过联轴器固定连接，第二编码器通过联轴器与被校准电机轴的一端固定连接。可以理解的是，只要能够实现被校准电机的第一编码器与外部的第二编码器机械硬连接即可。
本实施例中，第一编码器、第二编码器均为磁编码器或电容式编码器或电感式编码器或光电编码器或其他编码器。第二编码器的精度需高于第一编码器。
本实施例中，电机驱动器与被校准电机之间通过UVW电机线连接。电机驱动器可以是独立的驱动器，也可以是安装在被校准电机上的一体式驱动器。
上述电机编码器校正装置的工作过程为：
校正设备内有处理器，处理器实时获取第一编码器和第二编码器的位置信息(包括速度信息和方向信息)。此处值得说明的是，第二编码器与被校准电机通过联轴器连接，被校准电机转动时，第二编码器随之一起转动。位置信息指的是第一/第二编码器转动一圈360°的实时转动位置(例如转到多少度)和转动方向(例如顺时针或逆时针)。处理器获取第一编码器和第二编码器的位置信息后，通过提取速度信息和方向信息进行对比，根据该位置信息实时生成驱动信号发送给电机驱动器，电机驱动器根据驱动信号实时驱动被校准电机，使得被校准电机本身的第一编码器与外部的第二编码器的位置信息一样。由于选用的第二编码器的精度高于第一编码器，通过不断地实时校准第一编码器，提高了被校准电机的控制精度和控制效果。后续通过检验360度内的两个编码器的位置信息，若一样则校正有效。
实施例二
基于实施例一描述的电机编码器校正装置，参照图2，示出了本实施例中电机编码器校正方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：
S100：实时获取第一编码器的位置信息和第二编码器的位置信息；
S200：根据第一编码器的位置信息和第二编码器的位置信息，生成驱动信号；
S300：根据驱动信号实时驱动安装有第一编码器的被校准电机，使得第一编码器的位置信息与第二编码器的位置信息同步。
本实施例中，位置信息包括速度信息和方向信息。
本实施例中，第二编码器的精度高于第一编码器的精度。
具体地，校正设备实时获取第一编码器的位置信息和第二编码器的位置信息，通过提取速度信息和方向信息进行对比，根据位置信息生成驱动信号发送给电机驱动器，电机驱动器根据驱动信号实时驱动安装有第一编码器的被校准电机，使得第一编码器的位置信息与第二编码器的位置信息同步，由于第二编码器的精度高于第一编码器的精度，达到了校准第一编码器的目的。
实现上述校正方法，电机驱动器需要在软件上做如下修改：
上电时，电机驱动器使用转矩控制模式(或无位置传感器的电机控制方式中的其他模式，例如谐波注入、Hall信号等)，直接控制被校准电机的电流相位，把被校准电机转子锁定到一个固定的电角度，并以该角度为基准位置。锁定结束后，切换到以第二编码器的位置信息作为反馈的位置闭环控制。通过电机驱动器直接驱动被校准电机，按照需要的速度和方向转动。
本发明相比于现有的校准方案，一方面，不需要主动拖动电机，直接控制被校准电机运动，同样达到满足编码器校正的条件，简化了校正设备的结构，降低了校正设备的成本；另一方面，增加了一个高精密的第二编码器安装于被校准电机轴的端部，由于电机驱动器在工作过程中，使用的是被校正电机轴上硬联接的高精密的第二编码器的位置信息作为反馈进行闭环控制，保证了电机驱动器驱动被校准电机的控制效果，也就保证了校准效果，校准后的第一编码器位置精度控制在100角秒以内。对于被校准电机而言，由于高精密的第二编码器的转动部分质量远小于电机转子，近似于电机空转，因而高精密的第二编码器转动部分和电机轴的连接需要的紧固力要小得多(相较于现有技术)，而且不随着电机功率增大而增大，避免了联轴器由于锁紧力过大引起的滑丝和报废。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (9)

1.一种电机编码器校正装置，其特征在于，所述装置包括电机驱动器、安装有第一编码器的被校准电机、第二编码器和校正设备；
所述电机驱动器与所述被校准电机电连接，所述被校准电机与所述第二编码器机械连接，所述第二编码器与所述校正设备电连接，所述校正设备分别与所述电机驱动器、所述被校准电机电连接。
2.根据权利要求1所述的一种电机编码器校正装置，其特征在于，所述被校准电机为步进电机或无刷电机或永磁同步电机或伺服电机。
3.根据权利要求2所述的一种电机编码器校正装置，其特征在于，所述被校准电机与所述第二编码器通过联轴器固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种电机编码器校正装置，其特征在于，所述第二编码器通过所述联轴器与被校准电机轴的一端固定连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种电机编码器校正装置，其特征在于，所述第一编码器、所述第二编码器均为磁编码器或电容式编码器或电感式编码器或光电编码器。
6.根据权利要求5所述的一种电机编码器校正装置，其特征在于，所述第二编码器的精度高于所述第一编码器的精度。
7.一种电机编码器校正方法，其特征在于，所述方法包括：
实时获取第一编码器的位置信息和第二编码器的位置信息；
根据所述第一编码器的位置信息和所述第二编码器的位置信息，生成驱动信号；
根据所述驱动信号实时驱动安装有所述第一编码器的被校准电机，使得所述第一编码器的位置信息与所述第二编码器的位置信息同步。
8.根据权利要求7所述的一种电机编码器校正方法，其特征在于，所述位置信息包括速度信息和方向信息。
9.根据权利要求8所述的一种电机编码器校正方法，其特征在于，所述第二编码器的精度高于所述第一编码器的精度。
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