CN111174819B - 一种电机增量编码器零位校准方法、装置、产品及介质 - Google Patents

Abstract

一种电机增量式编码器零位校准方法、装置、产品及介质，包括接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度，在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度，根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度，根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。由于通过存储对应每一电机的校准数值，在增量式编码器输出相应的数值的时候可以根据该电机的启动电角度校准增量编码器零位与电机零位之间的误差，输出准确的信号，无需调整编码器零位，也能保证编码器信号输出的准确。

Description

一种电机增量编码器零位校准方法、装置、产品及介质

技术领域

本发明涉及伺服电机技术领域，具体涉及一种电机增量编码器零位校准方法、装置、产品及介质。

背景技术

在电机转子上安装增量式编码器，编码器输出A、B、Z等3路脉冲信号，其屮A、B脉冲信号相互正交，A、B脉冲的相位和频率可以代表转子的转向和转速。转子每旋转一周编码器输出一个Z脉冲信号，Z脉冲对应转子上确定的电角度位置，由此可以根据编码器输出的信号确定电机转子的磁极位置。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。增量式编码器转轴旋转时，直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相，把每转发出一个脉冲的Z信号，作为参考机械零位。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用90度相位差的A、B两路信号对原脉冲数进行倍频，或者更换高分辨率编码器。其工作原理如下，参见图1，在一个码盘的边缘上开有相等角度的缝隙(分为透明和不透明部分)，在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件。当码盘随电机工作轴一起转动时，每转过一个缝隙就产生一次光线的明暗，变化，再经整形放大，可以得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号，脉冲数就等于转过的缝隙数。将该脉冲信号送到计数器中去进行计数，从测得的码数就能知道码盘转过的角度。

在电机出厂时，需要手动将增量编码器的Z信号调至与电机的电角度零点对齐，以保证可通过增量编码器Z信号确定电机的电角度零点。但由于电机的电角度零点受电机定子绕线及转子磁钢贴装的影响，每个电机的电角度零点位置不相同，每个电机都需要人工手动调整。甚至有些电机编码器径向安装时，零点位置无法调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机增量编码器零位校准方法、装置、产品及介质，以解决电机使用增量式编码器时，需先调整编码器零位与电机的电角度零位对齐的问题，无需调整编码器零位，也能保证编码器信号输出的准确。

根据第一方面，一种实施例中提供一种电机增量编码器零位校准方法，包括：

接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度；

在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度；

根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度；

根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。

在其中一种可能实现方式中，在检测到没有存储对应该电机的校准数值时，通过下述步骤获取所述校准数值：

将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度；

获取当前编码器变化所对应的第二电角度；

根据电机当前的电角度和第二电角度得到电机启动时的电角度；

控制电机转动，在检测到Z信号时，获取编码器变化所对应的第三电角度；

根据电机启动时的电角度和第三电角度获得校准数值。

在其中一种可能实现方式中，所述接收到输出信号时，检测是否存储对应该电机的校准数值包括：

接收到输出信号时，读取该电机存储的校准标记；

根据所述校准标记判断是否存储对应该电机的校准数值。

在其中一种可能实现方式中，所述将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度包括：

将电机的目标电角度设置为零度；

根据目标电角度控制电机运动到零位；

获取电机当前的电角度为零度。

在其中一种可能实现方式中，还包括：

在接收到异常信号时，重新获取所述校准数值。

根据第二方面，一种实施例中提供一种增量式编码器信号输出装置，其特包括：

检测模块，用于接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度；

控制模块，用于在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度；

启动角度获取模块，用于根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度；

输出模块，用于根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。

在其中一种可能实现方式中，在检测到没有存储对应该电机的校准数值时，还包括校准数值获取模块；

所述校准数值获取模块包括：

当前电角度获取单元，用于将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度；

第二电角度获取单元，用于获取当前编码器变化所对应的第二电角度；

启动角度获取单元，用于根据电机当前的电角度和第二电角度得到电机启动时的电角度；

第三电角度获取单元，用于控制电机转动，获取在检测到Z信号时，编码器变化所对应的第三电角度；

校准数值获取单元，用于根据电机启动时的电角度和第三电角度获得校准数值。

在其中一种可能实现方式中，所述检测模块包括：

校准标记读取单元，用于接收到输出信号时，读取该电机存储的校准标记；

判断单元，用于根据所述校准标记判断是否存储对应该电机的校准数值。

根据第三方面，一种实施例中提供一种产品，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如上任一项所述的方法。

根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上任一项所述的方法。

依据上述实施例的一种电机增量编码器零位校准方法、装置、产品及介质，包括接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度，在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度，根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度，根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。由于通过存储对应每一电机的校准数值，在启动该电机时，通过直接读取存储的校准数值进而得到该对应该电机的启动电角度，从而在增量式编码器输出相应的数值的时候可以根据该电机的启动电角度校准增量编码器零位与电机零位之间的误差，输出准确的信号，解决电机使用增量式编码器时，需先调整编码器零位与电机的电角度零位对齐的问题，无需调整编码器零位，也能保证编码器信号输出的准确。

附图说明

图1为增量式编码器的结构示意图；

图2为一种实施例的一种电机增量编码器零位校准方法流程示意图；

图3为一种实施例校准数值获取方法流程示意图；

图4为一种实施例校电机控制至零位方法流程示意图；

图5为一种实施例校准标记获取方法流程示意图；

图6为一种实施例校一种增量式编码器信号输出装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

增量编码器掉电后无法记录绝对位置，因此每次上电时没办法确定当前电机的电角度，一般通过高频注入或者通过霍尔信号获取大致电角度，当检测到增量编码器Z信号时，重新更新准确的电角度。对于大部分电机厂家，增量编码器零位都会调整对应特定电角度，一般为电机的电角度零点。针对出厂时无法编码器零位无法调整，或无法确定编码器零位所对应电角度数值的，本申请通过自动识别并存储编码器器零位对应的电角度数值，来输出准确的数值，无需进行编码器零位调整。

实施例一

参见图2，本发明实施例中提供一种电机增量编码器零位校准方法，包括步骤S10至步骤S40，下面具体说明。

步骤S10：接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度。

在本发明实施例中，所述信号输出指令可以是在电机启动时或是电机发生故障重新启动时发出的信号，例如，在启动电机时，伺服驱动系统会发送给控制器一个信号输出指令，用于控制编码器信号输出，则控制器在接收到该信号输出指令后，会检测存储器中是否存在对应该电机的校准数值，基于电机的电角度零点受电机定子绕线及转子磁钢贴装的影响，每个电机的电角度零点位置不相同，存储的校准数值都是对应该电机的，其数值可不同可相同，本发明对此不作具体限定。

需要说明的是，本发明实施例对现有技术中电机使用增量式编码器时，需先调整编码器零位与电机的电角度零位对齐的问题，通过将每个电机对应的交转数值存储起来，以在后期编码器数值输出的信号可以根据该校准数值校准信号的输出，免去了调整编码器零位与电机的电角度零位对齐，从另一角度上实现电机零位自动校准，保证编码器信号输出的准确。

在其中一种可能实现方式中，参见图3，在检测到没有存储对应该电机的校准数值时，步骤S10还包括步骤S101至步骤S105，具体通过下述步骤获取所述校准数值。

步骤S101：将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度；

在其中一种可能实现方式中，参见图4，步骤S101包括步骤S1011至步骤S1013，下面具体说明。

步骤S1011：将电机的目标电角度设置为零度。

步骤S1012：根据目标电角度控制电机运动到零位。

步骤S1013：获取电机当前的电角度为零度。

在本发明实施例中，可以通过电流环控制d轴电流，一般为额定电流的50％至80％，将电机固定在电角度零位，具体可以通过给定电机d轴电流，并且给定目标电角度，可以使电机在给定电流的驱动下运动到目标角度，将目标电角度设置为0度，电机可以在电流环作用下运动到零位。

步骤S102：获取当前编码器变化所对应的第二电角度。

在本发明实施中，当前编码器变化所对应的第二电角度可以通过以下方式获取，假设编码器为5000线，电机运动一圈4倍频后可以得到20000个脉冲，如果当前编码器计数脉冲为Cnt，则走过的机械角度为Cnt/20000*360°，则对应的电角度变化为极对数N乘以机械角度。

步骤S103：根据电机当前的电角度和第二电角度得到电机启动时的电角度。

在本发明实施例中，当前的电角度为θ＝θ1+θ0，其中，θ1为当前编码器变化所对应的第二电角度，θ0为电机启动时的电角度，此时得到的电机启动时的电角度θ0通过能准确得知数值得知的θ和θ1计算得到，相对于使用霍尔传感器或高频注入获得电机启动时的电角度θ0的数值更为准确。

步骤S104：控制电机转动，在检测到Z信号时，获取编码器变化所对应的第三电角度。

在本发明实施例中，获取编码器变化所对应的第三电角度可以通过以下方式获取，假设编码器为5000线，电机运动一圈4倍频后可以得到20000个脉冲，如果当前编码器计数脉冲为Cnt，则走过的机械角度为Cnt/20000*360°，则对应的电角度变化为极对数N乘以机械角度。

步骤S105：根据电机启动时的电角度和第三电角度获得校准数值。

在本发明实施例中，在步骤S103得到了较为准确的电机启动时的电角度θ0后，控制电机转动，此时θ＝θ1+θ0，由于电机转动过程中编码器变化所对应的第三电角度θ1一直在变化，θ也一直在变化。当检测到Z信号的瞬间，记录下θ的数值，即通过θ＝θ1+θ0公式，以及电机启动时的电角度和第三电角度，在得知电机启动时的电角度θ0和编码器变化所对应的第三电角度θ1后，可知直接计算得到θ的数值，即为经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度θz，然后将θz存储到存储器中作为校准数值。

步骤S20：在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度。

在本发明实施例中，在存储校准数值，则可以使用霍尔传感器或高频注入获得一个初始的零位电角度θ0，即一个初始的电机启动时的电角度θ0，虽然该θ0不够准确，但可以用来控制电机转动。以在后续步骤等检测到Z信号时再更新θ0，使θ0变的准确。

步骤S30：根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度。

在本发明实施例中，通过θ＝θ1+θ0，以及已知校准数值θ与所述第一电角度θ1，可以计算得到电机启动时的电角度θ0。

步骤S40：根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。

在后续增量编码器根据电机的转动时就可以根据得到的准确度更高的电机启动时的电角度完成信号输出，确定电机运动过程中任一位置/时刻的电角度值，无须手动将增量编码器的Z信号调至与电机的电角度零点对齐，也能保证可通过增量编码器Z信号确定电机的电角度零点。

在其中一种可能实现方式中，参见图5，步骤S10还包括步骤S11至步骤S12，下面具体说明。

步骤S11：接收到输出信号时，读取该电机存储的校准标记。

步骤S12：根据所述校准标记判断是否存储对应该电机的校准数值。

在本发明实施例中，在经过自动校准得到了校准数值之后，修改校准标记，使得对应该电机的校准标记显示为已校准，例如，标记flag＝1表示已知校准数值，flag＝0表示未知校准数值。可以通过上位机修改存储在存储器中的校准标记参数。

在其中一种可能实现方式中，还包括：

在接收到异常信号时，重新获取所述校准数值。

在本发明实施例中，对于传统伺服系统，编码器是径向锁在电机轴上的，一般通过顶丝锁紧。随着时间推移，或伺服电机在震动强烈的场合，是有可能出现转子松动，导致物理偏移。一般产生物理偏移后会引起电机控制的异常，如经常出现电机过载报警等。此时会接收到异常信号，在接收到异常信号时，需要重新获取新的校准数值，根据新的校准数值完成编码器信号的输出。无须进行手动校准。

实施本发明实施例的特点：

一种电机增量编码器零位校准方法，包括接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度，在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度，根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度，根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。由于通过存储对应每一电机的校准数值，在启动该电机时，通过直接读取存储的校准数值进而得到该对应该电机的启动电角度，从而在增量式编码器输出相应的数值的时候可以根据该电机的启动电角度校准增量编码器零位与电机零位之间的误差，输出准确的信号，解决电机使用增量式编码器时，需先调整编码器零位与电机的电角度零位对齐的问题，无须手动将增量编码器的Z信号调至与电机的电角度零点对齐，也能保证可通过增量编码器Z信号确定电机的电角度零点。

实施例二

参见图6，一种实施例中提供一种增量式编码器信号输出装置，包括检测模块61、控制模块62、启动角度获取模块63、及输出模块64，下面具体说明。

检测模块61用于接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度。

控制模块62用于在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度。

启动角度获取模块63用于根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度。

输出模块64用于根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。

在其中一种可能实现方式中，在检测到没有存储对应该电机的校准数值时，还包括校准数值获取模块65；

所述校准数值获取模块65包括当前电角度获取单元651、第二电角度获取单元652、启动角度获取单653、第三电角度获取单元654及校准数值获取单元655，下面具体说明。

当前电角度获取单元651用于将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度；

第二电角度获取单元652用于获取当前编码器变化所对应的第二电角度；

启动角度获取单653用于根据电机当前的电角度和第二电角度得到电机启动时的电角度；

第三电角度获取单元654，用于控制电机转动，获取在检测到Z信号时，编码器变化所对应的第三电角度；

校准数值获取单元655，用于根据电机启动时的电角度和第三电角度获得校准数值。

在其中一种可能实现方式中，所述检测模块61包括校准标记读取单元611及判断单元612，下面具体说明。

校准标记读取单元611用于接收到输出信号时，读取该电机存储的校准标记；

判断单元612用于根据所述校准标记判断是否存储对应该电机的校准数值。

实施本发明实施例的特点：

一种增量式编码器信号输出装置，检测模块用于接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度，控制模块用于在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度，启动角度获取模块，用于根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度，输出模块，用于根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出。由于通过存储对应每一电机的校准数值，在启动该电机时，通过直接读取存储的校准数值进而得到该对应该电机的启动电角度，从而在增量式编码器输出相应的数值的时候可以根据该电机的启动电角度校准增量编码器零位与电机零位之间的误差，输出准确的信号，解决电机使用增量式编码器时，需先调整编码器零位与电机的电角度零位对齐的问题，无须手动将增量编码器的Z信号调至与电机的电角度零点对齐，也能保证可通过增量编码器Z信号确定电机的电角度零点。

根据第三方面，一种实施例中提供一种产品，包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如上任一项所述的方法。

实施本实施例具有如下特点：

由于通过存储对应每一电机的校准数值，在启动该电机时，通过直接读取存储的校准数值进而得到该对应该电机的启动电角度，从而在增量式编码器输出相应的数值的时候可以根据该电机的启动电角度校准增量编码器零位与电机零位之间的误差，输出准确的信号，解决电机使用增量式编码器时，需先调整编码器零位与电机的电角度零位对齐的问题，无须手动将增量编码器的Z信号调至与电机的电角度零点对齐，也能保证可通过增量编码器Z信号确定电机的电角度零点。

根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上任一项所述的方法。

实施本实施例具有如下特点：

由于通过存储对应每一电机的校准数值，在启动该电机时，通过直接读取存储的校准数值进而得到该对应该电机的启动电角度，从而在增量式编码器输出相应的数值的时候可以根据该电机的启动电角度校准增量编码器零位与电机零位之间的误差，输出准确的信号，解决电机使用增量式编码器时，需先调整编码器零位与电机的电角度零位对齐的问题，无须手动将增量编码器的Z信号调至与电机的电角度零点对齐，也能保证可通过增量编码器Z信号确定电机的电角度零点。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种电机增量编码器零位校准方法，其特征在于，包括：

接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度；

在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度；

根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度；

根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出；

在检测到没有存储对应该电机的校准数值时，通过下述步骤获取所述校准数值：

将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度；

获取当前编码器变化所对应的第二电角度；

根据电机当前的电角度和第二电角度得到电机启动时的电角度；

控制电机转动，在检测到Z信号时，获取编码器变化所对应的第三电角度；

根据电机启动时的电角度和第三电角度获得校准数值。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值包括：

接收到信号输出指令，读取该电机存储的校准标记；

根据所述校准标记判断是否存储对应该电机的校准数值。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度包括：

将电机的目标电角度设置为零度；

根据目标电角度控制电机运动到零位；

获取电机当前的电角度为零度。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，还包括：

在接收到异常信号时，重新获取所述校准数值。

5.一种电机增量编码器零位校准装置，其特征在于，包括：

检测模块，用于接收到信号输出指令时，检测是否存储对应该电机的校准数值，其中，所述校准数值包括经过校准后，在检测到Z信号时所对应的电角度；

控制模块，用于在存储该校准数值时，控制电机转动，在检测到Z信号时，通过编码器计数获得对应的第一电角度；

启动角度获取模块，用于根据该校准数值与所述第一电角度，得到电机启动时的电角度；

输出模块，用于根据电机启动时的电角度，完成电机电角度的精确输出；

在检测到没有存储对应该电机的校准数值时，还包括校准数值获取模块；

所述校准数值获取模块包括：

当前电角度获取单元，用于将电机固定在电角度零位，获取电机当前的电角度；

第二电角度获取单元，用于获取当前编码器变化所对应的第二电角度；

启动角度获取单元，用于根据电机当前的电角度和第二电角度得到电机启动时的电角度；

第三电角度获取单元，用于控制电机转动，获取在检测到Z信号时，编码器变化所对应的第三电角度；

校准数值获取单元，用于根据电机启动时的电角度和第三电角度获得校准数值。

6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述检测模块包括：

校准标记读取单元，用于接收到信号输出指令时，读取该电机存储的校准标记；

判断单元，用于根据所述校准标记判断是否存储对应该电机的校准数值。

7.一种电机增量编码器零位校准装置，其特征在于包括：

存储器，用于存储程序；

处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。

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