伺服电机回零是怎么弄的

文章出处：欧诺克 发表时间：2021-04-12 11:09

　

作为数字化执行元件的伺服电机，因其精度高，稳定性好，响应速度快，而在工业上被广泛使用。

伺服电机的位置控制，需要在电机运行位置空间内，确定一个参考点，通过参考点来确定伺服电机的实时位置。这个参考点叫做零点，确定这个参考点的过程叫做回零。介绍了旋转交流伺服电动机的回零问题。

01。

介绍伺服机构的结构。

随动驱动的一些常用机械机构形式如下。其中有回转运动机构，也有将伺服马达回转运动转换为直线运动的机构。

图例一：普通机械机构。

普通机械机构将会有限位开关、零点开关等信号，以滚轴丝杠机构为例，在丝杠行程处设有左右限位开关，并有如图2所示的原点检测开关。

图片2：带开关的丝杠组件。

将位置单位从控制侧的脉冲转换为一个易于理解的单位，例如度，毫米，英寸等等。机械手安装时，伺服电机自身编码读数是随机的，机械手运行前，需要在机械手运行行程中确定零点。

简单介绍一下伺服马达的通用编码，然后再讲回零。

02。

普通伺服马达编码器。

根据编码方式，伺服电机的编码器主要分为增量式和绝对值式。参见图3。

图3：递增与绝对值编码器码盘。

递增式：递增式编码器码盘，每转一圈都有一个Indexmark，也就是常被提到的Z相脉冲，或索引脉冲。递增编码器根据A、B相位关系判断旋转方向，通过A、B相位脉冲数来计算行走距离，以脉冲频率来计算运动速度。根据指数脉冲计算圈数。这个指数脉冲可以用来精确寻零。

绝对值型：绝对值编码器，每一个细分角的读数都是一个独特的格雷码值。也就是：每一个细分角都有对应的绝对位置。每个圆圈有且只有一个细分角的读数是0000…(0的数目取决于编码器的分辨率)。有些品牌的伺服驱动器，可将此零读数作为索引脉冲，完成回零。

绝对对值型编码器有单圈和多圈之分，单圈编码器只能记住一圈中的绝对位置，多圈编码器也可以记住圈数。

除了编码器之外，伺服电动机的反馈装置也可以有其他形式，如旋转变压器等。在每一圈中还可以产生一个模拟指数脉冲。

03。

对伺服电机的回零要求

递增编码器：在每次上电时，编码器计数为零，因此在每次上电后返回为零。

单圈绝对值编码器：如果机械行程较短，伺服电机的转动范围在一圈之内，则不必每次上电都回零，但次运行机械时，要回零一次，以确定机械零点。如果旋转范围超过一圈，那么每一次电流都会返回零。

多圈绝对值编码器：多圈绝对值编码器不必每次上电回零，在相应驱动器内部或编码器线上有电池，以保存编码器的绝对位置值。但是当机器次投入使用时，要确定机器的零点，必须回零一次。

04。

零回零原理介绍

可以使用4种类型的信号作为回零信号：正/负限制开关、零点开关和编码器索引脉冲。

图4：丝杠滚轴图形。

从上图中可以看出，左/右超限开关或者近原点输入，就是机械行程中的几个“锚”，其中一个位置可以被确定为任意一个“锚”的零点。通常可以选择接近原点的输入。如果没有安装接近原点的输入开关，还可以使用左右超限开关作为“锚点”。

左右限位开关和零开关，均应接在相应的伺服驱动器上，不应接在上位控制器侧。

多个“锚点”组合索引脉冲可以实现多种形式的精确回零。

特定的回零方法有很多种，下面用输入和索引脉冲结合回零方法来解释回零过程。

图5：下降确定沿指数脉冲方向的零点。

在返回之前，先设定一个返回的方向，如上图所示，从右向左返回。

马达在起动时，以目标速度(寻零速度)向左运动，寻找接近原点的输入信号。在近原点输入上升之后，检测到开始减速。起始点与与输入原点之间的距离可能较长，因此将目标速度设得稍大。因为目标速度很大，电机在下降或停止时，过冲距离就比较大。

伺服电机在检测到近原点输入后，将其降至蠕变速度，继续前进，直到检测到“近原点输入”的下降沿为止。爬行速度小于目标值，过冲距离也小于目标值。

对近原点输入的下降方向进行检测，将其降至零，然后对伺服电机编码器的索引脉冲进行爬行搜索。此时，电机停止在索引脉冲上，完成零回。

上述回零过程可归纳为：输入信号在近原点下降，沿索引脉冲方向搜索，确定回零。

对应回零方式：在近原点输入上升信号，沿索引脉冲(Z相脉冲)寻找零点。在图6中可以看到。

图6：上升确定指数脉冲处的零点。

在发现近原点输入上升沿向左快进后，将OFF沿向右慢进，直到近原点输入OFF；在发现近原点输入沿向左慢进后，将OFF沿向左慢进，直至Z相脉冲为零。

对于上述两种回零情况，回零均分为三个阶段，三个阶段的转速越低，电机的过冲越小，停止精度越高。

也有其它的一些可能性。例如，电动机起动时近原点的输入信号是ON，限位(-)的输入信号是ON，或者起动点在近原点的输入信号和限位(-)的输入信号之间。伺服电机会在各种不同的情况下执行不同的运动，但终都能找到相应的索引脉冲。

如果对回零精度要求不高，可仅进行上述步，即认为回零已完成。

对于回零精度要求较高的，可按第二步完成，即认为回零已完成。

对于精确度要求高的场合，可以完成3个步骤。零点是用索引脉冲位置确定的。

也有其他的回零方式，例如：

直接查找索引脉冲，在找到后立即停止，把点当作零。

机械式挡块用作限位开关。在以机械挡块为锚“点”的情况下，以伺服电机的转矩值为锚“点”的确定准则。

马达不做任何动作，直接将马达当前值设为零。

总而言之，大多数回零过程主要包括以下几个方面的运动过程。

设定回零方向。

沿回零方向从起始位置高速寻找“锚”点。

中间速度探测“锚点”的上下方向。

低速搜索“锚”点的左或右，沿其上下方向低速移动(或其他类型的零点信号)。

05。

CoE(CANopenoverEtherCAT)伺服轴零。

所有伺服马达均由伺服驱动器驱动。目前，许多服务器支持EtherCAT通信，CANopenDriveProfile是它在应用层上的一种实现。服务器由支持EtherCAT的PLC、IPC等控制器来控制。因此，需要在控制器中实现伺服电机的回零控制。DS402homing是CiA402支持的回零方法，共定义了37种回零方式，可以支持不同厂商的控制器或驱动器产品的不同回零方式。

图7:DS402Homing支持的回零方式

通过PDO和SDO实现控制器和驱动器之间的数据交互。特定PDO、SDO映射可以参考对象字典EtherCAT。

控制字、各种回零速度、加速度、减速度、回零方式、回零方向等伺服电动机所需的控制字、回零方向等参数均在控制器侧设定并传送给伺服驱动器。

通过驱动器将状态字、限制开关、回零开关、实时位置、回零状态等传递到控制器。定义驱动侧的各个输入点的功能，例如限制开关、回零开关等。所有的IO都通过PDO:0x60FD传送到控制器。普通0x60FD的16到23位对应于服务器驱动器的每个DI输入点。

在控制方的工程软件中，将提供回零参数设置功能和回零模块，可以设置和编程有关的参数。图8为某厂家设定参数的画面和功能模块：

图8：回零参数和函数块的设置。

当参数设定完成，EtherCAT通讯网络启动后，Home功能块在控制器侧被激活，在驱动器侧就可以开始并完成回零过程。

06。

映射索引脉冲问题。

对于DS402的对象字典，没有索引脉冲映射。返回零时，查找索引脉冲的第三个步骤，是在驱动器内部执行，而不能通过上层控制器在查找索引脉冲过程中控制伺服驱动器。发现。