直流无刷电机控制原理

二直流无刷电机工作原理及换向初始化直流无刷电机在结构上与三相永磁同步电动机相同，但控制原理却与直流有刷电动机相同直流有刷电机通过有刷换向使每个磁极下电枢导体的电流方向保持不变，从而产生能使电机连续旋转的转矩直流无制电机是通过电子换向使转子每个磁极下定子绕组导体电流的方向保持不变而产生能使电机连续旋转的转矩由于采用电子无刷换向代替直流有刷电机的有刷换向，所以交流永磁同步伺服电机又称直流无刷伺服电机直流有刷电动机必须正确调整换向电刷的机械位置才能使电机工作正常同样，直流无刷电机加电时必须建立正确的初始换向角，才能使直流无刷电机正常工作确定初始换向角的过程称为无刷换向的初始化过程为了了解换向初始化过程，必须先了解直流无刷电机的控制原理

1.直流无刷电机的控制原理

1.1直流有刷电机的工作原理直流有刷电机由定子（产生主磁场）、转子（电枢）和换向装置（换向片和电刷）组成直流有刷电机通过有刷换向使主磁极下的电枢导体的电流方向保持不变，从而使产生转矩的方向不变，使电动机的转子能连续旋转为了使直流有刷电动机在电枢绕组流过电流时能产生最大转矩，必须正确调整有刷换向装置中电刷的位置下面进行较为详细的讨论

（1）有刷换向装置的作用有制换向装置由电制和换向片组成直流有刷电机的电枢绕组为环形绕组，主磁极下的每个电枢导体连接到换向片上换向片为彼此绝缘，均匀分布在换向器圆周上的金属片组成电刷与换向片滑动接触电枢电流通过电刷和连接电枢导体的换向片引入电枢绕组电枢旋转时，电刷和换向片就象一个活动接头一样始终与主磁极下的导体连接，使主磁极下电枢导体的电流方向不变，产生使电枢连续旋转的转矩

（2）产生最大转矩的条件产生最大转矩的条件是一个磁极下的所有电枢导体的电流方向一致或者说，电枢导体产生的合成磁场与主磁场垂直

（3）直流有刷电机的运行直流有刷电机的运行可用四个基本方程式来描述

①转矩平衡方程式电流IM流过电枢绕组，载流导体在磁场中受力（受力方向用左手法则判断），产生能使电枢连续旋转的转矩T转矩L.与电动机磁通

①和电枢电流I M成正比TM=kt*P*L对永磁电机，磁通

①二恒值（钟形分布磁场），转矩平衡方程式可写成TM=Ki*L转矩平衡方程式用来计算由电枢电流产生的转矩，反之亦然

2.3旋变的零位调整在安装旋变或发现旋变的定子/转子松动（现象是电动机的电流大，但输出转矩小，或驱动器使能后“飞车）时，需进行旋变的零位调整调整步骤如下

①使用ZER0=1指令，驱动器将产生一个由电动机的C相流向B相的电流使转子转动，转子停止的位置就是转子的零位该电流不经电流环控制而由驱动器直接产生，电流的大小可用变量IZERO设定（单位%of MlCONT;数据范围1到100）

②使能驱动器

③检查PRD值对两极电机而言转子只有一个零位，该值应在0±20counts之间；对四极电机而言转子有两个零位，该值应在0±20或32768±20之间对六极电机而言转子有三个零位，该值应在0±20,21845±20counts或43690±20counts之间；对八极电机而言转子有四个零位，该值应在0±20counts,16384±20counts,32768±20counts或49152±20counts之间可以从MotionLink的反儒屏幕上检查PRD值

④如果检查PRD值不在上述值范国内，用DIS指令禁止驱动器打开电机的后端盖，松开旋变定子的锁紧螺钉，转动旋变的定子，使PRD值在上述值范围之内，然后锁紧旋变定子

⑤旋变的零位调整使电机转子的零位，旋变的零位一致，使查表指针指向电子表格的90°位置，从而保证了正确的电子换向

2.4旋变反馈的分辨率和精度

（1）分辨率R/D转换的数字分辨率（RDRES）根据实际使用的最高转速（VLIM）自动进行转换:VLIM rpmRDRES Counts/Rev等效编码器输出61001240964096counts正交1500到6100141638416384counts正交1500166553665536counts正交所有的读数都延伸到16位速度反馈是由R/D转换器输出的位置微分得到的速度反馈的分辨率为18位后2位是由R/D转换器的LSB模拟量输出估计产生

（2）精度精度的组成部分单位南分R/D转换精度4旋变回转精度8旋变安装精度2Inter-LSB（在最小有意义位上的数字高频振动）5总计（最坏的情况）

193.编码器（增量）反馈编码器是常用的一种用光电原理的角度/位移检测装置用于检测角度的编码器称为旋转编妈器，检测位移的编码器称为直线.编码器或光栅尺

3.1光电编码器的构造和工作原理

（1）光栅和莫尔条纹在两块光学玻璃上均力刻有密集的平行明暗细线（称为光栅），二者重叠放翼，并使刻线间有一微小夹角在明亮的背景下，可见到明暗相间的条纹称为葵尔条纹，如下图所示:m W/e当两个光栅相对移动时，莫尔条纹也将上下移动若横向移动一个栅矩虬则莫尔条纹也正好上下移动一个间距m,相当于将栅矩放大了1/e倍角越小，放大倍数越大2计量光栅的构造测量角度或位移的光栅称为计量光栅计量光栅由光敏元件，标尺光栅，指示光栅，透镜和光源组成对于直线编码器，通常标尺光栅固定不动，而光源，指示光栅和光敏元件固定在被测位移物体读数头上；对于旋转编码器，通常标尺光栅转动，而光源，指示光栅和光敏元件固定在被测转角物体读数头上常把上述两块光栅作成标尺光栅和指示光栅指示光栅比标尺光栅短得多莫尔条纹的移动信号亮带被光敏元件接收为判别运动方向常用四极硅光电池接收四相信号当光栅相对移动一个栅矩时，莫尔条级移过一个条纹宽度，四极硅光电池中的各片顺序输出相位分别为0°,90°,180°,270°的四个方波输出信号A,A非；B,B非3编码器输出信号的格式编码器输出为TTL电平5V电平，A,B两相正交相位相差90°的方波信号和标志信号对于旋转编妈器每转只有一个标志信号；而对于直线,编码器，每25mm有一个标志信号，又称栅格信号当A相信号引前于B相信号90°时，为正向运动；当B相信号引前A相信号90°时，为反向运动通常编码器的差动输出为三个通道信号A通道A,A非、B通道B,B非和Z通道Z,Z非信号通过对A,B通道信号的编码，可以得到4倍于A B通道信号的分辩率4编妈器反馈的分辨率编码器的分辨率对于旋转编妈器通常用每转刻线数line/r,或每转脉冲数counts/r表示，counts/r=4*I ine/r;对于直线编码器通常用每亳米刻线数line/mm,或每毫米脉冲数counts/mm表示，counts/mm=4*line/mm Koi I morgen公司的MT金线系列电机可选择编码器反馈装置，BE/ME系列电机装有编码器反馈装置，其分辨率为2048I ine/r或8192counts/r

（5）驱动器对编码器信号的要求对编码器的要求驱动器需要的信号编码器类型带或不带Index脉冲的A-正交-B编码器带或不带霍尔通道的A-正交-B编码器，霍尔发送器可以是集成的或分立的信号类型A-正交-B和1ndex只能是差动线,驱动器输出信号类型霍尔发送器集电极开路或线驱动器输出系统电压5Vdc最大输入频率3MHz最大电缆长度取决于系统建议50ft最大线数每个电动机的电周期10,000,000线驱动器提供的最大电流250Ma保护A,B,Index,和Hall通道断线，Hall非法编码检测

3.2编码器反馈的初始化过程由于增量编妈器只能反映在移动过程中的增量距离，而不能反映转子的绝对位置，因而驱动器加电时不能建立正确的换向角（初始换向角）必须采取某些方法在初始化过程中记忆在转子的某一特殊位置时的换向有SERVOSTAR CD产品有用于带增量数字编码器而设计的型号（CE）来自不同的制造商不同构造的编码器使用不同的术语和惯例，使这个题目有些混乱编码器可以是象只有A和B输出通道那样简单或象有6个输出通道（A,BZU,V,W）那样复杂的编妈器SERVOSTAR用变量MENCTYPE支持它们中的某一些类型该变量是根据编码器的特点来设定的本文来说明各种MENCTYPE的不同应用对编码器有一个基本的了解对这个讨论是有价值的

3.

2.1编码器的基础编码器是用来为SERVOSTAR经被称为A通道和B通道的两个通道来提供电动机的增量位置信息这些通道的输出是作为电机轴运动单位的脉冲这些脉冲在编码器中，用与电动机轴直接连接的光盘周期性产生的该光电盘刻有或透射或咀断光通过光盘的条纹光发射器和接收器在该盘的两侧转动该盘（和电动机轴）阻断从光源到接收器光的透射，建立脉冲光盘上的咀断被称为线，与之对应的是编码器的每转线数（LPR）或每转脉冲数（PPR）o两个通道提供相同的信息，但彼此间有90°的相位移（见图A-l）o两个通道之间有90°相位差的编码器被称为“正交-编码器该编码器输出的频率相同，但脉冲频率取决于电动机的转动速度而不取决于时间由于两个通道的相位相差90°,实际上这些信号的每个电周期有4种状态可利用（见图A-l）o编码器移动一条线.，SERVOSTAR能接收4个位置反馈脉冲编妈器每条线4个位置反馈脉冲的实际译码被称为“正交译码”另外，编码器信号A和B相位相差90°,使电子电路的设计很容％判断出A引前B还是B引前A,因而提供运动的方向信息编码器通常用一个被称为“Marker的附加通道提供零脉冲，或具有相同功能不同名称的“Index”通道这个通道每转只输出一个脉冲，它是一个周期非常窄的脉冲，约等于A或B通道脉冲宽度的1/4,但可以更宽它是用于回原点（绝对位置参考）和调准换向角的一个参考位置标记11re A-!:basic EnctxierSisals（Differvniial）使用编码器的一个问题是它们是增量位置而不是绝对位置装置当使用绝对装置时（例如旋变）不用转动就能决定电动机轴的位置，传送的代码是精确的换言之，在加电时，系统知道电动机轴的位置增量编码器只能检测电动机轴从目标位置移动了多远这就对三相无刷电机在校准换向角问题上提出的一个问题通常，为了在控制器中建立合适的换向角它是非常重要的（换向涉及为了产生最佳转矩而必须调准电枢绕组的电磁场与永磁体磁场的位置）为了这个原因，编码器或电动机通常提供曾经称为“换向跟踪（commutation tracks）”的附加通道，它提供1/6个绝对位置信息（见图A-2）Hall通道可以合成在编码器中或是集成在电动机绕组中的分立装置换向跟踪（Hall通道）提供3个数字通道，它们与电动机的A相，B相和C相的反电势调准带Hall通道的编码器，作为Hall信号参考电动机反电势波形必须有与电动机极数及电动机反电势波形一致的输出注意有些系统只使用电动机反馈数据的Hall通道该通道以通-断（梯形）的格式为电动机的换向提供足够的信息，但是对使用正弦波控制换向的电动机不能提供足够的信息再者说，为了控制低于几百RPM的速度，粗略的数据是不够的SERVOSTAR是提供高性能的控制器，不支持只有Hall方式的编妈器由于编码器是增量装置，脉冲的丢失将产生系统误差电气噪音是计数脉冲不准的最大因素传送差动信号能最大限度的抑制噪音，提供最好的信号保真度SERVOSTAR只接收差动信号某些廉价的编码器只提供TTL或“集电极开路”信号，它们不与SERVOSTAR兼容

3.

2.2SERVOSTAR支持的编码器类型从编码器产生的脉冲串获得速度或位置信息的概念是不难理辑的直流无刷伺服电机要求换向如前所述，换向是用定子合成磁场与主磁场正交来产生最佳转矩它要求在任何时候都要求知道电动机轴的位置为了在加电时决定该电动机轴的位置，使用增量编码器时要求进行换向初始化这个换向初始化过程可能导致运行混乱SERVOSTAR支持某些类型编码器的工作，它们必须告诉在执行换向初始化时哪些信号是期望的这就是变量MENCTYPE的用途下面将解释变量MENCTYPE的用法和对各种类型编码器的设定图A-3示出对不同的MENCTYPE的初始化流程图图A-3:用增量编码器的初始化流程图1MENCTYPE0带A/B/I和Hall通道的增量编码器MENCTYPE是最常用的编码器类型它告诉驱动器来自电动机反馈的所期望的信号oHAI I通道或在编妈器中或在集成在电机线罔中的分立元件HAII传感器中被合成加电时，HAII效应通道被读取，一个代码被发送到微处理器以提供一个粗略的电机位置该位置精确到最佳换向角的±30电南度内SERVOSTAR假设实际电机位置在HAI I代码设定值的中间位置，最大换向误差为±30电气度即使有这样大的误差，电机也能够产生效率为86%的转矩随着电机的转动，第一个HAII边界快速通过，为SERVOSTAR提供了您立更好的换向角信息SERVOSTAR在发现Marker脉冲后，根据MENCOFF来纠正换相角2MENCTYPE1带A/B/I通道的编码器一些系统中没有HAII通道，该模式会告诉SERVOSTAR不要等待它们的信号初始化过程分两步进行第一步是wake-and-shake初始化过程有关“wake andshake”的详细信息，请参见MENCTYPE3和“MENCTYPE4,该过程会在加电后获得换向对准第二步从发现Index脉冲时开始随后,SERVOSTAR根据“MENCOFF”的设置将换向角对准MENCTYPE1初始化只有在通过串行端口使用“ENCSTART”命令时才开始注意如果已经通过Marker位置无需让SERVOSTAR移动电机越过Marker位置，就不需要wake andshake n初始化过程3MENCTYPE2带A/B/I通道的编码器一些系统中没有HAII通道，该模式会告诉SERVOSTAR不要等待它们的信号初始化过程分两步进行第一步是“wake-and-shake”初始化过程有关“wake andshake”的详细信息，请参见“MENCTYPE3和“MENCTYPE4”，该过程会在加电后获得换向对准第二步从发现Index脉冲时开始SERVOSTAR根据“MENCOFF”的设置将换向角始准MENCTYPE2用“ENCSTART开始初始化，或在驱动器加电后被使能时自动执行初始化注意如果已经通过Marker位置无需让SERVOSTAR移动电机越过Marker位置，就不需要wake andshake”初始化过程4MENCTYPE3只有A和B通道的编码器最简单的编妈器仅提供A和B通道MENCTYPE3可针对这些信号来配置SERVOSTAR这些编码器不提供加电时电机的位置信息，该信息是通过一个称作“’wake andshake的特殊初始化过程获得的在使用MENCTYPE3时需要进行初始化，但初始化过程要由“ENCSTART”来触发在“wake andshake”初始化过程中，SERVOSTAR让电流流过电机的两相，使电机轴转进入转矩制动”位置转子磁铁只是简单地将电机轴对准到一个SERVOSTAR知道的位置电机随后通过给另外两相线,圈通电而转到下一个磁极位置然后，SERVOSTAR通过电机极数MPOLES和编码器计数脉冲数MENCRES,就具有了建立正确换向角所需要的足够信息这种初始化方法的优点是，可以使用成本很低的反馈装置但是，将电机带入这些转矩制动位置的要求会受到外部影响的限制如摩擦，这些外部因素可能会阻止电机转动或使其根本不转动！另外，在拉入转矩制动位置过程中，大的惯性负载可能会产生过冲和振荡，从而为微处理器提供错误读数这些MENCTYPE最适用于具有特定标准要求的系统，如低摩擦、低成本和低惯性负载该初始化过程所使用的电流大小可通过TENCSTART”进行调节，并且可能需要针对大的惯性负载进行调节以获得最佳性能5MENCTYPE4只有A和B通道的编码器最简单的编码器仅提供A和B通道MENCTYPE4可针对这些信号来配置SERVOSTARo这种编码器不提供电机加电时位置的位置信息，该信息是通过一个称作“’wake andshake的特殊初始化过程获得的在使用MENCTYPE4时，初始化过程在加电时被自动触发驱动器已被使能或使用“ENCSTART”来触发在“wake andshake初始化过程中，SERVOSTAR让电流流过电机的两相，使电机轴转到“转矩制动”位置转子磁铁只是简单地将电机轴对准到一个SERVOSTAR知道的位置电机随后通过给另外两相线圈通电而转到下一个磁极位置然后，SERVOSTAR通过电机极数MPOLES和编码器计数脉冲数MENCRES,就具有了建立正确换向角所需要的足够信息这种初始化方法的优点是，可以使用成本很依的反馈装置但是，将电机带入这些转矩制动位置的要求会受到外部影响的限制如摩擦，这些外部因素可能会阻止电机转动或使其根本不转动！另外，在拉入转矩制动位置过程中，大的惯性负载可能会产生过冲和振荡，从而为微处理器提供错误读数这些MENCTYPE最适用于具有特定标准要求的系统，如低摩擦、低成本和低惯性负载该初始化过程所使用的电流大小可通过“IENCSTART”进行调节，并且可能需要针对大的惯性负载对其进行调节以获得最佳性能6MENCTYPE5只有Hall通道SERVOSTAR不支持7MENCTYPE6带A/B和Hall通道的增量编码器MENCTYPE6支持“MENCTYPE0”中所介绍的编码器，但没有Marker通道或Index通道该装置用MENCTYPE6选择，其过程与“MENCTYPE0”中的过程相同，但对Marker脉冲的跟踪搜索除外系统根据HAI I信号的边沿来建立换向角MENCTYPE6通常几乎总是用于直线电机

3.

2.3换向精度驱动器内的换向对准精度会影响系统总的效率对准不良还能引起较大的转矩波动可以使用下而的公式进行总的估计Kt effective=Kt Rsted*Cosine对准误差在使用编码器时，换向对准的不准确性有多种原因HAII通道器件的精•度如果由一个使用光学圆盘的编码器提供通常精确到52电角度或更佳在将HAII元件集成在电机中时，可能具有高达159的误差使用上面的公式，15的误差仍然可提供大于96%的电机转矩在MENCTYPE

1、MENCTYPE

2、MENCTYPE3和MENCTYPE4中使用的“wake andshake”算法的精度会受到许多外部因素影响，如摩擦和惯性这些算法不够可靠，会带来数值变化的¥7天o不正确的换向对准还会引起不同方向上的转矩效率的差别在一个被夸大的示例中，一个未对准的的换向有可能会使1500rpm电机在一个方向上运转到2000rpm,而在另一个方向上转速仅为1000rpm1物理编码器的对准SERVOSTAR提供了多种通过软件来调节编码器信号对准的功能变量这些功能非常有用，但使用时必须要小心如果编码器与电机的对准任意进行，则调换电机或编码器需要针对新的对准对这些变量重新校准这种情况在给定应用中可以接受吗？您可能还不相信，一直到将来某个时候，都一直要这样做最好的方法还是在电机上将编码器对准这会使调换过程更加简单MENCTYPE0A/B/I带HAI I通道具有与电机的反电势对准的HAI I通道这种对准是借助于一个外部源来转动电机、在监视由电机产生的电压的同时监视来自HAII通道的信号并转动编码器外壳直到两个波形重叠来完成的然后，将编码器的安装螺丝紧固这样就对准了HAI I通道，随后，必须使用“MENCOFF”对准Marker通道一定要小心，因为电机在旋转时可能会产生致命电压MENCTYPE1和MENCTYPE2（A/B/I不带HAI I通道）需要将Marker信号与电机的反电势波形进行对准Danaher Motion没有定义任何特定的对准标准定义您自己的对准标准可能会很有好处MENCTYPE3和MENCTYPE4（只有A/B通道）不需要对准或调节MENCTYPE6（A/B带HAII通道）需要与MENCTYPE0相同的对准过程，但不需要设置“MENC0FF在不适合进行机械对准HAII通道时，可以通过软件进行调节MPHASE保存有对HAII通道的一个偏移值，可用来有效地“移动”HAII通道的位置可以使用“MFBDR”，将通道A和B建立的有效方向进行反相也可以将一个或全部HAII通道进行反相MHINVA.MHINVB和MHINVC允许驱动器将接收到的HAII通道信号反相

（2）MENCOFF MENC0FF保存一个用于在MENCTYPE

0、MENCTYPE1和MENCTYPE2中进行换向对准的Marker的偏移值要确定“MENCOFF”的设置，请通过MOTIONLINK®终端模式执行以下步骤，执行时使驱动器通电，并将C3插头拔下（驱动器禁止）

①键入“ENCINIT”

②用手顺时针转动电动机轴两阖

③键入“ENCINITST”核实该过程的完成如果该过程被成功的完成SERVOSTAR应该返回“2

④如果没有，重复第2步和第3步

⑤键入“SAVE”

⑥小心地继续设定系统

⑦为了更好地执行可以手动传送变量MENCOFF在结合MENCTYPE1和2使用MENCOFF时，必须通过试验来确定正确的值挑选一个设定值并进行微调，在以OPMODE2模式施加转矩时，要使转速（V）在两个方向上相等通常需要反复进行该过程，返回显著不同的值是因为软件的参考点与试验点不同通常是这样的注意电动机轴必须能不受控制的对设备和人没有损坏的自由转动

（3）系统的定相由于如该众多的信号从编码器返回驱动器，然后发信号给电机，因该，要确保每个信号都保持正确的相位会变得相当困难HALL18pm9C2HALL28pri10HML3B ph11lifill reA-4:System PhasingDiagmni注意这个图示出了在PFB脉冲下的相位定相，对带轴的电动机，从轴端看逆时针转动不带轴的电动机，从负载的引出端看顺时针转动直线电机，电枢向离开出线,端移动4查找故障基于编码器反馈的系统可能发生某些问题最常见的问题是接错线关于系统定相这一节，提供了必要的查找故障信息

①Hall通道接错线可能引起间歇出现问题因Hall通道接错线，电动机运行有时正确,但反复加电后将发生不正确的运行用物理方法检验Hall效应通道很重要在SERVOSTAR有被称为“HALLS”的指令它返回Hall代码来读确信电动机通过全部Hall代码是正确的，它对机器的安装和启动是很重要的，如图A-2所示

②如果Hall通道全部是低电平或全部是高电平将产生^illegal hallcode无效Hall

②电势平衡方程式电枢转动时，电枢导体做切割磁场的运动，产生感应电动势（感应电动势方向用右手法则判断）由于该电动势与电流（电枢电压）方向相反（吸收电能转换为动能），故称反电势电枢转动时产生的反电势E与电动机磁通

①和电动机转速N成正比E=kb*P*N对永磁电机，磁通

①二恒值（钟形分布磁场），电势平衡方程式可写成E=KB*N电势平衡方程式用来计算由电动机转速产生的反电势，反之亦然

③电压平衡方程式U=E+RM*L+L/di/dt其中U为电枢端电压IM为电枢回路电阻；为电枢回路电感电压平衡方程式用来计算电动机的电枢电路

④运动平衡方程式TM-TL=Jn*do）/dt=Kj*dN/dt其中Ju为电动机转子的转动惯量；Kj为与转速单位和惯量有关的常数；N为以rpm为单位的电动机转速；L.为作用在电动机轴上的员载转矩运动平衡方程式用来计算由电机轴上的合成转矩产生的角加速度，反之亦然另外可以用来判断电动机的运行状态如果TMTL,d3/dt0,电动机将加速运行如果LTL,dw/dt0,电动机将减速运行如果TM=TL,d3/dt=o,电动机将稳速运行用电动机的四个平衡方程式能很好的解释电动机的各种运行状态

1.2直流有刷电机的控制原理直流有刷伺服电机的控制原理晏通过电流环控制电动机的电流来控制电动机的转矩，通过速度环来控制电动机的速度，即所谓双闭环速度伺服系统，如下图所示速度调节器的输出为电流指令ICMD,与实际电流I进行比较，其差值作为电流调节器的输入进行调节，使实际电流I等于电流指令ICMD,产生转矩Tm如果电动机转矩Tm电动机轴上的负载转矩TL,则电动机将加速，直到电动机的实际速度V等于速度指令VCMD,电动机转矩Tm等于负载转矩TL,电动机将以被指令的速度VCMD旋转

1.3直流无刷电机的工作原理直流无刷电机的转子是永磁的，定子绕组是三相对称绕组通过与转子连接的反馈装置（旋代码）”错误这个问题是由通道断线或接错引起的

③为了确定驱动器正确方向的信息，A和B通道信号正确的接到驱动器上是很重要的它可用顺时针转动电动机轴（正方向转动电机）时显示的变量PFB来检验PFB变量应该是正向加计数如果它是员方向加计数，将A和B通道信号翻转它可以用交换来自编码器A和/A的接线或使用MFDIR指令

⑤A/B断线，接错线的错误可能发生SERVOSTAR接受A/B/I通道的差动格式信号为了建立用来监视通道信号的存在，每个通道信号馈入桥式整流器建立一个DC电压3个电压中的任何一个不存在（除了MENCTYPE3,MENCTYPE4,和MENCTYPE6中的I通道）将产生A/B断线故障如下图所示

⑥线路驱动器，接收器，和终端计数脉冲在电缆上的传送应满足工业环境要求，当心在电缆上感应出象编码器脉冲那样的噪音运行导线,应安装在“干净”的电缆管道中一般说来，为了提供更高级的免除喋音的信号要使用差动传送信号SERVOSTAR要求使用差动线驱动器差动线信号允许RS-485格式传送脉冲和使用低于1200hm的电缆终端期望是两个端口中的一个，SERVOSTAR提供所要求的终端当使用长电缆时偏离特征阻抗为120Ohm的电缆将导致较差的性能

（5）系统的换向方向和反馈计数方向系统正常工作时，正的速度指令方向应该是从电动机的轴端看CW方向旋转（换向方向是正的，电动机的相序微ACB:反馈计数方向是加计数）如果不是这样，系统将不能正常运行系统的换向方向和反馈计数方向可以用变量MFBDIR来改变

①MFBDIR=0:换向方向正常；反馈计数方向正常运行状态如果电动机统组和反馈接线正确，则运行正常如果电动机统组和反馈接线有一个接反或,两个都接反，将产生如下现象

②电动机绕组接线接反，反馈接线正确一使能后电动机转到转矩制动位置（零转矩位X）停止此时可交换电动机的任意两相接线.或设定MFBDIR=I

③电动机绕组接线正常，反馈接线接反一使能后转速失控（自激）这是因为反馈接线接反使速度负反馈变为正反馈而自激此时可交换A/B通道接线.或设定MFBDIR=2o

④电动机接线接反，反馈接线接反一使能后电动机的任意位置均为转矩制动位置这是因为使能后电动机转到转矩制动位置，以后再转动电动机，驱动器始终保持两个磁场方向一致或相反，只产生制动转矩（转子与定子相吸）而不产生旋转转矩此时可同时交换电动机的任意两相接线和交换反馈A/B通道的接线，或设定MFBDlR=3o应该指出，为了防止给用户维护造成混乱，应该改变接线使接线正确并修改线号与接线图相符，同时设定MFBDIR=0o

（6）设计考虑SERVOSTAR对增量编码器最大的输入频率为

2.5MHz在任何情况下都不能超过编码器电源电压5Vo5V是驱动器经过电缆到编码器的典型的内部要求5V的容差必须考虑在电缆中的IR电压损失18AWG导体对给驱动器提供5V,250mA的电流将引起大约

0.25V的电压降，成为5V编码器定额的限制考虑电缆长度上的5V拉电流，对一个好的系统设计是非常重要的SERVOSTAR给编码器提供5V±2%,250mA最大拉电流当使用增量编码器时，SERVOSTAR接收编码器脉冲，经过缓冲电路然后输出到等效编码器输出口在这些信号传送过程中相位延迟特别小注意在转动芋线管或线盘中的所有编码器电缆时，电缆能自由的移动，防止发射电气噪音，例如螺线管和电枢

（7）参考变量对这些指令中的任何一个的更详细的信息，参见SERVOSTAR SC的参考手册ENCINIT-这个指令触发编码器初始化过程ENCINITST-这个变量可以询问并返回初始化过程的状态这个变量可以采用3个值中的一个0=初始化过程没有开始1=初始化在进行中2=初始化过程已经结束，初始化过程被完成当你手动设定Index位置时该标志被复位到0ENCSTART-选择自动或手动“Wake andShakw”初始化HALLS-读Hall通道的状态IENCSTART-设定“Wake andShakw”初始化电流MENCOFF-告诉SERVOSTAR,与换相角0°有关的marker位置MENCRES-告诉SERVOSTAR编码器（每转）有多少线MENCTYPE-告诉SERVOSTAR什么是编码器当前信号MH1NVA-翻转A通道内的有效电平MHINVB-翻转B通道内的有效电平MHINVC-翻转C通道内的有效电平MPHASE-允许换向偏置

4.正弦编码器反愤

4.1正弦编码器的特点

（1）正弦波编码器的输出正弦波编码器也是增量编码器，只不过是A和B通道的输出信号是正弦波而不是方波正弦编码器提供两个相位差为90°的增量正弦波信号（A和B）从编码器稔入给驱动器的正弦信号是互补的，每一个信号载体为一骑在

2.5Vdc上，Vp-p为

0.5V的单端信号波形当这些信号加到差动接收器上将产生骑在OVdc上的峰对峰值为1V的波形，能很好的消除噪音干扰这些信号以每

1.6u s被模-数转换器采样一次结果产生的数字字提供给数字电子电路（FPGA）处理，为位置的细分（内插补）提供计算过程

（2）分辨率由于A通道和B通道的信号是正交的，接收信号的电子电路能产生四倍基本分辨率（四倍频）的信号通过弑称为内插补的方法，ServoStar能将正弦波分解增加到（细分为）256个部分（可用变量MSININT设定）对每个正弦编码器的周期（对应于编码器的一条刻线），ServoStar最多能,产生1024个增量counts例如，如果一个正弦编码器的分辨率为每转2048线,它实际能达到的机械分辨率最大为2,097,152（2048*4*256）个counts03正弦编码器的排度正弦编码器精度将直接影响系统的精度正弦编码器产生的误差由编码器的刻线误差和转换电路误差两部分组成转转电路产生的误差大约为一个正弦波周期的供例如，使用2048线正弦编码器的刻线.误差为±20角秒，转换电路的误差±

6.5角秒

0.01*360*60*60/2048,总的误差为±

26.5角秒4驱动器对正弦编码器信号的要求对正弦编码器信号的要求需要的信号类型带或不带Index脉冲的A-正交-B通道编码器；带或不带Ha I I通道的A-正交-B和I ndex通道编码器带每转只有一个正弦波的C,D通道的A-正交-B和I ndex通道编码器信号电平1Vp-p信号类型A,B,Index只能是差动信号C,D差动信号当前本能用信号类型Hall集电极开路输出或线驱动器输出系统电压5Vdc最大频率400KHz来自编码器最大电缆长度取决于系统建议8米25ft最大线数在内插补后电动机每个电周期10,000,000counts驱动器提供给编码器的最大电流250mA保护A,B,Index,和Hal I通道断线，Hall非法编码检测，A/B信号超出量程，“正弦脉冲群溢出最大内插补x256在正交之后5正弦编码器反馈的优点ServoStar驱动器用内插补细分的方法增加了速度环和位置环两个控制环的反馈分辨率速度反馈分辨率的提高使电流指令比较平滑，减少了系统的噪音，提高了系统的刚性位置反馈分辨率的增加提高了位置重复精度

4.2正弦编码器的类型由于正弦编码器的信号是增量的，提供加电时电动机转子位宜初始换相南信息的某些方法是必要的为了达到这个目的，不同类型的正弦编码器使用不同的方法为了这个加电位置信息，ServoStar驱动器能接收多种不同类型编码器的多种辅助信号这些辅助信号给出ServoStar马区动器在加电时初始换向信息1带霍尔效应发送器的增量型正弦编码器霍尔通道提供关于电动机位置的粗略信息，只用来在加电时决定电动机开始换向的足够信息关于这种操作的更多信息见

3.2节的第2小节，带和不带Index通道MENCTYPES0和6的使用说明使用正弦编码器时也不例外2带C和D通道的增量型正弦编码器正弦编码器的C和D通道是提供辅助换向信息的通道它们是与典型的A和B通道等效的两个通道，但是每个机器转只有一个正弦波ServoStar驱动器对这个通道信号细分为1024个部分10位绝对编码，加电时提供的换向信息为转子的绝对位置类似于旋变反馈时的R/D转换ServoStar驱动器自动执行这个操作对于使用Index通道MENCTYPE=7的系统和不使用Index通道MENCTYPE=8也提供支持在ServoStar驱动器使用手册中提供使用Index通道的数据和变量NIENC0FF的信息在驱动器为ZERO方式时使用（见ZERO）硬件读这些位置信号并用指令HWPOS返回该位置值变量MPHASE（定义在标准换向表中的换相南）是对这个通道的软件偏置

（3）带EnDat信号的增量型正弦编码器EnDat是Heidenhain公司的商标，用串行通讯方法对几种编码器产品提供与绝对位置有关的信息这些装置“记忆”在哪里它们被加电SERVOSTAR驱动器使用EnDat（MENCTYPE9）通讯通道自动询问来自编码器加电日寸的位置信息这些编码器有内部非-易失存储器，用来存储来自驱动器的偏移值HSAVE指令使变量MPHASE,ZPOS（定义轴位置与等效编码器输出的Index之间的关系），PFBOFF（PFB的偏置，用来偏移机器原点）存储在编码器中该存储器在加电时或在LOAD指令执行期间将这些变量读回指令HWPOS,允许快速查询直接来自由Heidenhain EnDat编码器定义的绝对位置（非内插补值）PFBOFF允许用户方便的偏置机器原点（或零点）注意多囹型EnDat编码器能“知道”它们在4096圈（12位）的哪一国某些类型的正弦编码器有2048个正弦波，能提供21位分辨率（2048为13位，256为8位，总共21位）总的结果是33位数据（4096圈为12位，每圈为21位数据，故总共为33位数据）ServoStar驱动器的位置环运行带符号的32位教据为了使用来自编码器的满圈数据，系统分辨率必须将变量MSINIT设定为128或64来减小（决定于32位位置字符号位的使用）运行数据的总位数用编码器满圈数据的最大分辨率MSININT=25632不带符号位时的最大分辨率MSININT=128MSININT=6410带符号位时的最大分辨率EnDat编码器没有Index通道，但是为了精确的回原点，系统通常要求有Index信号,特别是当单圈EnDat编码器用不是装在负载末端时Index信号由ServoStar驱动器建立，对编码器等效输出口进行位置比较，按“每转编码器等效输出counts”计算比较值可编程，用变量ZPOS存储在编码器的存储器中这种功能只能在MENCTYPE=9（EnDat编码器）时•使用系统读EnDat通道传送的绝对位置，对准用MSININT设定的正弦插补值和用SININTOUT设定的等效编码器输出为了使编码器等效输出作为基准与用户可编程变量ZPOS比较，用这个值作为初始值当两个值相等时，输出Index信号用户可以用改变ZPOS变量来设定实际物理定位位置不能进行ZPOS变量范围的检查，因此用户必须输入一个合理的值（不允许员数）变量ZPOS可以在运行中修改实际作用范围是到MENCRES*MSININTOUT,单位是“编码器输出线数，默认值是0Index脉冲宽度是编码器等效输出脉冲信号的90°注意ENCOUT值对这个功能没有影响在ENCOUT改变日寸，标志脉冲宽度不受影响

5.最小移动初始化方法如前所述，直流无刷电机产生的转矩取决于三相电流值和电动机转子的位置为了正确的控制电动机，获得电动机可能达到的最大转矩输出，驱动器必须提供电动机转子的当前位置在编码器反馈系统中，为了确定初始换相角，可以从霍尔发送器编码输出的切换状态或编码器的Index信号来寻找但这些方法需要提供一个外力使电动机转子转到一个预定的位置（转子零位），在该位置上产生的转矩为零，并相应的刷新换向角由于上述初始化方法要求电动机运动，在一些情况下是不允许的例如直线电机ServoStar驱动器的CD5系列用执行一个闭环的“同步一换向Commutation—lock算法，调整换向角位置为当前的电动机位置，几乎与移动电机转子到预定位置一致电动机的移动很小，最小移动量为+/-4个电南度

5.1最小移动初始化过程用“换向一同步算法的初始化过程如下1“禁止驱动器3选择编码器初始化方式INITM0DE=24用变量IENSTART设定编码器初始化电流设定它为允许使用的最大电流5用变量INITGAIN设定编码器初始化增益该增益典型值为1000o6用ENCSTART指令使能初始化过程7使能驱动器，开始初始化过程8读状态字STATUS2,监视初始化过程和驱动器的状态如果编码器初始化成功，驱动器被使能，ACTIVE被置位；如果初始化不成功，STATUS2的第一个字的第2位被置位

5.2最小移动初始化指令1INITM0DE Syntax for set:INITMODE valueSyntax for query:INITMODE Description:选择编码器初始化方式方式0和方式1初始化过程将引起电动机的运动当选择方式2时，电动机将以最小的移动完成对编码器的初始化TypeR/W Range:0:软件指数斜坡电流电动机将在CW和CCW方向转动几次；如果不成功,则发出故障信息1:硬步进电动机急动进入位置；如果不成功，则发出故障信息2以最小移动进行编码器的初始化过程Default:0Opmodes:Al IDr iveStatusDisabled EEPROM:Yes2STATUS2Syntaxforquery:STATUS2Description返回驱动器状态字到串口以ASCI I—HEX格式传送6个状态字每个字的前面加字母“H”编码器吃食化过程的状态在Word5中告知，如下表所示第一个字的第2位指示编码器初始化过程有故障Type:R OnlyRange:状态字Word5每个位的含义在下表中讨论4—7位与INITMODE2有关STATUS2的Word5:编码器初始化状态字在编码器初始化期间如果驱动器遇到故障（状态字的第5位被置1）,将使这个字的相应位置1Bit说明0LSB MENCRES,MP0LES错误，或IENCSTART太小1A相电流失谐2C相电流失谐3限位开关被触发4内部故障5失去控制一由于过度的运动或算法失败这可能是由于IENCSTART或INITGAIN二者中的一个值太高确信IENCSTART设定正确时，可降低INITGAIN值6运动轮廓失谐调整INITGAIN值7运动不充分增加IENCSTART或INITGAIN只二8—15不用Default:0Opmodes:Al IDr iveStatus:D isab IedFi rmware:

6.

2.0EEPROMYes3INITGAIN Syntaxfor set:INITGAINvaIue SyntaxforqueryINITGAIN Description:设定编码器初始化过程在中控制器的增益Type:R/W Range:100—1000Default:1000Opmodes:Al IDr iveStatus:D isab IedEEPROMYes Limitations:MotionLink尚不支持变或编码器不断的检测转子的位置，查表得到能产生与转子磁场垂直的定子合成磁场可保证转子磁极下定子绕组导体的电流方向和分布不变，称为电子换向的三相定子电流的瞬时值指令，通过三个电流环来调节三相定子电流为了使直流无制电机在定子绕组流过电流时能产生最大转矩，必须确定无制换向环换向指针换向角的正确位置驱动器加电时，需要知道对应转子位置的换向角称为初始换向南，确定初始换向角的过程称为无制换向的初始化过程1直流无刷电机的电子换向原理

①旋转磁场的产生直流无刷电机的定子统组为三相对称绕组，转子磁场为由永久磁铁产生的按正弦分布的主磁场如在定子绕组中通入对称三相正弦交流电，在空间能产生可以旋转的磁场所谓对称三相绕组就是绕组在空间按正弦分布sin，sin9-120°,s in0-240°通入三相对称交流电，即:Isincot,I sinwt_120°,lsinut-240Q设W为一相绕组的匝数，则在空间的合成磁场F为F=W*lsincot*sin0+W*lsincot-120°*sin0-12O°+W*l sincot-2400*sine-240°按三角公式cos a-cos0=-2sina+B/2*sina-0/2F=-[W/2*lcos ut+e-W/2*lcos cot-0+W/2*lcos wt+0-120°-W/2*lcos ut-0+W/2*lcosut+6-240°-W/2*lcos wt-6]二-3/2*W*lcos wt-e由上式看出如果在空间某一固定位置二常数观察，合成磁场F为一正弦脉振磁场;如果固定在某一瞬间3t二常数观察，合成磁场F在空间成正弦分布；如果同步移动即cot-0=常数观察，合成磁场F为一在空间转动的成正弦分布的磁场，即旋转磁场如下图所示对两极电机而言，三相正弦交流电变化一个周期，即360电角度，合成磁场旋转一周，即360机械南度如果在三相定子统组中加入对应某瞬间的三相交流瞬时值的直流，则在空间产生一个固定位置按正弦分布的磁场换句话说，给定一个合成磁场的空间位置，就可以得到合成这个磁场的定子绕组的电流值

②产生最大转矩的条件如上所述，产生最大转矩的条件是绕组流过电流产生的合成磁场与主磁场互相垂直直流无刷电机的转子是永磁（按正弦分布）的，是主磁场给定转子的位置（主磁场的位置）就可以找到与其垂直的合成磁场位置，也就找到三相绕组的电流值转子从0度转到360度，可以得到一组能产生最大转矩的三相电流值，也就是一个周期中的三相交流瞬时值

③电子换向原理将上述对应转子位置能产生最大转矩的三相交流瞬时值作成电子表格储存到存储器中电机工作时，不断的检测转子的位置，然后查表得到能产生最大转矩的三相电流瞬时值比例，乘以速度调节器输出，即电流（有效值）指令，得到三相电流瞬时值指令，加到三相电流调节器的输入，通过电流环的快速调节，产生三相定子电流三相定子电流的合成磁场将垂直于转子磁场，产生最大转矩

（2）直流无刷电机的控制原理用ServoStar驱动器控制直流无刷电机的原理框图如下图所示旋变（或编码器）为检测转子位置的反馈装置旋变的输出为模拟量信号，经R/D转换为能表示转子绝对位置8的数字信号，查表得到耗产生最大转矩的三相电流瞬D寸值sinB、sin（0-120）和sin（6-240）,乘以速度调节器输出的电流（有效值）指令Icmd,得到三相瞬时值电流指令lacmd、Ibcmd和Icmd分别加到A、B、C三个电流调节器的输入端，经过电流环的快速调节产生三相电流（lalb;lc）流入电动机的三相统组，产生最大转矩输出，驱动电动机旋转在速度环的作用下，使电动机的转速跟踪速度指令（位置调节器的输出）的变化；在位置环的作用下，使电动机转动的角度跟踪位置指令的变化位置指令是由运动轮廓发生器产生的，驱动器对每个运动指令都将建立一个软件运动轮廓发生器在编码器（或脉冲）跟踪方式下，位置指令是外部位置的累计

（3）转矩角控制技术（Koi Imorgen专利）如上所述，电子换向原理就是按检测到的转子位置查表产生三相定子电流由于电流环的响应需要一定的时间，以及在这段时间转子又转过一定的角度，就使得定子电流的合成磁场不再垂直转子磁场电流越大，速度越快，查表时滞后的角度越大因此在查表时要提前一个角度提前的角度与电流的大小和速度的高低有关，分别称为电流提前角和速度提前角，它们的值通过实验获得电子换向和提前角控制称为转矩角控制技术，是Koi Imorgen公司的专利

（4）转子位置的检测及零位的调整ServoStar驱动器可以选择用旋转变压器（简称旋变），增量编码器或正弦波编码器来检测转子的位置6当8=0时，从定子绕组的C相向B相流过一个电流，转子将转到一个位置停下来（称为转矩制动位置），该位置称为转子的零位用ZERO指令可以找到转子的零位此时由转子位置检测装置确定的查表指针必须是90°才能保证正确的电子换向确定正确的查表指针位置（初始换向角）的过程称为直流无刷电机电子换向的初始化过程反馈装笠的作用有三检测电动机转子的位置，产生速度反馈和位嵬反馈信号

1.4转矩平衡方程和反电势平衡方程

（1）转矩平衡方程A相绕组产生的转矩Ta=Kt*siner*2,/2l*sin0s B相绕组产生的转矩Tb=Kt*sin6r-120*2,/21*sin9s-120C相绕组产生的转矩Tc=Kt*sin6r-240*2,/21*sin0s-240电动机产生的转矩为三相绕组产生的转矩之和T=Ta+Tb+Tc=Kt*sin9r*21/2l*sines+Kt*sin9r-120*2,Z21*sin6s~120+Kt*sin0r-240*21/2l*sin0s-240=-3/2*kt*cos9s-9r*21/21=KT*I其中6s一三相定子统组产生的合成磁势的电角度，磁通落后磁势90度电角度，当定子绕组的合成磁势与转子磁场方向一致时，定子绕组的合成磁场与转子磁场垂直，产生最大转矩Or-转子磁场磁通的电南度kt一与电机结构有关的常数匕一直流无刷电机的转矩常数KT=-3/2*21/2*kt*cos9s-6r当定子合成磁场与转子磁场方向一致时，cos6s-er=1,Ki=-3/2*2’、kt2反电势平衡方程电机旋转时，定子三相绕纽切割转子磁场，产生感应电动势Ea=ke*s in0r*N Eb=Ke*sin0r-120*N Ec=ke*sin6r-240*N驱动器制动时，PWM作为逆变器工作，即将三相交流电压逆变换为直流电压E=

2.34*ke*N=KE*N

1.5PWM的功能PWM脉宽调制是一个斩波器，将直流母线电压斩成频率固定的方波电压，加在绕组上方波电压的频率固定，分布电压的宽度取决于控制电压电流调节器的输出加在绕组上的电压是被调制的方波电压的平均值当PWM的控制电压是正弦电压时加在绕组上的电压也是正弦的，产生的电流也是正弦的可见PWM是一个将直流转换为正弦交流的变流器，又成为SPWM系统制动时，PWM将三相交流反电势转换为直流反电势，是一个逆变器

1.6电源模块的功能电源模块的功能.有三1产生PWM要求的直流母线,电压VBUS电源模块的输入电压为三相230V交流电压CD驱动器，经三相桥式整流，作为PWM的母线电压VBUS=

1.35*230V=310V由于在母线两端接有大容量电容器，驱动器空载或轻载时，母线电压实际上为输入电压的峰值VBUS=

1.414*230V=325V2为驱动器提供逻辑电压为驱动器提供+5VDC CPU使用和+/-12VDC逻辑元件使用逻辑电压PSR4/5BDS5的电源模块输出+10VDC和+/-18VDC未经稳压的三组电压给BDS5,经BDS5内部的稳压块产生+5VDC和+/-12VDC逻辑电压CD5550驱动器的逻辑电压，由直流母线电压经DC-AC-DC变换产生；560驱动器的逻辑电压由外部逻辑电源输入24VDC经DC-AC-DC变换产生S600/S300:逻辑电压由外部逻辑电源输入24VDC经DC-AC-DC变换产生

（3）提供（能量）再生制动系统在减速或停止时，电动机作为更流发电机运行，将系统储存的动能转换为交流电能再经PWM将交流电能逆变为直流电能，给电容器充电，将由动能转换的直流电能储存起来，成为再生制动

（4）再生分流控制系统进行再生制动时，电机的速度越高，系统的转动惯量越大，由系统储存的动能转换的直流电能越多电容器储能（CV72）使母线电压提高，将危及驱动器功率器件的安全对母线电压危325V的驱动器，当母线电压大于390V时，接通再生分流控制电路再生分流控制电路用达林顿管控制再生分流电阻与再生电容器并联，如果流过再生分流电阻的电流大于母线制动电流，电容器将通过再生分流电阻放电，使母线电压下降当母线电压小于等于375V时，达林顿管关断，切断再生分流电路制动电流使电容器再充电，进行再生制动，直至制动结束一个指出，再生分流电路接通时，进行的是恒流能托制动，不同于通常的能耗制动如果再生分流电路接通时，再生分流电路的电流小于母线制动电流，则部分制动电流继续给电容器充电当母线电压大于等于410V时，产生过压报警，并Disable驱动器的功率级

1.7电子换向的初始化过程由电子换向原理得知在电流（有效值）指令ICMD的作用下，产生最大转矩的条件是由三相定子电流产生的合成磁场方向与有转子永磁体产生的主磁场的方向互相垂直三相合成磁场的方向由查表得到的三相瞬时值电流决定主磁场的方向由转子的位置决定转子的位置用位置检测装置（旋变，增量编码器或正弦编码器）检测位置检测装置决定查表指针的位直当定子流过二时查表得到的电流（ia=0,ib=sin（-120）=-

0.866,ic=s in（-240）=

0.866,即从B相向C相流过一个电流）时，转子所在的位置称为转子的零位正确的电子换向位置是当转子在零位时，由转子位置检测装置决定的查表指针必须在电子表格90°位置在初装位置检测装置时，必须建立正确的查表指针位置，这个过程称为电子换向的初始化过程ServoStar驱动器可以选择的反馈装置（转子位置检测元件）有旋变，增量编码器或正弦编码器不同的反馈装置换向初始化过程也不一样下面介绍各种反馈装置的工作原理及换向初始化过程2旋转变压器反境和R/D转换器

2.1旋转变压器旋转变压器（简称旋变）由定子铁心，转子铁心，励磁统组，正弦绕组，和余弦绕组组成旋变有有制旋变和无刷旋变两种结构形式有刷旋变的定子铁心装有绕组的磁轴互相垂直的正弦绕组和余弦统组，转子铁心装有励磁绕组，励磁绕组的接线通过导电环和电刷引出转子在零位时（8=0）,励磁绕组的磁轴与余弦绕组的磁轴重合而与正弦绕组的磁轴垂直，余弦绕组揄出电压V2最大，等于励磁电压V乘变比K,而正弦绕组输出电压V1为0当旋变的转子转动时（左0）,正/余弦绕组输出电压的关系如下V1励磁绕组励磁电压V=Eo Sintat正弦统组V1=KV Sin6余弦绕组V2=KV CosQ金线系列电机安装的旋变为无刷旋变，结构如下:在上图中，无刷旋变的左侧是环形变压器旋变的励磁绕组作为环形变压器的原级绕组装在定子磁环上，次级统组装在转子磁环上无刷旋变的右侧是旋转变压器励磁绕组装在转子铁心上，正/余弦绕组装在定子铁心上装在转子铁心上的励磁绕组与装在转子磁环上的环形变压器次级绕组连接当将励磁电压加在定子的励磁绕组上时，环形变压器次级绕组感应出的电动势加在转子铁心上的励磁绕组上，使旋转变压器获得励磁而工作KoiImorgen公司要求的旋变的规格为对旋变的要求类型控制变压器变比

0.47调制频率7-8KHz输入电压（从驱动器）

4.25Vac最大DC电阻120Ohms最大电缆长度250米750ft最大驱动电流55Ma ac-rms输出电压（到驱动器）2Vac

2.2R/D转换器旋变正/余弦绕组的轸出信号虽然与转子的位置e有关，但它们是模拟量信号，无法在数字系统中应用，必须用R/D转换器将它们转换为数字位置信号才能使用R/D转换器的原理框图如下图所示参考电压隔高速数字V1离误差变Sin/Cos压放大器V2器乘法器II个

①（数字）■I±1计数器压控震荡频率成形器VCO W（积分器）数字输出R/D转换器是一块芯片，内部由隔离变压器，高速数字正/余弦乘法器，误差放大器，鉴相器，频率成形器（积分器），压控振荡器VC0和±1计数器组成°R/D转换器的工作原理如下:假设±1计数器的当前状态字为

①，由高速Sin/Cos数字乘法器完成下面的计算V1Cos

①=KEo SincotSin0CosD V2Sind）=KEo SinwtCos9Sin

①在误差放大器中完成减法运算V1Cos

①-V2Sing KEoSincot（Sin0CosO）-Cos0Sin（P）=KEo SinwtSin（9-0）筌相器，积分器（频率成形）和压控震荡器（VCO）,构成寻找Sin（6-0）零点的闭环控制如果

①丰，产生误差电压，经VCO产生计数脉冲对±1计数器进行计数，来减少e-

①的差值，直到

①=e,误差为o,不再产生计数脉冲此时计数器的状态输出

①就是旋变转子的当前位置8R/D转换器的输出和输入有

①计数器状态输出

①旋变转子的绝对位置输出

②忙信号输出MM=1时，表示VCO正在对±1计数器进行操作此时计数器输出的状态不可信，应在M=0时读取输出M信号同时可以作为旋变转子的增量位置输出

③模拟量输出Uv积分器输出，比例于de/dto可作为测速计输出

④开关量输入JZ当JZ为低电平时禁止计数器计数在读计数器的输出时，令JZ=0,防止读数有误它的作用与忙信号输出M类似可见旋变信号经R/D转换器转换为旋变转子（也是电机转子）一转内的绝对位置

①R/D转换器产生的绝对位置在驱动器中可以用PRD值显示±1计数器的位数就是转子绝对位置的位数，或称为R/D转换器的分辨率例如，16位的R/D转换的分辨率为65536counts/r在ServoStar驱动器中，R/D转换器的分辨率RDRES根据电动机的转速自动转换如果VLIM N6101RPM,则RDRES=12（PRD=0-4095与之对应的PFB=0-65535,PFB值按16个counts为单位变化）如果1501W VLIM=$6100RPM,则RDRES=14（PRD=0-16384；与之对应的PFB=0-65535,PFB值按4个counts为单位变化）如果VLIMW1500RPM,则RDRES=16（PRD=0-65535;与之对应的PFB=0-65535）。