Jak interpretovat přesnost úhlu Resolveru a elektrickou chybu?

Při řízení motoru, elektrických pohonech nových energetických vozidel, výběru nebo testování servosystému se inženýři nejčastěji ptají: 'Jaká je přesnost tohoto resolveru?' Technické listy však často uvádějí parametry jako 'Elektrická chyba ≤ ±10′', 'Přesnost úhlu ±15′', 'Rozlišení 16 bitů' atd., atd.

Jsou elektrická chyba a přesnost úhlu totéž? Jak velký je přesně 10′? Jak byste měli číst datasheet, aniž byste se nechali zmást čísly?

I. Nejprve rozlišujte dva pojmy: Přesnost úhlu ≠ Elektrická chyba

Samotný resolver vydává analogové sinusové/kosinové signály, nikoli přímo digitální úhel. K získání hodnoty úhlu vyžaduje následný RDC (převodník z rozlišení na digitální) nebo softwarovou demodulaci.

Proto to, co běžně nazýváme 'přesnost úhlu', je ve skutečnosti  specifikace na úrovni systému  , která zahrnuje alespoň:

• Vlastní elektrická chyba resolveru

• Chyba dekodéru (RDC).

• Montážní excentricita a montážní tolerance

• Chyby způsobené kabely, stíněním a úpravou signálu

'Elektrická chyba' je vlastní úhlová odchylka těla resolveru za ideálních podmínek dekódování. Lze to chápat jako 'hrubou přesnost' resolveru.

Analogie:

• Elektrická chyba analyzátoru je jako chyba dělení samotného pravítka;

• Přesnost úhlu je jako konečná chyba měření, když používáte toto pravítko k měření obrobku.

• Zda je pravítko přesné, závisí na elektrické chybě; zda je měření přesné, závisí také na tom, jak stabilní je vaše ruka a jak jemně ji čtete.

Elektrická chyba je tedy základní vnitřní specifikací resolveru, ale není to celý příběh pro přesnost systému.

II. Co je elektrická chyba a kde se bere?

Za ideálního buzení a ideálních podmínek dekódování je odchylka mezi úhlem vypočítaným z výstupních signálů resolveru a skutečným mechanickým úhlem elektrickou chybou.

Společnou jednotkou je oblouková minuta, označená ′.

Konverze:

•  1° = 60′

•  10' = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′≈ 0,0167°

Pokud je například v datovém listu uvedeno 'Elektrická chyba ≤ ±10′', znamená to, že v žádné poloze nepřesahuje odchylka mezi dekódovaným úhlem a skutečným úhlem 10 úhlových minut, přibližně 0,167°.

Mezi hlavní zdroje elektrické chyby patří:

Tyto faktory se spojí a vytvoří křivku elektrické chyby resolveru.

III. Jak číst 'Elektrická chyba' v datovém listu?

Když v datovém listu uvidíte 'Elektrická chyba ≤ ±10′', nedívejte se jen na číslo. Nejprve položte tři otázky:

1. Je jednotka mechanický úhel nebo elektrický úhel?

To je důležité zejména u vícepólových resolverů.

U jednopólového resolveru se mechanický úhel rovná elektrickému úhlu, takže není potřeba žádné rozlišení. Ale pro vícepólové resolvery:

Elektrický úhel = Mechanický úhel × Počet párů pólů

Pokud 4pólový párový resolver specifikuje 'Elektrická chyba ≤ ±10′' a týká se elektrické chyby úhlu, pak ekvivalentní mechanická chyba úhlu je pouze:

10′ ÷ 4 = 2,5′

Mechanická přesnost je ve skutečnosti vyšší.

Ale pokud specifikuje mechanickou úhlovou chybu ±10′, pak ekvivalentní elektrická úhlová chyba bude:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° elektrické

To by se mohlo blížit horní hranici pro aplikace FOC (field-oriented control).

Proto, když uvidíte elektrickou chybu, nejprve ověřte, zda se jedná o mechanickou chybu úhlu nebo elektrickou chybu úhlu.  Mnoho výrobců resolverů standardně používá chybu domény elektrického úhlu, ale praxe se liší. V případě potřeby požádejte původního výrobce o vysvětlení.

2. Jaké jsou podmínky testu?

Elektrická chyba není opravena; je ovlivněn teplotou, otáčkami, budicím napětím a frekvencí.

Běžná prohlášení v datovém listu zahrnují:

·  Elektrická chyba pokojové teploty ≤ ±10′

·  Elektrická chyba při plné teplotě ≤ ±15′

·  Dynamická chyba 0~10000 ot./min ≤ ±20′

Pohled pouze na specifikaci pokojové teploty nestačí. U elektrických pohonů nových energetických vozidel, vysokoteplotních servo aplikací atd. musíte věnovat pozornost elektrické chybě v celém rozsahu teplot a plných rychlostí.

3. Je to maximální chyba, vrchol-špička nebo RMS?

Elektrická chyba může být vyjádřena několika způsoby:

•  Maximální absolutní chyba : maximální absolutní odchylka mezi všemi měřenými body

•  Peak-to-peak error : rozdíl mezi maximální kladnou odchylkou a maximální zápornou odchylkou

•  Chyba RMS : střední kvadratická hodnota, která odráží celkovou úroveň chyb

Datové listy obvykle specifikují 'maximální elektrická chyba' nebo 'elektrická chyba od vrcholu k vrcholu' Pokud je to jednoduše řečeno 'Přesnost ±10′', je to obecně chápáno jako maximální absolutní chyba.

IV. Jak interpretovat chybovou křivku?

Pokud můžete získat zprávu o testu resolveru, nejlepším způsobem je přímo zkontrolovat chybovou křivku.

Typická křivka elektrické chyby má mechanický úhel na vodorovné ose a chybu na svislé ose. Tvar křivky pomáhá identifikovat zdroje chyb.

Běžné chybové charakteristiky:

Obecné pravidlo:

Čím hladší a pravidelnější je chybová křivka, tím stabilnější je výrobní proces resolveru a chyba je předvídatelná a kompenzovatelná.
Pokud má křivka mnoho závad nebo velké skoky, nejprve zkontrolujte testovací prostředí, stínění a kvalitu signálu buzení, než abyste spěchali s posuzováním přesnosti resolveru.

V servopohonech nebo elektrických pohonných systémech některá řešení implementují tabulky kompenzace chyb. Kompenzace však vyžaduje, aby byla chyba opakovatelná. Pokud se chyba mění v každém testu, kompenzace nemá smysl.

V. Stručná praktická metoda měření elektrické chyby

Pokud chcete sami měřit elektrickou chybu resolveru, základní přístup je:

1. Jako referenční úhel použijte vysoce přesný kodér, optickou mřížku nebo indexovací hlavu.

2. Poskytněte standardní budicí signály do resolveru.

3. Současně získat výstupy sinus/kosinus resolveru.

4. Dekódujte úhel pomocí RDC nebo algoritmu.

5. Porovnejte s referenčním úhlem a zaznamenejte chybu přes 360°.

6. Vypočítejte maximální chybu, od vrcholu k vrcholu, RMS a vykreslete křivku chyby.

Opatření během testování:

• Udržujte nízkou rychlost, abyste předešli míchání dynamických chyb.

• Použijte krátké kabely, diferenciální snímání a stínění.

• Nastavte frekvenci buzení a napětí tak, aby odpovídaly skutečným provozním podmínkám.

• U vícepólových resolverů jasně zaznamenejte, zda je výsledkem elektrický nebo mechanický úhel.

VI. Jak tyto specifikace použít při výběru?

Příklad:

Předpokládejme, že motor má 4 páry pólů a ovládání FOC vyžaduje, aby byla řízena elektrická chyba úhlu v rozsahu 1° elektrického.

Pokud je elektrická chyba resolveru ±10′ elektrická, tj. přibližně ±0,167° elektrická, je tělesná chyba malá. Po přidání chyb dekodéru a montáže může být celková chyba elektrického úhlu systému stále udržována v rozmezí 1°, takže řešení je proveditelné.

Pokud však jiný resolver specifikuje mechanickou úhlovou chybu ±10′, pak u 4pólového párového motoru bude elektrická úhlová chyba zesílena na přibližně ±0,667°. Po přidání dekódovacích a montážních tolerancí se může celková chyba elektrického úhlu přiblížit nebo dokonce překročit 1°, což vyžaduje přehodnocení.

Proto při výběru resolveru neporovnávejte pouze čísla; převést vše na elektrický úhel jednotně a poté přidat rozpočet na systémové chyby.

Závěr

Elektrická chyba je základním ukazatelem přesnosti těla resolveru, ale není to celý příběh přesnosti úhlu systému. Pro správné pochopení přesnosti resolveru jsou nezbytné tři klíčové body:

1. Rozlišujte mezi elektrickou chybou a přesností úhlu na úrovni systému;

2. Ověřte, zda je jednotka mechanická nebo elektrická;

3. Zvažte testovací podmínky, chybové křivky a skutečné provozní podmínky.

Zda číslo vypadá dobře na papíře, je jedna věc; zda je stabilní a přesný, když je integrován do systému, je konečným kritériem.