چگونه دقت زاویه حل و خطای الکتریکی را تفسیر کنیم؟

در کنترل موتور، درایوهای الکتریکی خودروهای انرژی جدید، انتخاب سیستم سروو، یا آزمایش، مهندسان اغلب می‌پرسند: 'دقت این تفکیک‌کننده چیست؟' با این حال، برگه‌های داده اغلب پارامترهایی مانند 'خطای الکتریکی ≤ ± 10''، 'دقت زاویه ±15''، 'رزولوشن' به راحتی 16 نفر را باهم می‌سازند.

آیا خطای الکتریکی و دقت زاویه یکسان هستند؟ 10 دقیقه دقیقا چقدر است؟ چگونه باید دیتاشیت را بدون فریب خوردن اعداد بخوانید؟

اول، دو مفهوم را متمایز کنید: دقت زاویه ≠ خطای الکتریکی

خود یک رزولور سیگنال‌های سینوسی/کسینوس آنالوگ را صادر می‌کند، نه زاویه دیجیتال را مستقیماً. برای به دست آوردن مقدار زاویه، نیاز به یک RDC بعدی (مبدل حل‌کننده به دیجیتال) یا دمدولاسیون نرم‌افزاری دارد.

بنابراین، آنچه ما معمولاً 'دقت زاویه' می نامیم در واقع یک  مشخصات سطح سیستم است  که حداقل شامل موارد زیر است:

• خطای الکتریکی خود حل کننده

• خطای رمزگشا (RDC).

• خروج از مرکز نصب و تلورانس های مونتاژ

• خطاهای ناشی از کابل ها، محافظ، و تهویه سیگنال

'خطای الکتریکی' انحراف زاویه ای ذاتی بدنه حل کننده تحت شرایط رمزگشایی ایده آل است. می توان آن را به عنوان 'دقت خام' حل کننده درک کرد.

یک قیاس:

• خطای الکتریکی Resolver مانند خطای فارغ التحصیلی خود خط کش است.

• دقت زاویه مانند خطای نهایی اندازه گیری است که از آن خط کش برای اندازه گیری قطعه کار استفاده می کنید.

• دقیق بودن خط کش به خطای الکتریکی بستگی دارد. این که آیا اندازه گیری دقیق است یا خیر، به میزان ثابت بودن دست و میزان دقیق خواندن آن بستگی دارد.

بنابراین، خطای الکتریکی مشخصات ذاتی اصلی حل کننده است، اما تمام داستان برای دقت سیستم نیست.

II. خطای الکتریکی چیست و از کجا می آید؟

در شرایط تحریک ایده آل و رمزگشایی ایده آل، انحراف بین زاویه محاسبه شده از سیگنال های خروجی تفکیک کننده و زاویه مکانیکی واقعی خطای الکتریکی است.

واحد مشترک قوس دقیقه است که با «» نشان داده می شود.

تبدیل:

•  1 درجه = 60 دقیقه

•  10 = 10/60 درجه ≈ 0.167 درجه

•  1′ ≈ 0.0167 درجه

به عنوان مثال، اگر برگه داده 'خطای الکتریکی ≤ ± 10′' را نشان دهد، به این معنی است که در هر موقعیتی، انحراف بین زاویه رمزگشایی شده و زاویه واقعی از 10 دقیقه قوس، تقریباً 0.167 درجه تجاوز نمی کند.

منابع اصلی خطای الکتریکی عبارتند از:

این عوامل با هم ترکیب می شوند تا منحنی خطای الکتریکی حل کننده را تشکیل دهند.

III. چگونه 'خطای الکتریکی' را در یک دیتاشیت بخوانیم؟

وقتی 'خطای الکتریکی ≤ ± 10'' را در یک دیتاشیت می بینید، فقط به عدد نگاه نکنید. ابتدا سه سوال بپرسید:

1. آیا واحد زاویه مکانیکی است یا زاویه الکتریکی؟

این امر به ویژه برای حل کننده های چند قطبی مهم است.

برای یک تفکیک کننده تک قطبی، زاویه مکانیکی برابر با زاویه الکتریکی است، بنابراین هیچ تمایزی لازم نیست. اما برای حل کننده های چند قطبی:

زاویه الکتریکی = زاویه مکانیکی × تعداد جفت قطب

اگر یک حل‌کننده 4 قطبی 'خطای الکتریکی ≤ ± 10'' را مشخص کند و به خطای زاویه الکتریکی اشاره دارد، خطای زاویه مکانیکی معادل فقط:

10′ ÷ 4 = 2.5′

دقت مکانیکی در واقع بالاتر است.

اما اگر خطای زاویه مکانیکی ±10′ را مشخص کند، آنگاه خطای زاویه الکتریکی معادل می شود:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0.667 درجه الکتریکی

این می تواند به حد بالایی برای برنامه های کاربردی FOC (کنترل میدان محور) نزدیک شود.

بنابراین، هنگامی که خطای الکتریکی را مشاهده کردید، ابتدا تأیید کنید که خطای زاویه مکانیکی است یا خطای زاویه الکتریکی.  بسیاری از سازندگان حل‌کننده خطای دامنه زاویه الکتریکی را پیش‌فرض می‌کنند، اما روش‌ها متفاوت است. در صورت لزوم، از سازنده اصلی توضیح بخواهید.

2. شرایط آزمون چیست؟

خطای الکتریکی ثابت نیست. تحت تأثیر دما، سرعت، ولتاژ تحریک و فرکانس است.

عبارات رایج دیتاشیت عبارتند از:

·  خطای الکتریکی دمای اتاق ≤ ± 10′

·  خطای الکتریکی دمای کامل ≤ ± 15′

خطای دینامیکی 0  ~10000 دور در دقیقه ≤ ±20′

نگاه کردن فقط به مشخصات دمای اتاق کافی نیست. برای درایوهای الکتریکی خودروهای انرژی جدید، کاربردهای سروو با دمای بالا و غیره، باید به خطای الکتریکی در محدوده دمای کامل و سرعت کامل توجه کنید.

3. آیا حداکثر خطا، پیک به اوج یا RMS است؟

خطای الکتریکی را می توان به چند روش بیان کرد:

•  حداکثر خطای مطلق : حداکثر انحراف مطلق بین تمام نقاط اندازه گیری شده

•  خطای قله به اوج : تفاوت بین حداکثر انحراف مثبت و حداکثر انحراف منفی

•  خطای RMS : مقدار ریشه میانگین مربع، منعکس کننده سطح کلی خطا

برگه‌های داده معمولاً 'حداکثر خطای الکتریکی' یا 'خطای الکتریکی پیک به اوج' را مشخص می‌کنند. اگر فقط می‌گوید 'دقت 10±\'، معمولاً به عنوان حداکثر خطای مطلق درک می‌شود.

IV. چگونه منحنی خطا را تفسیر کنیم؟

اگر می توانید گزارش تست حل کننده را بدست آورید، بهترین راه این است که مستقیماً منحنی خطا را بررسی کنید.

یک منحنی خطای الکتریکی معمولی دارای زاویه مکانیکی در محور افقی و خطا در محور عمودی است. شکل منحنی به شناسایی منابع خطا کمک می کند.

ویژگی های خطای رایج:

قانون کلی:

هرچه منحنی خطا صاف تر و منظم تر باشد، فرآیند ساخت حل کننده پایدارتر است و خطا قابل پیش بینی و جبران است.
اگر منحنی دارای اشکالات زیاد یا پرش های بزرگ است، ابتدا محیط تست، محافظ و کیفیت سیگنال تحریک را بررسی کنید، به جای اینکه برای قضاوت در مورد دقت حل کننده عجله کنید.

در درایوهای سروو یا سیستم های محرک الکتریکی، برخی راه حل ها جداول جبران خطا را پیاده سازی می کنند. با این حال، جبران مستلزم آن است که خطا قابل تکرار باشد. اگر خطا در هر آزمون متفاوت باشد، جبران بی معنی است.

V. روش عملی مختصر برای اندازه گیری خطای الکتریکی

اگر می‌خواهید خطای الکتریکی حل‌کننده را خودتان اندازه‌گیری کنید، روش اصلی این است:

1. از یک رمزگذار با دقت بالا، گریتینگ نوری یا سر شاخص به عنوان مرجع زاویه استفاده کنید.

2. سیگنال های تحریک استاندارد را به حل کننده ارائه دهید.

3. به طور همزمان خروجی های سینوس/کسینوس حل کننده را بدست آورید.

4. رمزگشایی زاویه از طریق RDC یا الگوریتم.

5. با زاویه مرجع مقایسه کنید و خطا را بیش از 360 درجه ثبت کنید.

6. حداکثر خطا، پیک به اوج، RMS را محاسبه کرده و منحنی خطا را رسم کنید.

اقدامات احتیاطی در طول آزمایش:

• برای جلوگیری از اختلاط در خطاهای دینامیکی سرعت را پایین نگه دارید.

• از کابل های کوتاه، جذب دیفرانسیل و محافظ استفاده کنید.

• فرکانس و ولتاژ تحریک را مطابق با شرایط عملیاتی واقعی تنظیم کنید.

• برای تفکیک کننده های چند قطبی، به وضوح ثبت کنید که آیا نتیجه، زاویه الکتریکی یا مکانیکی است.

VI. چگونه از این مشخصات در انتخاب استفاده کنیم؟

مثال:

فرض کنید یک موتور دارای 4 جفت قطب است و کنترل FOC نیاز به کنترل خطای زاویه الکتریکی در 1 درجه الکتریکی دارد.

اگر خطای الکتریکی رزولور 10 ± الکتریکی باشد، یعنی حدود 0.167 ± درجه الکتریکی باشد، خطای بدنه کوچک است. پس از افزودن خطاهای رمزگشا و نصب، خطای کلی زاویه الکتریکی سیستم همچنان می تواند در 1 درجه نگه داشته شود، بنابراین راه حل امکان پذیر است.

با این حال، اگر یک تفکیک‌کننده دیگر خطای زاویه مکانیکی را ± 10′ تعیین کند، برای یک موتور 4 قطبی جفت، خطای زاویه الکتریکی تا حدود 0.667 ± درجه تقویت می‌شود. پس از افزودن تلورانس های رمزگشایی و مونتاژ، خطای کلی زاویه الکتریکی ممکن است به 1 درجه نزدیک شود یا حتی از آن فراتر رود که نیاز به ارزیابی مجدد دارد.

بنابراین، هنگام انتخاب یک حل کننده، به سادگی اعداد را با هم مقایسه نکنید. همه را به طور یکنواخت به زاویه الکتریکی تبدیل کنید و سپس بودجه خطای سیستم را اضافه کنید.

نتیجه گیری

خطای الکتریکی نشانگر اصلی دقت بدنه تفکیک کننده است، اما تمام ماجرا برای دقت زاویه سیستم نیست. برای درک صحیح دقت حل کننده، سه نکته کلیدی ضروری است:

1. بین خطای الکتریکی و دقت زاویه در سطح سیستم تمایز قائل شوید.

2. بررسی کنید که آیا دستگاه زاویه مکانیکی یا الکتریکی است.

3. شرایط آزمایش، منحنی های خطا و شرایط عملیاتی واقعی را در نظر بگیرید.

اینکه آیا عدد روی کاغذ خوب به نظر می رسد یا نه یک چیز است. این که آیا در هنگام ادغام در سیستم پایدار و دقیق است، معیار نهایی است.