Comment interpréter la précision de l’angle du résolveur et l’erreur électrique ?

Dans le contrôle des moteurs, les entraînements électriques des véhicules à énergie nouvelle, la sélection ou les tests de systèmes d'asservissement, les ingénieurs demandent le plus souvent : « Quelle est la précision de ce résolveur ? » Cependant, les fiches techniques répertorient souvent des paramètres tels que « Erreur électrique ≤ ± 10 ′ », « Précision de l'angle ± 15 ′ », « Résolution 16 bits », etc., ce qui peut facilement dérouter les gens.

L’erreur électrique et la précision angulaire sont-elles la même chose ? Quelle est la taille exacte de 10 pieds ? Comment lire la fiche technique sans se laisser tromper par les chiffres ?

I. Tout d'abord, distinguons deux concepts : Précision angulaire ≠ Erreur électrique

Un résolveur lui-même produit des signaux sinus/cosinus analogiques, et non directement un angle numérique. Il nécessite ensuite un RDC (convertisseur résolveur-numérique) ou une démodulation logicielle pour obtenir la valeur de l'angle.

Par conséquent, ce que nous appelons communément « précision angulaire » est en réalité une  spécification au niveau du système  qui comprend au moins :

• L'erreur électrique du résolveur

• Erreur du décodeur (RDC)

• Excentricité de montage et tolérances d’assemblage

• Erreurs liées aux câbles, au blindage et au conditionnement du signal

« L'erreur électrique » est la déviation angulaire inhérente du corps du résolveur dans des conditions de décodage idéales. Cela peut être compris comme la « précision brute » du résolveur.

Une analogie :

• L’erreur électrique du résolveur est comme l’erreur de graduation d’une règle elle-même ;

• La précision de l'angle est comme l'erreur de mesure finale lorsque vous utilisez cette règle pour mesurer une pièce.

• La précision de la règle dépend de l'erreur électrique ; La précision de la mesure dépend également de la stabilité de votre main et de la précision avec laquelle vous la lisez.

Ainsi, l’erreur électrique constitue la spécification intrinsèque fondamentale du résolveur, mais elle ne constitue pas la seule explication de la précision du système.

II. Qu'est-ce qu'une erreur électrique et d'où vient-elle ?

Dans des conditions idéales d'excitation et de décodage, l'écart entre l'angle calculé à partir des signaux de sortie du résolveur et l'angle mécanique réel constitue l'erreur électrique.

L'unité commune est la minute d'arc, notée ′.

Conversion:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Par exemple, si la fiche technique indique « Erreur électrique ≤ ±10′ », cela signifie qu'à n'importe quelle position, l'écart entre l'angle décodé et l'angle réel ne dépasse pas 10 minutes d'arc, soit environ 0,167°.

Les principales sources d’erreur électrique comprennent :

Ces facteurs se combinent pour former la courbe d’erreur électrique du résolveur.

III. Comment lire « Erreur électrique » sur une fiche technique ?

Lorsque vous voyez « Erreur électrique ≤ ±10′ » sur une fiche technique, ne vous contentez pas de regarder le numéro. Posez d'abord trois questions :

1. L'unité est-elle un angle mécanique ou un angle électrique ?

Ceci est particulièrement important pour les résolveurs multipolaires.

Pour un résolveur unipolaire, l'angle mécanique est égal à l'angle électrique, aucune distinction n'est donc nécessaire. Mais pour les résolveurs multipolaires :

Angle électrique = Angle mécanique × Nombre de paires de pôles

Si un résolveur à 4 paires de pôles spécifie « Erreur électrique ≤ ± 10 ′ » et qu'il fait référence à une erreur d'angle électrique, alors l'erreur d'angle mécanique équivalente est uniquement :

10′ ÷ 4 = 2,5′

La précision mécanique est en réalité plus élevée.

Mais s’il spécifie une erreur d’angle mécanique de ± 10′, alors l’erreur d’angle électrique équivalente devient :

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° électrique

Cela pourrait se rapprocher de la limite supérieure pour les applications FOC (contrôle orienté champ).

Par conséquent, lorsque vous voyez une erreur électrique, vérifiez d’abord s’il s’agit d’une erreur d’angle mécanique ou d’une erreur d’angle électrique.  De nombreux fabricants de résolveurs utilisent par défaut l'erreur de domaine d'angle électrique, mais les pratiques varient. Si nécessaire, demandez des éclaircissements au fabricant d’origine.

2. Quelles sont les conditions de test ?

L'erreur électrique n'est pas corrigée ; il est affecté par la température, la vitesse, la tension d'excitation et la fréquence.

Les déclarations courantes des fiches techniques incluent :

·  Erreur électrique de température ambiante ≤ ±10′

·  Erreur électrique à pleine température ≤ ±15′

·  Erreur dynamique 0~10000 tr/min ≤ ±20′

Il ne suffit pas de considérer uniquement les spécifications de température ambiante. Pour les entraînements électriques de véhicules à énergie nouvelle, les applications d'asservissement à haute température, etc., vous devez faire attention à l'erreur électrique sur toutes les plages de température et de vitesse.

3. S'agit-il d'une erreur maximale, de crête à crête ou de RMS ?

L'erreur électrique peut s'exprimer de plusieurs manières :

•  Erreur absolue maximale : l'écart absolu maximum parmi tous les points mesurés

•  Erreur crête à crête : la différence entre l'écart positif maximum et l'écart négatif maximum

•  Erreur RMS : valeur efficace, reflétant le niveau d'erreur global

Les fiches techniques spécifient généralement « erreur électrique maximale » ou « erreur électrique crête à crête ». S'il est simplement indiqué « Précision ± 10 ′ », cela est généralement compris comme une erreur absolue maximale.

IV. Comment interpréter la courbe d’erreur ?

Si vous pouvez obtenir le rapport de test du résolveur, le meilleur moyen est d'inspecter directement la courbe d'erreur.

Une courbe d'erreur électrique typique a un angle mécanique sur l'axe horizontal et une erreur sur l'axe vertical. La forme de la courbe permet d'identifier les sources d'erreurs.

Caractéristiques d'erreur courantes :

Règle générale :

Plus la courbe d'erreur est lisse et régulière, plus le processus de fabrication du résolveur est stable et l'erreur est prévisible et compensable.
Si la courbe présente de nombreux problèmes ou des sauts importants, vérifiez d'abord l'environnement de test, le blindage et la qualité du signal d'excitation, plutôt que de vous précipiter pour juger de la précision du résolveur.

Dans les servo variateurs ou les systèmes d'entraînement électrique, certaines solutions mettent en œuvre des tables de compensation d'erreurs. Cependant, la compensation nécessite que l'erreur soit reproductible. Si l'erreur varie à chaque test, la compensation n'a aucun sens.

V. Brève méthode pratique pour mesurer l'erreur électrique

Si vous souhaitez mesurer vous-même l’erreur électrique du résolveur, l’approche de base est la suivante :

1. Utilisez un encodeur de haute précision, un réseau optique ou une tête d'indexation comme référence d'angle.

2. Fournissez des signaux d’excitation standard au résolveur.

3. Acquérez simultanément les sorties sinus/cosinus du résolveur.

4. Décodez l'angle via un RDC ou un algorithme.

5. Comparez avec l'angle de référence et enregistrez l'erreur sur 360°.

6. Calculez l'erreur maximale, crête à crête, RMS, et tracez la courbe d'erreur.

Précautions lors des tests :

• Gardez une vitesse faible pour éviter de mélanger des erreurs dynamiques.

• Utilisez des câbles courts, une acquisition différentielle et un blindage.

• Réglez la fréquence et la tension d'excitation pour qu'elles correspondent aux conditions de fonctionnement réelles.

• Pour les résolveurs multipolaires, enregistrez clairement si le résultat est un angle électrique ou mécanique.

VI. Comment utiliser ces spécifications dans la sélection ?

Exemple:

Supposons qu'un moteur ait 4 paires de pôles et que le contrôle FOC nécessite que l'erreur d'angle électrique soit contrôlée à moins de 1° électrique.

Si l'erreur électrique du résolveur est de ±10′ électrique, c'est-à-dire d'environ ±0,167° électrique, l'erreur du corps est faible. Après avoir ajouté les erreurs de décodeur et de montage, l'erreur d'angle électrique globale du système peut toujours être maintenue à moins de 1°, la solution est donc réalisable.

Cependant, si un autre résolveur spécifie une erreur d'angle mécanique de ± 10 ′, alors pour un moteur à 4 paires de pôles, l'erreur d'angle électrique sera amplifiée à environ ± 0,667 °. Après avoir ajouté les tolérances de décodage et d'assemblage, l'erreur d'angle électrique globale peut approcher, voire dépasser 1°, nécessitant une réévaluation.

Par conséquent, lors de la sélection d’un résolveur, ne comparez pas simplement les chiffres ; convertissez tout en angle électrique de manière uniforme, puis ajoutez un budget d'erreur système.

Conclusion

L’erreur électrique est l’indicateur principal de la précision du corps du résolveur, mais elle ne représente pas toute l’histoire de la précision de l’angle du système. Pour bien comprendre la précision du résolveur, trois points clés sont essentiels :

1. Faire la distinction entre l'erreur électrique et la précision de l'angle au niveau du système ;

2. Confirmez si l'unité est un angle mécanique ou électrique ;

3. Tenez compte des conditions de test, des courbes d'erreur et des conditions de fonctionnement réelles.

Que le chiffre paraisse bon sur le papier est une chose ; le fait qu'il soit stable et précis une fois intégré au système est le critère ultime.