Hoe interpreteer ik de hoeknauwkeurigheid en elektrische fouten van de Resolver?

Bij motorbesturing, elektrische aandrijvingen van nieuwe energievoertuigen, selectie van servosystemen of testen vragen ingenieurs vaak: 'Wat is de nauwkeurigheid van deze solver?' Datasheets vermelden echter vaak parameters zoals 'Elektrische fout ≤ ±10′', 'Hoeknauwkeurigheid ±15′', 'Resolutie 16 bits', enz., waardoor mensen gemakkelijk in verwarring kunnen worden gebracht.

Zijn elektrische fouten en hoeknauwkeurigheid hetzelfde? Hoe groot is 10′ precies? Hoe moet u de datasheet lezen zonder u te laten misleiden door de cijfers?

I. Maak eerst onderscheid tussen twee concepten: Hoeknauwkeurigheid ≠ Elektrische fout

Een solver zelf voert analoge sinus-/cosinussignalen uit, niet rechtstreeks een digitale hoek. Er is een daaropvolgende RDC (resolver-to-digital converter) of softwaredemodulatie nodig om de hoekwaarde te verkrijgen.

Daarom is wat we doorgaans 'hoeknauwkeurigheid' noemen eigenlijk een  specificatie op systeemniveau  die ten minste het volgende omvat:

• De eigen elektrische fout van de oplosser

• Decoderfout (RDC).

• Montage-excentriciteit en montagetoleranties

• Fouten door kabels, afscherming en signaalconditionering

'Elektrische fout' is de inherente hoekafwijking van het oplosserlichaam onder ideale decoderingsomstandigheden. Het kan worden begrepen als de 'ruwe nauwkeurigheid' van de oplosser.

Een analogie:

• De elektrische fout van de oplosser is als de afstudeerfout van een liniaal zelf;

• Hoeknauwkeurigheid is als de uiteindelijke meetfout wanneer u die liniaal gebruikt om een ​​werkstuk te meten.

• Of de liniaal nauwkeurig is, hangt af van een elektrische fout; of de meting nauwkeurig is, hangt ook af van hoe stabiel uw hand is en hoe nauwkeurig u deze leest.

Elektrische fouten zijn dus de belangrijkste intrinsieke specificatie van de solver, maar het is niet het hele verhaal over de systeemnauwkeurigheid.

II. Wat is een elektrische fout en waar komt deze vandaan?

Onder ideale excitatie- en ideale decoderingsomstandigheden is de afwijking tussen de hoek berekend op basis van de uitgangssignalen van de oplossing en de werkelijke mechanische hoek de elektrische fout.

De gemeenschappelijke eenheid is boogminuten, aangegeven met ′.

Conversie:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Als de datasheet bijvoorbeeld 'Elektrische fout ≤ ±10′' vermeldt, betekent dit dat op elke positie de afwijking tussen de gedecodeerde hoek en de werkelijke hoek niet groter is dan 10 boogminuten, ongeveer 0,167°.

Belangrijke bronnen van elektrische fouten zijn onder meer:

Deze factoren vormen samen de elektrische foutcurve van de solver.

III. Hoe lees ik 'Elektrische fout' op een datasheet?

Als u 'Elektrische fout ≤ ±10′' op een gegevensblad ziet, kijk dan niet alleen naar het getal. Stel eerst drie vragen:

1. Is de eenheid een mechanische hoek of een elektrische hoek?

Dit is vooral belangrijk voor meerpolige solvers.

Voor een enkelpolige solver is de mechanische hoek gelijk aan de elektrische hoek, dus er is geen onderscheid nodig. Maar voor meerpolige solvers:

Elektrische hoek = Mechanische hoek × Aantal poolparen

Als een 4-polige paarresolver 'Elektrische fout ≤ ±10′' specificeert en deze verwijst naar een elektrische hoekfout, dan is de equivalente mechanische hoekfout alleen:

10′ ÷ 4 = 2,5′

De mechanische nauwkeurigheid is feitelijk hoger.

Maar als het een mechanische hoekfout van ±10′ specificeert, wordt de equivalente elektrische hoekfout:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° elektrisch

Dit zou de bovengrens voor FOC-toepassingen (veldgerichte controle) kunnen benaderen.

Als u daarom een ​​elektrische fout opmerkt, controleer dan eerst of het een mechanische hoekfout of een elektrische hoekfout is.  Veel fabrikanten van resoluties maken standaard gebruik van een domeinfout met een elektrische hoek, maar de praktijk varieert. Vraag indien nodig de oorspronkelijke fabrikant om opheldering.

2. Wat zijn de testomstandigheden?

Elektrische fout is niet opgelost; het wordt beïnvloed door temperatuur, snelheid, excitatiespanning en frequentie.

Veel voorkomende gegevensbladverklaringen zijn onder meer:

·  Elektrische fout bij kamertemperatuur ≤ ±10′

·  Elektrische fout bij volledige temperatuur ≤ ±15′

·  0~10.000 rpm dynamische fout ≤ ±20′

Alleen kijken naar de specificatie van de kamertemperatuur is onvoldoende. Voor elektrische aandrijvingen van nieuwe energievoertuigen, servotoepassingen bij hoge temperaturen, enz. moet u letten op de elektrische fout over het volledige temperatuur- en volledige snelheidsbereik.

3. Is het maximale fout, piek-tot-piek of RMS?

Elektrische fouten kunnen op verschillende manieren worden uitgedrukt:

•  Maximale absolute fout : de maximale absolute afwijking tussen alle gemeten punten

•  Piek-tot-piekfout : het verschil tussen de maximale positieve afwijking en de maximale negatieve afwijking

•  RMS-fout : wortel-gemiddelde-kwadraatwaarde, die het algehele foutniveau weergeeft

Datasheets specificeren gewoonlijk 'maximale elektrische fout' of 'piek-tot-piek elektrische fout.' Als er simpelweg 'Nauwkeurigheid ±10′' staat, wordt dit over het algemeen opgevat als maximale absolute fout.

IV. Hoe de foutcurve interpreteren?

Als u het testrapport van de oplossing kunt verkrijgen, kunt u het beste rechtstreeks de foutcurve inspecteren.

Een typische elektrische foutcurve heeft een mechanische hoek op de horizontale as en een fout op de verticale as. De vorm van de curve helpt bij het identificeren van foutbronnen.

Veel voorkomende foutkenmerken:

Algemene regel:

Hoe vloeiender en regelmatiger de foutcurve, hoe stabieler het productieproces van de solver, en de fout is voorspelbaar en compenseerbaar.
Als de curve veel fouten of grote sprongen vertoont, controleer dan eerst de testomgeving, de afscherming en de kwaliteit van het excitatiesignaal, in plaats van te haasten om de nauwkeurigheid van de oplosser te beoordelen.

In servoaandrijvingen of elektrische aandrijfsystemen implementeren sommige oplossingen foutcompensatietabellen. Voor compensatie is echter vereist dat de fout herhaalbaar is. Als de fout bij elke test varieert, is compensatie zinloos.

V. Korte praktische methode voor het meten van elektrische fouten

Als u zelf de elektrische fout van de solver wilt meten, is de basisaanpak:

1. Gebruik een zeer nauwkeurige encoder, optisch rooster of indexeerkop als hoekreferentie.

2. Geef standaard excitatiesignalen aan de oplosser.

3. Verkrijg tegelijkertijd de sinus-/cosinusuitgangen van de solver.

4. Decodeer de hoek via een RDC of algoritme.

5. Vergelijk met de referentiehoek en noteer de fout over 360°.

6. Bereken de maximale fout, piek-tot-piek, RMS, en teken de foutcurve.

Voorzorgsmaatregelen tijdens het testen:

• Houd de snelheid laag om vermenging van dynamische fouten te voorkomen.

• Gebruik korte kabels, differentiële acquisitie en afscherming.

• Stel de excitatiefrequentie en -spanning in zodat deze overeenkomen met de werkelijke bedrijfsomstandigheden.

• Bij meerpolige resoluties moet duidelijk worden vastgelegd of het resultaat een elektrische of een mechanische hoek is.

VI. Hoe deze specificaties gebruiken bij de selectie?

Voorbeeld:

Stel dat een motor 4 poolparen heeft en dat de FOC-regeling vereist dat de elektrische hoekfout binnen 1° elektrisch wordt geregeld.

Als de elektrische fout van de solver ±10′ elektrisch is, dwz ongeveer ±0,167° elektrisch, is de lichaamsfout klein. Na het toevoegen van decoder- en montagefouten kan de totale elektrische hoekfout van het systeem nog steeds binnen 1° worden gehouden, dus de oplossing is haalbaar.

Als een andere solver echter een mechanische hoekfout van ±10′ specificeert, dan zal voor een 4-polige motor de elektrische hoekfout worden versterkt tot ongeveer ±0,667°. Na het toevoegen van decoderings- en montagetoleranties kan de totale elektrische hoekfout de 1° benaderen of zelfs overschrijden, wat een herevaluatie vereist.

Vergelijk daarom bij het selecteren van een oplosser niet simpelweg cijfers; converteer alles gelijkmatig naar een elektrische hoek en voeg vervolgens het systeemfoutbudget toe.

Conclusie

Elektrische fouten zijn de kernindicator voor de nauwkeurigheid van het solverlichaam, maar dit is niet het hele verhaal voor de nauwkeurigheid van de systeemhoek. Om de nauwkeurigheid van de solver goed te begrijpen, zijn drie belangrijke punten essentieel:

1. Maak onderscheid tussen elektrische fouten en hoeknauwkeurigheid op systeemniveau;

2. Bevestig of de eenheid een mechanische of elektrische hoekeenheid is;

3. Houd rekening met testomstandigheden, foutcurven en feitelijke bedrijfsomstandigheden.

Of het getal er op papier goed uitziet, is één ding; of het stabiel en nauwkeurig is wanneer het in het systeem wordt geïntegreerd, is het ultieme criterium.