Jak interpretować dokładność kąta rezolwera i błąd elektryczny?

Przy sterowaniu silnikami, napędach elektrycznych pojazdów nowej generacji, wyborze lub testowaniu serwomechanizmów inżynierowie najczęściej pytają: „Jaka jest dokładność tego resolwera?” Jednak arkusze danych często wymieniają parametry takie jak „Błąd elektryczny ≤ ±10′”, „Dokładność kąta ±15′”, „Rozdzielczość 16 bitów” itp., co może łatwo wprowadzić ludzi w błąd.

Czy błąd elektryczny i dokładność kąta to to samo? Jak duże jest dokładnie 10′? Jak czytać arkusz danych, nie dając się zwieść liczbom?

I. Najpierw rozróżnij dwa pojęcia: Dokładność kąta ≠ Błąd elektryczny

Sam rezolwer generuje analogowe sygnały sinus/cosinus, a nie bezpośrednio kąt cyfrowy. Wymaga to późniejszej demodulacji RDC (przetwornika resolwera na cyfrę) lub demodulacji oprogramowania w celu uzyskania wartości kąta.

Dlatego to, co powszechnie nazywamy „dokładnością kątową”, jest w rzeczywistości  specyfikacją na poziomie systemu  , która obejmuje co najmniej:

• Własny błąd elektryczny rezolwera

• Błąd dekodera (RDC).

• Mimośród montażowy i tolerancje montażowe

• Błędy spowodowane kablami, ekranowaniem i kondycjonowaniem sygnału

„Błąd elektryczny” to nieodłączne odchylenie kątowe korpusu rezolwera w idealnych warunkach dekodowania. Można to rozumieć jako „surową dokładność” mechanizmu rozpoznawania nazw.

Analogia:

• Błąd elektryczny rezolwera jest jak błąd podziałki samej linijki;

• Dokładność kąta jest jak błąd końcowego pomiaru, gdy używasz tej linijki do pomiaru przedmiotu obrabianego.

• To, czy linijka jest dokładna, zależy od błędu elektrycznego; To, czy pomiar jest dokładny, zależy również od tego, jak stabilnie trzymasz rękę i jak dobrze ją odczytujesz.

Zatem błąd elektryczny jest podstawową, wewnętrzną specyfikacją resolwera, ale nie jest to cała historia dokładności systemu.

II. Co to jest błąd elektryczny i skąd się bierze?

W idealnych warunkach wzbudzenia i idealnych warunków dekodowania, odchylenie pomiędzy kątem obliczonym na podstawie sygnałów wyjściowych resolwera a prawdziwym kątem mechanicznym jest błędem elektrycznym.

Powszechną jednostką jest minuta łuku, oznaczona przez ′.

Konwersja:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Na przykład, jeśli w arkuszu danych jest napisane „Błąd elektryczny ≤ ±10′”, oznacza to, że w dowolnym położeniu odchylenie między zdekodowanym kątem a rzeczywistym kątem nie przekracza 10 minut kątowych, czyli około 0,167°.

Do głównych źródeł błędów elektrycznych należą:

Czynniki te łączą się, tworząc krzywą błędu elektrycznego rezolwera.

III. Jak czytać „Błąd elektryczny” w arkuszu danych?

Kiedy w arkuszu danych zobaczysz komunikat „Błąd elektryczny ≤ ±10′”, nie patrz tylko na liczbę. Najpierw zadaj trzy pytania:

1. Czy urządzenie jest kątowe mechaniczne czy elektryczne?

Jest to szczególnie ważne w przypadku rezolwerów wielobiegunowych.

W przypadku resolwera jednobiegunowego kąt mechaniczny jest równy kątowi elektrycznemu, więc nie ma potrzeby rozróżniania. Ale w przypadku resolwerów wielobiegunowych:

Kąt elektryczny = Kąt mechaniczny × Liczba par biegunów

Jeśli resolwer 4-parowy określa „Błąd elektryczny ≤ ±10′” i odnosi się do elektrycznego błędu kąta, wówczas równoważny mechaniczny błąd kąta wynosi tylko:

10′ ÷ 4 = 2,5′

Dokładność mechaniczna jest w rzeczywistości wyższa.

Ale jeśli określa mechaniczny błąd kąta wynoszący ± 10 ′, wówczas równoważny elektryczny błąd kąta przyjmuje postać:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° elektryczne

Może to zbliżać się do górnej granicy dla zastosowań FOC (sterowanie zorientowane na pole).

Dlatego też, gdy zobaczysz błąd elektryczny, najpierw sprawdź, czy jest to mechaniczny błąd kąta, czy elektryczny błąd kąta.  Wielu producentów rezolwerów domyślnie dopuszcza błąd w domenie kąta elektrycznego, ale praktyki są różne. Jeśli to konieczne, poproś oryginalnego producenta o wyjaśnienia.

2. Jakie są warunki testu?

Błąd elektryczny nie został naprawiony; ma na to wpływ temperatura, prędkość, napięcie wzbudzenia i częstotliwość.

Typowe oświadczenia w arkuszach danych obejmują:

·  Błąd elektryczny temperatury pokojowej ≤ ±10′

·  Błąd elektryczny w pełnej temperaturze ≤ ±15′

·  0~10000 obr/min błąd dynamiczny ≤ ±20′

Patrzenie wyłącznie na specyfikację temperatury pokojowej jest niewystarczające. W przypadku napędów elektrycznych pojazdów nowych, wysokotemperaturowych serwomechanizmów itp. należy zwrócić uwagę na błąd elektryczny w pełnym zakresie temperatury i pełnej prędkości.

3. Czy jest to błąd maksymalny, szczytowy czy RMS?

Błąd elektryczny można wyrazić na kilka sposobów:

•  Maksymalny błąd bezwzględny : maksymalne odchylenie bezwzględne pomiędzy wszystkimi zmierzonymi punktami

•  Błąd międzyszczytowy : różnica pomiędzy maksymalnym odchyleniem dodatnim i maksymalnym odchyleniem ujemnym

•  Błąd RMS : wartość średnia kwadratowa odzwierciedlająca ogólny poziom błędu

W arkuszach danych zwykle określa się „maksymalny błąd elektryczny” lub „błąd elektryczny międzyszczytowy”. Jeśli jest po prostu napisane „Dokładność ±10′”, jest to ogólnie rozumiane jako maksymalny błąd bezwzględny.

IV. Jak interpretować krzywą błędu?

Jeśli możesz uzyskać raport z testu resolwera, najlepszym sposobem jest bezpośrednie sprawdzenie krzywej błędu.

Typowa krzywa błędu elektrycznego ma kąt mechaniczny na osi poziomej i błąd na osi pionowej. Kształt krzywej pomaga zidentyfikować źródła błędów.

Typowe cechy błędów:

Ogólna zasada:

Im gładsza i bardziej regularna krzywa błędu, tym stabilniejszy jest proces produkcji resolwera, a błąd jest przewidywalny i możliwy do kompensacji.
Jeśli krzywa zawiera wiele błędów lub dużych skoków, najpierw sprawdź środowisko testowe, ekranowanie i jakość sygnału wzbudzenia, zamiast spieszyć się z oceną dokładności resolwera.

W serwonapędach lub elektrycznych układach napędowych niektóre rozwiązania implementują tablice kompensacji błędów. Jednakże kompensacja wymaga, aby błąd był powtarzalny. Jeśli błąd zmienia się w każdym teście, kompensacja nie ma znaczenia.

V. Krótka praktyczna metoda pomiaru błędu elektrycznego

Jeśli chcesz samodzielnie zmierzyć błąd elektryczny resolwera, podstawowe podejście jest następujące:

1. Jako odniesienie kąta użyj precyzyjnego enkodera, siatki optycznej lub głowicy indeksującej.

2. Podaj standardowe sygnały wzbudzenia do rezolwera.

3. Jednocześnie uzyskaj wyniki sinus/cosinus resolwera.

4. Dekoduj kąt za pomocą RDC lub algorytmu.

5. Porównaj z kątem odniesienia i zapisz błąd w zakresie 360°.

6. Oblicz błąd maksymalny, wartość szczytową, wartość skuteczną RMS i wykreśl krzywą błędu.

Środki ostrożności podczas testowania:

• Utrzymuj niską prędkość, aby uniknąć mieszania się błędów dynamicznych.

• Używaj krótkich kabli, akwizycji różnicowej i ekranowania.

• Ustaw częstotliwość i napięcie wzbudzenia tak, aby odpowiadały rzeczywistym warunkom pracy.

• W przypadku rezolwerów wielobiegunowych należy wyraźnie zapisać, czy wynik jest kątem elektrycznym, czy mechanicznym.

VI. Jak korzystać z tych specyfikacji przy wyborze?

Przykład:

Załóżmy, że silnik ma 4 pary biegunów, a sterowanie FOC wymaga, aby błąd kąta elektrycznego był kontrolowany w zakresie 1° elektrycznego.

Jeżeli błąd elektryczny rezolwera wynosi ±10′, tj. około ±0,167°, błąd korpusu jest niewielki. Po dodaniu błędów dekodera i montażu, ogólny błąd kąta elektrycznego systemu może nadal utrzymywać się w granicach 1°, więc rozwiązanie jest wykonalne.

Jeśli jednak inny resolwer określi mechaniczny błąd kąta na poziomie ±10′, wówczas w przypadku silnika 4-biegunowego elektryczny błąd kąta zostanie wzmocniony do około ±0,667°. Po dodaniu tolerancji dekodowania i montażu całkowity błąd kąta elektrycznego może zbliżać się lub nawet przekraczać 1°, co wymaga ponownej oceny.

Dlatego też wybierając resolwer, nie porównuj po prostu liczb; przekonwertuj wszystko równomiernie na kąt elektryczny, a następnie dodaj budżet błędów systemowych.

Wniosek

Błąd elektryczny jest głównym wskaźnikiem dokładności korpusu rezolwera, ale nie jest to cała historia dokładności kąta systemu. Aby właściwie zrozumieć dokładność resolwera, niezbędne są trzy kluczowe punkty:

1. Rozróżnij błąd elektryczny od dokładności kąta na poziomie systemu;

2. Sprawdź, czy urządzenie jest mechaniczne czy elektryczne;

3. Weź pod uwagę warunki testowe, krzywe błędów i rzeczywiste warunki pracy.

To, czy liczba wygląda dobrze na papierze, to jedno; Ostatecznym kryterium jest to, czy jest on stabilny i dokładny po zintegrowaniu z systemem.