Как интерпретировать угловую точность резольвера и электрическую погрешность?

При управлении двигателем, электроприводах транспортных средств на новой энергии, выборе или тестировании сервосистем инженеры чаще всего задаются вопросом: «Какова точность этого резольвера?» Однако в технических описаниях часто указываются такие параметры, как «Электрическая погрешность ≤ ±10», «Угловая точность ±15», «Разрешение 16 бит» и т. д., что может легко сбить с толку людей.

Являются ли электрическая погрешность и точность угла одним и тем же? Какой именно размер составляет 10 футов? Как следует читать техническое описание, чтобы не обмануться цифрами?

I. Во-первых, различайте два понятия: Угловая точность ≠ Электрическая погрешность.

Сам резольвер выдает аналоговые синусоидальные/косинусоидальные сигналы, а не прямой цифровой угол. Для получения значения угла требуется последующий RDC (резольверно-цифровой преобразователь) или программная демодуляция.

Таким образом, то, что мы обычно называем «угловой точностью», на самом деле является  спецификацией системного уровня  , которая включает как минимум:

• Собственная электрическая ошибка резольвера

• Ошибка декодера (RDC)

• Монтажный эксцентриситет и сборочные допуски

• Ошибки, связанные с кабелями, экранированием и формированием сигнала

«Электрическая ошибка» — это собственное угловое отклонение корпуса резольвера в идеальных условиях декодирования. Это можно понимать как «чистую точность» резольвера.

Аналогия:

• Электрическая погрешность резольвера подобна погрешности шкалы самой линейки;

• Точность угла подобна окончательной ошибке измерения, когда вы используете линейку для измерения заготовки.

• Точная линейка зависит от электрической погрешности; Точность измерения также зависит от того, насколько устойчива ваша рука и насколько четко вы читаете показания.

Таким образом, электрическая погрешность — это основная характеристика резольвера, но это еще не все, что касается точности системы.

II. Что такое электрическая ошибка и откуда она берется?

При идеальном возбуждении и идеальных условиях декодирования отклонение между углом, рассчитанным по выходным сигналам резольвера, и истинным механическим углом является электрической ошибкой.

Общепринятой единицей измерения является угловая минута, обозначаемая ′.

Преобразование:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Например, если в таблице данных указано «Электрическая погрешность ≤ ±10’», это означает, что в любой позиции отклонение между декодированным углом и истинным углом не превышает 10 угловых минут, примерно 0,167°.

К основным источникам электрических ошибок относятся:

Эти факторы в совокупности формируют кривую электрической погрешности резольвера.

III. Как прочитать «Электрическая ошибка» в таблице данных?

Когда вы видите «Электрическая ошибка ≤ ±10» в таблице данных, не просто смотрите на число. Сначала задайте три вопроса:

1. Является ли устройство механическим или электрическим углом?

Это особенно важно для многополюсных резольверов.

Для однополюсного резольвера механический угол равен электрическому углу, поэтому различия не требуется. Но для многополюсных резольверов:

Электрический угол = Механический угол × Число пар полюсов

Если для резольвера с 4-полюсной парой указано «Электрическая погрешность ≤ ±10’» и это относится к электрической угловой погрешности, то эквивалентная механическая угловая погрешность составляет только:

10′ ÷ 4 = 2,5′

Механическая точность на самом деле выше.

Но если указана механическая угловая погрешность ±10′, то эквивалентная электрическая угловая погрешность будет равна:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667 ° электрический

Это может приближаться к верхнему пределу для приложений FOC (ориентированного на поле управления).

Поэтому, когда вы видите электрическую ошибку, сначала проверьте, является ли это механической ошибкой угла или электрической ошибкой угла.  Многие производители резольверов по умолчанию используют погрешность в области электрического угла, но практика различается. При необходимости обратитесь за разъяснениями к оригинальному производителю.

2. Каковы условия испытаний?

Электрическая ошибка не устранена; на него влияют температура, скорость, напряжение возбуждения и частота.

Общие заявления в технических характеристиках включают:

·  Электрическая погрешность при комнатной температуре ≤ ±10′

·  Электрическая погрешность при полной температуре ≤ ±15′

·  Динамическая погрешность 0~10000 об/мин ≤ ±20'

Недостаточно рассматривать только характеристики комнатной температуры. Для электроприводов транспортных средств на новой энергии, высокотемпературных сервоприводов и т. д. необходимо обращать внимание на электрическую ошибку во всем диапазоне температур и полной скорости.

3. Это максимальная погрешность, размах или среднеквадратичное значение?

Электрическая ошибка может выражаться несколькими способами:

•  Максимальная абсолютная ошибка : максимальное абсолютное отклонение среди всех измеренных точек.

•  Пиковая ошибка : разница между максимальным положительным отклонением и максимальным отрицательным отклонением.

•  Среднеквадратическая ошибка : среднеквадратичное значение, отражающее общий уровень ошибки.

В технических характеристиках обычно указывается «максимальная электрическая погрешность» или «размах электрической погрешности». Если просто написано «Погрешность ±10», то это обычно понимается как максимальная абсолютная погрешность.

IV. Как интерпретировать кривую ошибки?

Если вы можете получить отчет о тестировании резольвера, лучший способ — непосредственно проверить кривую погрешности.

Типичная кривая электрической погрешности имеет механический угол по горизонтальной оси и погрешность по вертикальной оси. Форма кривой помогает определить источники ошибок.

Общие характеристики ошибок:

Общее правило:

Чем более плавная и регулярная кривая погрешности, тем стабильнее процесс изготовления резольвера, а погрешность предсказуема и компенсируема.
Если кривая имеет много сбоев или больших скачков, сначала проверьте условия тестирования, экранирование и качество сигнала возбуждения, а не спешите судить о точности резольвера.

В сервоприводах или системах электропривода некоторые решения реализуют таблицы компенсации ошибок. Однако для компенсации необходимо, чтобы ошибка была повторяемой. Если ошибка меняется в каждом тесте, компенсация бессмысленна.

V. Краткий практический метод измерения электрической погрешности

Если вы хотите самостоятельно измерить электрическую погрешность резольвера, основной подход заключается в следующем:

1. В качестве эталона угла используйте высокоточный энкодер, оптическую решетку или индексирующую головку.

2. Подайте стандартные сигналы возбуждения на резольвер.

3. Одновременно получите выходной синус/косинус резольвера.

4. Декодируйте угол с помощью RDC или алгоритма.

5. Сравните с эталонным углом и запишите погрешность более 360°.

6. Рассчитайте максимальную ошибку, размах, среднеквадратичное значение и постройте кривую ошибки.

Меры предосторожности во время тестирования:

• Держите скорость низкой, чтобы избежать смешивания динамических ошибок.

• Используйте короткие кабели, дифференциальный сбор данных и экранирование.

• Установите частоту возбуждения и напряжение в соответствии с фактическими условиями эксплуатации.

• Для многополюсных резольверов четко запишите, является ли результат электрическим или механическим углом.

VI. Как использовать эти характеристики при выборе?

Пример:

Предположим, двигатель имеет 4 пары полюсов, а управление FOC требует, чтобы электрическая угловая погрешность контролировалась в пределах 1°.

Если электрическая погрешность резольвера составляет ±10', т.е. около ±0,167°, то погрешность корпуса невелика. После добавления ошибок декодера и монтажа общая ошибка электрического угла системы все еще может оставаться в пределах 1 °, поэтому решение осуществимо.

Однако если другой резольвер задает механическую угловую погрешность ±10′, то для 4-полюсного двигателя электрическая угловая погрешность будет увеличена примерно до ±0,667°. После добавления допусков на декодирование и сборку общая электрическая угловая погрешность может приблизиться или даже превысить 1°, что потребует повторной оценки.

Поэтому при выборе резольвера не просто сравнивайте числа; равномерно преобразовать все в электрический угол, а затем добавить бюджет ошибок системы.

Заключение

Электрическая погрешность является основным показателем точности корпуса резольвера, но это еще не все, что касается точности угла системы. Чтобы правильно понять точность резольвера, необходимы три ключевых момента:

1. Различают электрическую погрешность и угловую точность на уровне системы;

2. Подтвердите, является ли устройство механическим или электрическим;

3. Учитывайте условия испытаний, кривые ошибок и фактические условия эксплуатации.

Хорошо ли выглядит эта цифра на бумаге, это одно; главным критерием является то, является ли он стабильным и точным при интеграции в систему.