Hur tolkar man resolvervinkelnoggrannhet och elektriska fel?

Inom motorstyrning, elektriska drivningar för nya energifordon, val av servosystem eller testning, frågar ingenjörer oftast: 'Vad är noggrannheten hos denna resolver?' Men datablad listar ofta parametrar som 'Elektriskt fel ≤ ±10′', 'Vinkelnoggrannhet ±15′', 'Upplösning 16.' som lätt kan förvirra människor.

Är elektriska fel och vinkelnoggrannhet samma sak? Hur stor är 10′ exakt? Hur ska man läsa databladet utan att bli lurad av siffrorna?

I. Först, särskilj två begrepp: Vinkelnoggrannhet ≠ Elektriskt fel

En resolver själv matar ut analoga sinus/cosinussignaler, inte en digital vinkel direkt. Det kräver en efterföljande RDC (resolver-to-digital converter) eller mjukvarudemodulering för att erhålla vinkelvärdet.

Därför är det vi vanligtvis kallar 'vinkelnoggrannhet' faktiskt en  specifikation på systemnivå  som inkluderar åtminstone:

• Resolverns eget elektriska fel

• Avkodarfel (RDC).

• Monteringsexcentricitet och monteringstoleranser

• Fel från kablar, skärmning och signalkonditionering

'Elektriskt fel' är den inneboende vinkelavvikelsen för resolverkroppen under ideala avkodningsförhållanden. Det kan förstås som resolverns 'råprecision.'

En analogi:

• Resolver elektriska fel är som graderingsfelet för en linjal själv;

• Vinkelnoggrannhet är som det slutliga mätfelet när du använder den linjalen för att mäta ett arbetsstycke.

• Huruvida linjalen är korrekt beror på elektriska fel; om mätningen är korrekt beror också på hur stadig din hand är och hur fint du läser av den.

Så, elektriska fel är den centrala inneboende specifikationen för resolvern, men det är inte hela historien för systemnoggrannhet.

II. Vad är elektriska fel och var kommer det ifrån?

Under idealiska exciterings- och ideala avkodningsförhållanden är avvikelsen mellan vinkeln beräknad från resolverns utsignaler och den sanna mekaniska vinkeln det elektriska felet.

Den gemensamma enheten är bågminut, betecknad med ′.

Omvandling:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Till exempel, om databladet säger 'Elektriskt fel ≤ ±10′', betyder det att vid vilken position som helst, avvikelsen mellan den avkodade vinkeln och den sanna vinkeln inte överstiger 10 bågminuter, ungefär 0,167°.

Viktiga källor till elektriska fel inkluderar:

Dessa faktorer kombineras för att bilda den elektriska felkurvan för resolvern.

III. Hur läser man 'Elfel' på ett datablad?

När du ser 'Elektriskt fel ≤ ±10′' på ett datablad, titta inte bara på numret. Ställ tre frågor först:

1. Är enheten mekanisk vinkel eller elektrisk vinkel?

Detta är särskilt viktigt för flerpoliga lösare.

För en enpolig resolver är mekanisk vinkel lika med elektrisk vinkel, så ingen skillnad behövs. Men för flerpoliga lösare:

Elektrisk vinkel = Mekanisk vinkel × Antal polpar

Om en 4-polig-par-resolver anger 'Elektriskt fel ≤ ±10′' och det hänvisar till elektriskt vinkelfel, är det ekvivalenta mekaniska vinkelfelet endast:

10′ ÷ 4 = 2,5′

Den mekaniska noggrannheten är faktiskt högre.

Men om den anger ett mekaniskt vinkelfel på ±10′, blir det ekvivalenta elektriska vinkelfelet:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° elektrisk

Detta kan närma sig den övre gränsen för FOC-tillämpningar (fältorienterad kontroll).

Därför, när du ser elektriska fel, bekräfta först om det är mekaniskt vinkelfel eller elektriskt vinkelfel.  Många resolvertillverkare använder som standard domänfel för elektrisk vinkel, men praxis varierar. Vid behov, fråga den ursprungliga tillverkaren för förtydligande.

2. Vilka är testvillkoren?

Det elektriska felet är inte åtgärdat; den påverkas av temperatur, hastighet, excitationsspänning och frekvens.

Vanliga databladspåståenden inkluderar:

·  Elektriskt fel i rumstemperatur ≤ ±10′

·  Elektriskt fel vid full temperatur ≤ ±15′

·  0~10000 rpm dynamiskt fel ≤ ±20′

Att bara titta på rumstemperaturspecifikationen är otillräckligt. För elektriska drivningar för nya energifordon, högtemperaturservoapplikationer etc. måste du vara uppmärksam på det elektriska felet över hela temperatur- och fullhastighetsintervallen.

3. Är det maximalt fel, topp-till-topp eller RMS?

Elektriska fel kan uttryckas på flera sätt:

•  Maximalt absolut fel : den maximala absoluta avvikelsen mellan alla uppmätta punkter

•  Topp-till-topp-fel : skillnaden mellan den maximala positiva avvikelsen och den maximala negativa avvikelsen

•  RMS-fel : rot-medelkvadratvärde, som återspeglar den övergripande felnivån

Datablad anger vanligtvis 'maximalt elektriskt fel' eller 'topp-till-topp elektriskt fel.' Om det bara står 'noggrannhet ±10′', förstås det generellt som maximalt absolut fel.

IV. Hur tolkar man felkurvan?

Om du kan erhålla resolvertestrapporten är det bästa sättet att direkt inspektera felkurvan.

En typisk elektrisk felkurva har mekanisk vinkel på den horisontella axeln och fel på den vertikala axeln. Formen på kurvan hjälper till att identifiera felkällor.

Vanliga felegenskaper:

Allmän regel:

Ju jämnare och mer regelbunden felkurvan är, desto stabilare är tillverkningsprocessen för resolver, och felet är förutsägbart och kompenserbart.
Om kurvan har många fel eller stora hopp, kontrollera först testmiljön, skärmningen och exciteringssignalens kvalitet, snarare än att skynda dig för att bedöma resolverns noggrannhet.

I servodrivsystem eller elektriska drivsystem implementerar vissa lösningar felkompensationstabeller. Ersättning kräver dock att felet kan upprepas. Om felet varierar för varje test är kompensation meningslös.

V. Kort praktisk metod för att mäta elektriska fel

Om du själv vill mäta upplösarens elektriska fel är det grundläggande tillvägagångssättet:

1. Använd en högprecisionskodare, optiskt gitter eller indexeringshuvud som vinkelreferens.

2. Tillhandahåll standardexciteringssignaler till resolvern.

3. Inhämta samtidigt resolverns sinus/cosinusutgångar.

4. Avkoda vinkeln via en RDC eller algoritm.

5. Jämför med referensvinkeln och registrera felet över 360°.

6. Beräkna det maximala felet, topp-till-topp, RMS och rita felkurvan.

Försiktighetsåtgärder under testning:

• Håll hastigheten låg för att undvika att blanda in dynamiska fel.

• Använd korta kablar, differentialinsamling och skärmning.

• Ställ in exciteringsfrekvens och spänning för att matcha faktiska driftsförhållanden.

• För flerpoliga lösare, registrera tydligt om resultatet är elektrisk eller mekanisk vinkel.

VI. Hur använder man dessa specifikationer vid urval?

Exempel:

Anta att en motor har 4 polpar och att FOC-kontrollen kräver att elektriskt vinkelfel styrs inom 1° elektriskt.

Om resolverns elektriska fel är ±10′ elektriskt, dvs cirka ±0,167° elektriskt, är kroppsfelet litet. Efter att ha lagt till dekoder och monteringsfel kan det övergripande systemets elektriska vinkelfel fortfarande hållas inom 1°, så lösningen är genomförbar.

Men om en annan resolver anger ett mekaniskt vinkelfel på ±10′, kommer det elektriska vinkelfelet för en 4-polig parmotor att förstärkas till cirka ±0,667°. Efter att ha lagt till avkodnings- och monteringstoleranser kan det totala elektriska vinkelfelet närma sig eller till och med överstiga 1°, vilket kräver en omvärdering.

Därför, när du väljer en resolver, jämför inte bara siffror; konvertera allt till elektrisk vinkel enhetligt och lägg sedan till systemfelbudget.

Slutsats

Elektriska fel är kärnindikatorn för resolverkroppens noggrannhet, men det är inte hela historien för systemvinkelnoggrannhet. För att korrekt förstå resolvernoggrannheten är tre nyckelpunkter viktiga:

1. Skilj mellan elektriska fel och vinkelnoggrannhet på systemnivå;

2. Kontrollera om enheten är mekanisk eller elektrisk vinkel;

3. Tänk på testförhållanden, felkurvor och faktiska driftsförhållanden.

Huruvida siffran ser bra ut på pappret är en sak; huruvida den är stabil och korrekt när den integreras i systemet är det ultimata kriteriet.