Làm thế nào để giải thích độ chính xác của góc phân giải và lỗi điện?

Trong điều khiển động cơ, truyền động điện cho xe năng lượng mới, lựa chọn hoặc thử nghiệm hệ thống servo, các kỹ sư thường hỏi: 'Độ chính xác của bộ phân giải này là gì?' Tuy nhiên, các bảng dữ liệu thường liệt kê các thông số như 'Lỗi điện ≤ ±10′', 'Độ chính xác của góc ±15′', 'Độ phân giải 16 bit', v.v., điều này có thể dễ khiến mọi người nhầm lẫn.

Lỗi điện và độ chính xác của góc có giống nhau không? Chính xác thì 10′ lớn bao nhiêu? Bạn nên đọc bảng dữ liệu như thế nào để không bị các con số đánh lừa?

I. Đầu tiên phân biệt hai khái niệm: Độ chính xác góc ≠ Lỗi điện

Bản thân bộ phân giải xuất ra tín hiệu sin/cos tương tự, không phải trực tiếp góc kỹ thuật số. Nó yêu cầu RDC (bộ chuyển đổi bộ giải sang số) hoặc giải điều chế phần mềm tiếp theo để thu được giá trị góc.

Do đó, cái mà chúng ta thường gọi là 'độ chính xác của góc' thực ra là  thông số kỹ thuật cấp hệ thống  bao gồm ít nhất:

• Lỗi điện của chính người giải quyết

• Lỗi bộ giải mã (RDC)

• Gắn lệch tâm và dung sai lắp ráp

• Lỗi từ cáp, tấm chắn và điều hòa tín hiệu

'Lỗi điện' là độ lệch góc cố hữu của phần thân bộ phân giải trong điều kiện giải mã lý tưởng. Nó có thể được hiểu là 'độ chính xác thô' của trình phân giải.

Một sự tương tự:

• Lỗi điện của bộ giải giống như lỗi chia độ của chính cây thước;

• Độ chính xác của góc giống như sai số đo cuối cùng khi bạn sử dụng thước đo đó để đo phôi.

• Thước có chính xác hay không phụ thuộc vào lỗi điện; Việc phép đo có chính xác hay không còn phụ thuộc vào độ vững chắc của bàn tay và khả năng đọc của bạn.

Vì vậy, lỗi điện là đặc điểm kỹ thuật cốt lõi của bộ phân giải, nhưng nó không phải là toàn bộ câu chuyện về độ chính xác của hệ thống.

II. Lỗi điện là gì và nó đến từ đâu?

Trong điều kiện kích thích lý tưởng và điều kiện giải mã lý tưởng, độ lệch giữa góc tính toán từ tín hiệu đầu ra của bộ phân giải và góc cơ học thực sự là lỗi điện.

Đơn vị chung là cung-phút, ký hiệu là ′.

Chuyển đổi:

•  1° = 60′

•  10′ = 10/60° ≈ 0,167°

•  1′ ≈ 0,0167°

Ví dụ: nếu biểu dữ liệu ghi 'Lỗi điện ≤ ±10′', điều đó có nghĩa là ở bất kỳ vị trí nào, độ lệch giữa góc được giải mã và góc thực không vượt quá 10 phút cung, xấp xỉ 0,167°.

Các nguồn chính gây ra lỗi điện bao gồm:

Các yếu tố này kết hợp để tạo thành đường cong lỗi điện của bộ phân giải.

III. Làm cách nào để đọc 'Lỗi điện' trên biểu dữ liệu?

Khi bạn thấy 'Lỗi điện ≤ ±10′' trên biểu dữ liệu, đừng chỉ nhìn vào con số. Trước tiên hãy hỏi ba câu hỏi:

1. Đơn vị là góc cơ hay góc điện?

Điều này đặc biệt quan trọng đối với các bộ phân giải đa cực.

Đối với bộ phân giải một cực, góc cơ học bằng góc điện nên không cần phân biệt. Nhưng đối với các bộ phân giải đa cực:

Góc điện = Góc cơ × Số cặp cực

Nếu bộ phân giải 4 cặp cực chỉ định 'Lỗi điện ≤ ±10′' và nó đề cập đến lỗi góc điện, thì lỗi góc cơ học tương đương chỉ là:

10′ 4 = 2,5′

Độ chính xác cơ học thực sự cao hơn.

Nhưng nếu nó chỉ định sai số góc cơ học là ±10′ thì sai số góc điện tương đương sẽ trở thành:

10′ × 4 = 40′ ≈ 0,667° điện

Điều này có thể đạt đến giới hạn trên đối với các ứng dụng FOC (điều khiển hướng trường).

Vì vậy, khi phát hiện lỗi điện, trước tiên hãy xác nhận xem đó là lỗi góc cơ hay lỗi góc điện.  Nhiều nhà sản xuất bộ giải quyết mặc định có lỗi miền góc điện, nhưng cách thực hành lại khác nhau. Nếu cần, hãy hỏi nhà sản xuất ban đầu để làm rõ.

2. Điều kiện thử nghiệm là gì?

Lỗi điện chưa được khắc phục; nó bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tốc độ, điện áp kích thích và tần số.

Các câu lệnh biểu dữ liệu phổ biến bao gồm:

·  Lỗi điện nhiệt độ phòng ≤ ±10′

·  Lỗi điện toàn nhiệt độ ≤ ±15′

·  Lỗi động 0~10000 vòng/phút ≤ ±20′

Chỉ nhìn vào thông số nhiệt độ phòng là không đủ. Đối với các bộ truyền động điện của xe sử dụng năng lượng mới, các ứng dụng servo nhiệt độ cao, v.v., bạn phải chú ý đến lỗi điện trong phạm vi nhiệt độ và tốc độ tối đa.

3. Đó là lỗi tối đa, đỉnh-đỉnh hay RMS?

Lỗi điện có thể được thể hiện theo nhiều cách:

•  Sai số tuyệt đối tối đa : độ lệch tuyệt đối tối đa trong số tất cả các điểm đo

•  Lỗi từ đỉnh đến đỉnh : chênh lệch giữa độ lệch dương tối đa và độ lệch âm tối đa

•  Lỗi RMS : giá trị bình phương trung bình gốc, phản ánh mức độ lỗi tổng thể

Bảng dữ liệu thường chỉ định 'lỗi điện tối đa' hoặc 'lỗi điện từ đỉnh đến đỉnh.' Nếu chỉ ghi 'Độ chính xác ±10′', thì nó thường được hiểu là lỗi tuyệt đối tối đa.

IV. Làm thế nào để giải thích đường cong lỗi?

Nếu bạn có thể nhận được báo cáo kiểm tra trình phân giải, cách tốt nhất là kiểm tra trực tiếp đường cong lỗi.

Đường cong lỗi điện điển hình có góc cơ học trên trục hoành và sai số trên trục tung. Hình dạng của đường cong giúp xác định các nguồn lỗi.

Đặc điểm lỗi thường gặp:

Nguyên tắc chung:

Đường cong lỗi càng mượt mà và đều đặn thì quy trình sản xuất bộ phân giải càng ổn định và lỗi có thể dự đoán được và có thể bù được.
Nếu đường cong có nhiều trục trặc hoặc bước nhảy lớn, trước tiên hãy kiểm tra môi trường thử nghiệm, lớp chắn và chất lượng tín hiệu kích thích, thay vì vội vàng đánh giá độ chính xác của trình phân giải.

Trong các bộ truyền động servo hoặc hệ thống truyền động điện, một số giải pháp triển khai bảng bù lỗi. Tuy nhiên, việc bồi thường đòi hỏi lỗi phải được lặp lại. Nếu sai số thay đổi trong mỗi lần kiểm tra thì việc đền bù là vô nghĩa.

V. Tóm tắt phương pháp thực hành đo sai số điện

Nếu bạn muốn tự đo lỗi điện của bộ giải quyết, cách tiếp cận cơ bản là:

1. Sử dụng bộ mã hóa, cách tử quang hoặc đầu lập chỉ mục có độ chính xác cao làm tham chiếu góc.

2. Cung cấp tín hiệu kích thích tiêu chuẩn cho bộ phân giải.

3. Đồng thời thu được đầu ra sin/cosine của bộ phân giải.

4. Giải mã góc thông qua RDC hoặc thuật toán.

5. So sánh với góc tham chiếu và ghi lại sai số trên 360°.

6. Tính toán sai số tối đa, đỉnh đến đỉnh, RMS và vẽ đường cong lỗi.

Những lưu ý trong quá trình thử nghiệm:

• Giữ tốc độ thấp để tránh trộn lẫn các lỗi động.

• Sử dụng cáp ngắn, thu thập vi sai và che chắn.

• Đặt tần số kích thích và điện áp để phù hợp với điều kiện hoạt động thực tế.

• Đối với bộ phân giải đa cực, ghi rõ kết quả là góc điện hay góc cơ.

VI. Làm thế nào để sử dụng các thông số kỹ thuật này trong việc lựa chọn?

Ví dụ:

Giả sử một động cơ có 4 cặp cực và điều khiển FOC yêu cầu sai số góc điện được kiểm soát trong phạm vi 1° điện.

Nếu lỗi điện của bộ phân giải là ±10′ về điện, tức là khoảng ±0,167° về điện, thì lỗi phần thân là nhỏ. Sau khi thêm lỗi bộ giải mã và lắp đặt, sai số góc điện tổng thể của hệ thống vẫn có thể được giữ trong khoảng 1° nên giải pháp này là khả thi.

Tuy nhiên, nếu bộ phân giải khác chỉ định sai số góc cơ học là ±10' thì đối với động cơ 4 cực, sai số góc điện sẽ được khuếch đại lên khoảng ±0,667°. Sau khi thêm dung sai giải mã và lắp ráp, sai số góc điện tổng thể có thể đạt tới hoặc thậm chí vượt quá 1°, cần phải đánh giá lại.

Do đó, khi chọn trình phân giải, đừng chỉ so sánh các con số; chuyển đổi tất cả thành góc điện một cách đồng nhất, sau đó thêm mức lỗi hệ thống.

Phần kết luận

Lỗi điện là chỉ báo cốt lõi về độ chính xác của phần thân bộ phân giải, nhưng nó không phải là toàn bộ câu chuyện về độ chính xác của góc hệ thống. Để hiểu đúng độ chính xác của trình phân giải, cần có ba điểm chính:

1. Phân biệt giữa lỗi điện và độ chính xác góc ở cấp độ hệ thống;

2. Xác nhận xem thiết bị có góc cơ hay điện;

3. Xem xét các điều kiện thử nghiệm, đường cong lỗi và điều kiện vận hành thực tế.

Liệu con số đó có đẹp trên giấy tờ hay không là một chuyện; Liệu nó có ổn định và chính xác khi tích hợp vào hệ thống hay không là tiêu chí cuối cùng.