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丹佛斯变频器FC302驱动器驱动HIPERFACE编码器反馈的伺服永磁同步电机的应用
2012/9/15 15:05:06
浏览：2412
丹佛斯变频器FC302驱动器驱动HIPERFACE编码器反馈的伺服永磁同步电机的应用
TheApplication of Danfoss FC300 Driving Permanent Magnetic SynchronousServo Motor with HIPERFACE Interface Encoderfeedback
摘要：丹佛斯FC300驱动器是高性能的伺服驱动器，加装各种编码器选件卡以后可以驱动各种伺服永磁同步电机。本文就丹佛斯FC302驱动器驱动带HIPERFACE编码器反馈的伺服永磁同步电机的应用加以详细论述。
关键词：伺服永磁同步电机 HIPERFACE
Abstract: Danfoss FC302 series driver is a highperformance servo driver. It has all kinds of motor feedback optioncard to adapt all kinds of permanent magnetic synchronous servomotor. The thesis describe the application of FC302 drivingHIPERFACE encoder feedback permanent magnetic servomotor.
Keywords:Permanent-Magnetic-Synchronous-Servo-Motor HIPERFACE-Encoder
引言：随着生产速度和精度的提高，越来越多的设备需要使用伺服驱动。丹佛斯公司针对驱动应用开发了高性能的FC302系列伺服驱动器，适用于各种伺服永磁同步电机。伺服永磁同步电机有各种位置反馈装置，常见的有旋转变压器，EnDat绝对位置编码器，SSI绝对位置编码器等。Hiperface编码器也是一种常见的高精度编码器，但是国内目前使用较少，因此需要对其具体应用方法作详细介绍。
一、 HIPERFACE编码器工作原理
HIPERFACE编码器是一种串行绝对位置和正余弦模拟量信号混合编码器，内部原理框图见图1。
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图1，HIPERFACE编码器内部逻辑框图 |
编码器有每转2n周期的正、余弦模拟量信号输出，又有RS485通讯绝对位置数字量信号输出。正、余弦模拟量信号送入编码器选件卡以后，又被分为两路。一路经比较器整形以后变成A、B相增量脉冲信号，送入计数器，如同普通的增量编码器；另一路放大后送入A/D转换器，作绝对位置解码用，如同普通的旋转变压器。RS485串行通信接口默认通信速率为9600Bd。
HIPERFACE编码器同时解决了转速、永磁同步电机换向位置检测和高精度角度位置的检测的问题。上电初始，驱动器先通过RS485串行接口读出当前的绝对角度位置；然后根据增量脉冲信号获取当前位置；高精度的正、余弦模拟量信号能提供极高精度的位置信息；而与此同时，信号频率即使在很高的转速下依然保持在相对较低的水平，因而能传输较远的距离。
二、 接线：
丹佛斯编码器选件卡MCB102支持长线驱动增量形编码器、EnDat绝对位置编码器、SSI绝对位置编码器和HIPERFACE接口编码器。当接HIPERFACE接口编码器时，接线图如图2所示。
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端子号
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名称
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线颜色
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2
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电源（7-12V）
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红
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4
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电源地
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蓝
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5
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+COS
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粉红
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6
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COS参考地
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黑
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7
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+SIN
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白
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8
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SIN参考地
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棕
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9
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RS485+
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灰
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10
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RS485-
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绿
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图2，HIPERFACE编码器接线图 |
三、 驱动器参数设置：
以下以FC302驱动施耐德伺服永磁同步电机BSH1002M11F2A（SKS360HIPERFACE编码器反馈）为例，说明驱动器的参数设置办法。FC302驱动器加装了MCB102编码器反馈选件卡和MCO305运动控制选件卡。
1. 控制方式和电机选择：
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参数号
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参数名称
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设定值
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1-00
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控制方式
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[1] 闭环转速控制
或 [2]转矩控制（带转速反馈）
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1-01
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电机控制原理
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[3] 磁通矢量带反馈
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1-02
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电机磁通矢量控制反馈源
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[2] MCB102
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1-10
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电动机选择
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[1] 隐极永磁同步电机
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2. 永磁同步电机的电机参数：
永磁同步电机参数除了电机额定电流、额定转速、额定转矩、电机极数、定子电阻之外，还有自己的特有参数：1000rpm时感应电势和d轴电感。
查阅电机说明书，得到电机参数表1：
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选择此组电 机额定参数
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4对极，
8极电机
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380V驱动器内部直流电压约530V，考虑20%欲量，应选择400Vdc选此组电机额定参数，因此得到电机额定电流2.30A、额定转速2000rpm、额定转矩5.20Nm和电机极数8极。
电机参数表2：
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电机参数 |
查电机参数表2得到电机1000rpm时感应电势146V；R20U-V为8.6Ω，换算为丹佛斯的“定子电阻”，需要除2；LdU-V为43.20mH，换算为丹佛斯的d轴电感需要除。
变频器内电机参数设置如下：
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参数号
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参数名称
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设定值
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1-24
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电机额定电流
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2.30 A
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1-25
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电机额定转速
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2000 rpm
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1-26
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电机额定转矩
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5.20 Nm
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1-30
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定子电阻
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4.3 Ω
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1-37
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d轴电感
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24.94 mH
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1-39
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电机极数
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8 极
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3. 编码器参数：
查阅编码器说明书，得到编码器参数表：
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增量脉冲分辨率 |
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绝对编码器分辨率
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参数号
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参数名称
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设定值
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17-10
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增量信号类型
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[2] 正弦1Vpp
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17-11
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增量脉冲分辨率
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128 ppr
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17-20
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绝对协议选择
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[1] HIPERFACE
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17-21
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绝对编码器分辨率
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4096 ppr
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17-34
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HIPERFACE波特率
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[4] 9600
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四、 转子磁极位置偏差校准办法：
永磁同步电机的矢量控制需要知道电机转子的确切角度位置，由于厂家安装的原因，绝对编码器反馈的位置与电机转子的零位存在相位差，所以需要通过调试测得此相位差。丹佛斯FC302驱动器测试此相位差的具体调试步骤如下：
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编码器断开，这可以通过设置电机反馈源[P 1-02]为24 V encoder. |
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STEP 1
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首先设定好上述基本电机和编码器参数
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面板上显示电机角度
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STEP 2
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[P 0-21 或 22] = [1620] 电机角度
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STEP 3
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确认显示电机角度为0。
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STEP 4
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设置启动延时, [P 1-71] 为10 秒。
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STEP 5
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设置启动功能, [P 1-72] 为直流夹持 [2] DC-hold
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STEP 6
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电机空载，观察电机轴，启动变频器，10秒内必须停机
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STEP 7
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电机转子会转到电机0位，用手转动电机，重复STEP6多次，可以看到电机
由于有几对极，会有几个零位。确认其中一个零位就可以了。
注意：是电机轴（装编码器的），不是经过减速机以后的机械轴。
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电机轴现在处于0位，不要转动电机
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STEP 8
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恢复参数，[P1-02]=[2]和[P1-71]=0
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STEP 9
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查看面板上显示的电机角度。（0-65535对应于0-360度）
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STEP
10
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调节电机角度偏置 [P 1-41] 直到面板上显示电机角度为0。
- 假如显示电机角度 >= 32268 ,调节 [P1-41] = 65535 - 显示的角度
- 假如显示电机角度 < 32768 ,调整 [P1-41] = - 显示角度
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现在电机可以运行了
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五、 位置控制方法：
丹佛斯运动控制卡MCO305具有多种运动控制功能，可以实现绝对或相对位置定位，角度或速度同步控制，电子凸轮控制等功能。MCO305本体有两个编码器输入接口，支持增量或SSI多圈绝对位置编码器。其中一个接主机编码器信号，另一个接本机编码器信号。当本机编码器信号来自选件卡MCB102时，需要设置以下参数：
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参数号
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参数名称
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设定值
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32-50
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从机反馈来源
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[3] 电机控制反馈来源（MCB102）
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32-01
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编码器分辨率
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1024 ppr
现在电机每转一圈，当前位置就会增加4096
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六、 运行效果：
电机空载运行时电流只有约0.06A，定位响应很快，完全满足用户的要求。
参考文献
[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss
[2] MCO305 Design Guide. MG33L502. Danfoss
[3] BSH Servo Motor manual. V2.00. 2010.06. Schneider Electric
[4] SKS36 SKM36 Data Sheet. 2010.10. SICK STEGMANN
丹佛斯变频器FC302驱动器驱动HIPERFACE编码器反馈的伺服永磁同步电机的应用
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