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分类号学号M200970310学校代码10487密级硕士学位论文伺服电机旋转变压器及正余弦编码器零点校准系统学位申请人：肖毅学科专业：机械电子工程指导教师：艾武教授答辩日期：2012年1月5日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchonServoMotorResolverandSin/CosEncoderZeroPointCalibrationSystemCandidate:XiaoYiMajor:MechatronicEngineeringSupervisor:Prof.AiWuHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaJanuary,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。华中科技大学硕士学位论文I摘要在现代制造系统中，永磁同步伺服电机的应用十分广泛。它不仅是动力环节，其配备的编码器是电机转子的位置和转速的检测装置，对于伺服系统的闭环控制至关重要。永磁同步伺服电机生产过程中重要的一环是编码器零点的校准，目的是使永磁体磁极位置和编码器零点位置调整到一定的相对位置关系并固定、记录下来，在电机出厂时提供给对应的伺服驱动器厂商，使得伺服驱动器在控制电机运转的时候知道转子转轴的零点位置。因此，零点校准对于永磁同步伺服电机的制造、装配、控制都是十分重要的。由于编码器种类繁多，需要使用各种不同接口的驱动器来对不同的编码器实施零点定位和校准，十分费时费力。为解决这一问题，本文基于伺服电机控制和驱动的原理，设计了一种同时适用于旋转变压器和正余弦编码器的专用伺服驱动器。本系统的硬件部分主要由控制板和功率驱动板组成。其中，控制板基于DSP设计，主要用来处理编码器信号和电机控制算法，以及其他控制程序；功率驱动板基于整流电路和逆变电路设计，根据变压变频的基本原理驱动电机按要求转动和锁定。系统软件部分主要基于状态机架构，各种工作状态之间可以灵活的转移和切换；友好的人机界面程序对系统状态实时监控，也允许用户修改和存储各种参数。最后，经过系统调试，达到了用户的技术指标要求。总的来说，本文设计的零点校准系统是一个专用的伺服电机驱动器，能够实现旋转变压器和正余弦编码器的自动零点找寻和校准，具有校准精度高、操作方便等优点，对于提高电机制造企业的总体生产效率有比较重要的实际意义。关键词：伺服控制旋转变压器正余弦编码器编码器调零华中科技大学硕士学位论文IIAbstractInmodernmanufacturingsystem,thePermanentMagnetSynchronousMotor(PMSM)iswidelyused.PMSMisnotonlythedrivingcomponentbutalsoprovidespositionandvelocityinformationbyitsencoder,whichisveryimportantforclose-loopcontrolofservosystem.IntheproductionprocessofPMSM,itisaveryimportantproceduretopositionandcalibratethezeropointofencoders.Thepurposeistomatchandrecordthecertainpositionrelationshipbetweenrotor’smagneticpoleandencoder’szeropoint.Thispositioninformationwillbeprovidedtotheservodrivermanufacturer,whichenablestheservodrivertoknowtheinitialpositionoftherotorsoastosmoothlycontrolmotormotion.Therefore,zeropointpositioningandcalibrationhavesignificantmeaningforthemanufacturing,assembly,andcontrolprocessesofPMSM.ThezeropointcalibrationofdifferentPMSMequippedwithdifferentencodersneeddifferentservodrivers,anditisalsoverytimeandenergyconsuming.Tosolvethisproblem,thisthesisdevelopedaspecificservodriverbasedonservocontrolanddriveprinciples,whichisapplicabletoPMSMequippedwithresolversandsin/cosencoders.Thesystem’shardwaremainlyincludesdigitalcontrollerandpowerdriverboard.ThecontrolboardbasedonDSPisdesignedtodealwithencodersignalsandmotorcontrolalgorithm,andothercontrolprograms.Thepowerdriverboardisdevelopedbasedonrectifierandinvertercircuits,whichdrivemotorstorotateaccordingtothebasicprincipleof―variousvoltagevariousfrequency‖.Thesystem’ssoftwareisbasedonstatemachines,whichmeanstheshiftbetweenseveraldifferentstatescanbeeasilycontrolled.Additionally,theuserfriendlyhuman-machineinterfacecannotonlymonitorthereal-timeconditionofwholesystembutalsoallowsusertochangeandsaveallkindsofparameters.Finally,throughthesystemdebug,ourdesignsatisfiedtheuser’stechnicalrequirements.Insummary,thezeropointpositioningandcalibrationsysteminthisthesisisaspecificservomotordriverwhichcanautomaticallypositionthezeropointofresolverandsin/cosencoder.Ithastheadvantagesofhighcalibrationaccuracyandeasyoperation.Therefore,thisinstrumenthasimportantpracticalmeaningforimprovingtheoverallproductivityofPMSMmanufactures.Keywords:ServoControl,Resolver,Sin/CosEncoder,EncoderZeroPointCalibration华中科技大学硕士学位论文III目录摘要....................................................................................................................IAbstract.................................................................................................................II1绪论1.1课题来源.....................................................................................................(1)1.2课题研究的背景、目的和意义.................................................................(1)1.3论文主要内容及组织结构.........................................................................(2)2调零系统总体设计2.1旋转变压器和正余弦编码器简介.............................................................(4)2.2零点校准方法与系统工作流程.................................................................(6)2.3调零系统总体设计...................................................................................(10)2.4本章小结....................................................................................................(11)3调零系统硬件设计3.1控制电路设计...........................................................................................(12)3.2驱动电路设计...........................................................................................(19)3.3交流电源的电气控制回路设计...............................................................(29)3.4本章小结...................................................................................................(30)4调零系统软件设计4.1概述...........................................................................................................(32