电机零位与编码器零位相位补偿技术在电气自动化领域的应用及其对就业市场的影响探究
电机零位与编码器零位的相位补偿技术探究及其在社会就业市场中的影响分析
导语：本文旨在阐述一种新的电机零位与绝对式编码器零位的相位补偿方法，重点讨论如何确保数据准确性，并验证其正确写入EEPROM中。通过实验，我们证明了该方法操作简单、实用稳定。
引言：随着工业4.0时代的到来，国家正在加强制造业和发展高端智能装备。伺服控制系统作为自动化和高端智能装备中的关键组成部分，在数控机床、机器人等领域得到广泛应用。永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motors，PMSM）因其效率高、气隙磁密度高、高功率因素好、结构紧凑且响应线性等优点而受到青睐。但是，如果无法准确获取伺服电机零位和编码器零位之间的相关系，则可能导致PMSM启动失败，从而使转子出现反转或抖动等问题。
为了解决这一问题，本文提出了一种新颖的相位补偿方法，该方法可以用于各种不同类型的编码器。这种方法包括以下几个步骤：
首先，将电机任意两相直接通入直流，使得转子锁定在固定位置，然后根据通入直流相序和方向确定转子的锁定位置。
然后，通过调试工具观察编码器反馈数据，当编码器输出的一次信号标志出现在调试工具上时，将编码器转轴固定在电机转子上完成对齐过程。
此外，本文还提出了一个专用的调节装置，可以简化操作并提高生产效率。此装置使用多个选择开关控制对齐步骤，并通过LED显示信号状态，以便用户可以任意调整编码器与转子之间的相位关系，同时也能够进行拖动测试以验证结果。
工作原理：
交流伺服电机会涉及到矢量控制，这需要精确地测量三相瞬时当前，而这些当前是由综合时间轴上的投影表示。这要求我们必须知道每一根绕组当前值以及它们之间角度差异。在图1中展示了综合时间轴上的三根绕组当前值，以及它们之间120°角度差异。
图1展示了综合时间轴上的三个绕组当前值，它们分别代表a,b,c三个绕组，即使没有实际连接到交流源，但理论上如果将他们同时连接到交流源，每个绕组都会产生相同幅度但互为180°分离旋向旋涡场，而这正是交流传输所需条件。如果所有三个绕组都被同时给予同样的脉冲，那么将会发生一种现象叫做“同步”，即全部三个轮廓都完全一样，而且不会有任何剩余力的产生，所以这个时候整个系统非常稳定，因为没有任何不平衡力作用于它。而当其中的一个或者两个轮廓不是完全相同的时候，那么就会有一些剩余力出现，这些剩余力会造成摩擦损耗从而减少系统效率，因此要保持系统运行状态最好的情况就是让所有三个轮廓都是完全相同这样才能最大限度地减少摩擦损耗并增加能量利用率，所以这里面有很大的空间去改进，也就是说只要能找到合适的地方把那两个不同的轮廓拉近一些，就可以达到更好的效果，因为这是一个连续变化的问题，不是一个二元选择的问题。
为了保证整个过程正确，本文提出了四点考虑：
在获取补偿角度前，必须确认绝对式编码器已经输出了标称分辨率以上的数值。
对于单圈绝对式编码器，其输出数值分辨率低，在某个范围内可能存在误差，因此需要至少翻过一次整圈来校正。
获取完补偿角度后，还需要进行试运行以验证其有效性。
写入EEPROM后的数据还需回读检查是否正确存储。
计算公式如下：
[ \theta_{comp} = \frac{\sum_{i=0}^{N-1}{\theta_i}}{N} ]
其中θcomp为最终补偿角度，θi为每次锁定的测量角度,N为锁定的次数。
软件流程：
本文设计了两种触发方式，一种是单一开关控制方式，一种是PC软件调试方式。在单一开关控制方式下，只需一个开关即可完成整个流程；在PC软件控制方式下，可以独立控制各个阶段，如参数上传、修改和烧写。此外，还提供了一套完整的地面实验平台，如图6所示，以便进一步验证该方法。此平台包括PC软件界面，如图7所示，其中包含参数设置、监控功能以及错误检测功能。实验结果如图8和9所示，其中显示了单一开关控制下的a/b/c三根绕组波形，以及高速运行后的a/b/c三根绕组波形表明成功实现了矢量控制原则。
