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青島艾普智能儀器有限公司專注全球電機測試，提供一站式電機測試解決方案，其中就包括伺服電機的測試。今天艾普小篇為大家分享的是關(guān)于伺服電機回零的知識。
伺服電機是數(shù)字化執(zhí)行元件，具有精度高、穩(wěn)定性好、快速響應(yīng)等優(yōu)點，在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
位置控制的伺服電機，需在電機運行的位置空間，確定一個參考點，以此參考點確定伺服電機的實時位置。此參考點稱為零點，確定此參考點的過程稱為回零。本文主要介紹旋轉(zhuǎn)交流伺服電機的回零問題。
伺服驅(qū)動常見的機械機構(gòu)有如下幾種形式。有的是回轉(zhuǎn)運動機構(gòu)，有的是把伺服電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線：常見機械機構(gòu)
一般的機械機構(gòu)會有限位開關(guān)、零點開關(guān)等信號，以典型滾軸絲杠機構(gòu)為例，其絲杠行程上有左右限位開關(guān)，并有一個原點檢測開關(guān)如圖2所示。
在控制器側(cè)會把位置單位從脈沖換算成容易理解的單位，如度、毫米、英寸等。機械安裝時，伺服電機自身編碼器的讀數(shù)是隨機的，機械機構(gòu)運行之前，需要在機械運行行程內(nèi)確定零點。
增量型：增量型編碼器碼盤，每旋轉(zhuǎn)一圈都會有一個Indexmark,即經(jīng)常提及的Z相脈沖，或索引脈沖。增量式編碼器通過A、B相的相位關(guān)系判斷旋轉(zhuǎn)方向，通過A、B相的脈沖數(shù)計算行走距離，通過脈沖頻率計算運動速度。用索引脈沖計算圈數(shù)。此索引脈沖可用于精確尋零。
絕對值型編碼器有單圈和多圈之分，單圈編碼器只能記住一圈內(nèi)的絕對位置，多圈編碼器還可記住圈數(shù)。
增量編碼器：每次上電時，編碼器計數(shù)都被清零，因此，每次上電后都要回零。單圈絕對值編碼器：若機械行程較短，伺服電機的轉(zhuǎn)動范圍在一圈以內(nèi)，則不需要每次上電都回零，但機械首次運行時，要回零一次，以確定機械零點。如轉(zhuǎn)動范圍超過一圈，則每次上電都要回零。多圈絕對值編碼器：多圈絕對值編碼器不需要每次上電都回零，在對應(yīng)的驅(qū)動器內(nèi)部或編碼器線上有電池，用于保存編碼器的絕對位置值。但機械首次投入運行時，需要回零一次，以確定機械零點。
回零原理介紹有4種信號可作為回零信號：正/負(fù)限位開關(guān)、零位開關(guān)和編碼器的索引脈沖。圖4：滾軸絲杠示意圖如上圖所示，左/右超限開關(guān)或近原點輸入，就是機械行程中的幾個”錨”，可在任何一個“錨”附近確定一個位置作為零點。一般可選擇近原點輸入。如沒安裝近原點輸入開關(guān)，也可用左右超限開關(guān)作為“錨“點。
圖5：下降沿索引脈沖確定零點回零前，要預(yù)先設(shè)定一個回零方向，如上圖，從右向左回零。
2.檢測到近原點輸入后，伺服電機降速到蠕變速度后繼續(xù)前行，直至檢測到“近原點輸入”的下降沿。蠕變速度比目標(biāo)速度小，過沖距離也較小。3.在檢測到近原點輸入的下降沿后，降速到零，然后以爬行速度尋找伺服電機編碼器的索引脈沖。這種情況，電機停在索引脈沖上，完成回零。
與之對應(yīng)回零方式：在近原點輸入信號的上升沿尋找索引脈沖（Z相脈沖）確定零點。如圖6所示圖6：上升沿索引脈沖確定零點向左高速找到近原點輸入上升沿后降速并反向運行直至近原點輸入OFF，然后向左以蠕變速度再次尋找近原點輸入的上升沿，而后降速并以爬行速度尋找第一個索引脈沖（Z相脈沖）作為零點。
還有其他幾種可能。比如電機啟動時近原點輸入信號為ON、限位（-）輸入信號為ON或起點在近原點輸入和限位（-）輸入信號之間等。針對各種不同的情況，伺服電機會執(zhí)行不同的運動，但最終都能找到對應(yīng)的索引脈沖。
■ 對回零精度要求稍高的，可以執(zhí)行完第二步，即認(rèn)為回零完成?！?對精度要求很高的場合，可執(zhí)行完3步。以索引脈沖位置確定零點。還有其他類型的回零方式，如：1.直接尋找索引脈沖，找到索引脈沖后立即停止，以此點作為零點。2.以機械擋塊作為限位開關(guān)。當(dāng)把機械擋塊作為“錨“點時，把伺服電機的扭矩值作為”錨“點是否找到的判據(jù)。3.電機不執(zhí)行動作，直接把電機的當(dāng)前值設(shè)為零點。總之，大部分回零過程主要包含如下部分或全部動作過程。1.確定回零方向。2.從起始位置沿回零方向高速尋找“錨“點。3.中速檢測“錨“點的上升或下降沿。4. 在“錨“點上升沿或下降沿的左側(cè)或右側(cè)低速尋找索引脈沖（或其他類型零點信號）。CANopen over EtherCAT(CoE) 伺服軸回零伺服電機都要由伺服驅(qū)動器驅(qū)動?，F(xiàn)在，很多伺服驅(qū)動器支持EtherCAT通訊，其在應(yīng)用層實現(xiàn)了CANopen Drive Profile (CiA402)。伺服驅(qū)動器由支持EtherCAT的控制器，如PLC，IPC等的控制。這種情況下，伺服電機的回零需要在控制器內(nèi)實現(xiàn)。CiA402支持的回零方法DS402 homing，總共定義了37種回零方式，不同廠家的控制器或驅(qū)動器產(chǎn)品，可支持不同的回零方式。圖7: DS402 Homing支持的回零方式
控制器與驅(qū)動器之間通過PDO和SDO進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。具體各PDO、SDO映射可參考EtherCAT的對象字典。
狀態(tài)字、限位開關(guān)、回零開關(guān)、實時位置、回零狀態(tài)等參數(shù)都由驅(qū)動器傳給控制器。在驅(qū)動器側(cè)要定義各輸入點的功能，如限位開關(guān)，回零開關(guān)等。數(shù)字IO都通過PDO: 0x60FD傳給控制器。一般0x60FD的16至23位對應(yīng)伺服驅(qū)動器的各DI輸入點。
圖8：回零參數(shù)設(shè)置及功能塊參數(shù)設(shè)置完成，EtherCAT通訊網(wǎng)絡(luò)啟動后，在控制器側(cè)激活Home的功能塊，在驅(qū)動器側(cè)即可啟動并完成回零過程。
在DS 402的對象字典中，是沒有索引脈沖的映射的?；亓銜r，尋找索引脈沖的第三步，是在驅(qū)動器內(nèi)部執(zhí)行的，在尋找索引脈沖期間，無法通過上位控制器控制伺服驅(qū)動器。找到索引脈沖回零完成后，驅(qū)動器通過狀態(tài)字PDO：0x6041告知控制器回零完成。因此，索引脈沖只在驅(qū)動器內(nèi)起作用，不需要映射回上位控制器。很多廠家的伺服驅(qū)動器和控制器產(chǎn)品都支持EtherCAT和CoE，各家支持的回零方式可能不一樣，需要映射的PDO或SDO也可能有些差別，要依據(jù)各家產(chǎn)品的技術(shù)說明進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置?？偨Y(jié)
伺服電機運行前要先確定零點，伺服電機的位置坐標(biāo)基于零點建立。增量型編碼器每次上電需要回零，絕對值編碼器視具體情況確定是否需要回零。但機械在首次投入使用時要執(zhí)行一次回零，以確定機械原點?；亓氵^程即在某一個“錨”點附近，找到一個可重復(fù)的位置點作為零點。
有很多種回零方式，可根據(jù)具體產(chǎn)品所支持的回零方式、機械機構(gòu)提供的IO信號、具體應(yīng)用要求等，靈活確定回零方式。（注：本文摘自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系本人刪除。
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