编码器复位装置和编码器复位方法与流程

本发明涉及电机调试技术领域，特别涉及编码器复位装置和编码器复位方法。

背景技术：

永磁同步电机在完成安装与维护后需要对其内部的编码器进行清零与校正，以使同步电机的驱动器能够控制同步电机输出额定的功率，使得同步电机能够输出所需的转矩与转速，使得驱动器的控制更为精确。

传统的永磁同步电机的驱动器不具备编码器的清零功能，需要单独为编码器购置编码设备，这种设备价格高、功能复杂，且配置繁琐，不利于永磁同步电机的快速生产与安装维护。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统电机不具备编码器的清零复位功能，编码器清零复位过程繁琐，成本高的缺陷，提供一种编码器复位装置和编码器复位方法，能够快捷方便地对电机的编码器进行复位，有效提高了编码器复位效率，降低了编码器复位的成本，提高了电机的生产与维护效率。

一种编码器复位装置，包括：开关电源模块、可调电源模块、控制电路和编码器接口电路，所述开关电源模块分别与所述控制电路以及所述可调电源模块连接，所述控制电路与所述编码器接口电路连接，所述编码器接口电路用于与电机的编码器连接，所述可调电源模块用于与电机的三相接线端连接。

在一个实施例中，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制电路连接。

在一个实施例中，所述显示模块包括发光数码管。

在一个实施例中，所述控制电路包括EP4CE30F23I7芯片，所述EP4CE30F23I7芯片分别与所述开关电源模块连接以及所述编码器接口电路连接。

在一个实施例中，所述控制电路还包括晶振模块，所述晶振模块与所述EP4CE30F23I7芯片连接。

在一个实施例中，所述编码器接口电路包括AM26C32芯片。

在一个实施例中，还包括按键模块，所述按键模块与所述控制电路连接。

一种编码器复位方法，包括：

调整可调电源模块输出预设电流，以使电机的转子固定在预设位置；

当电机的转子固定在预设位置时，启动控制电路，以使所述控制电路根据控制指令对编码器进行复位；

在编码器复位后，检测电机的单圈数值是否在预设范围内，如是，则判定复位成功。

在一个实施例中，在所述启动控制电路的步骤之前还包括：

读取电机的单圈数值，以检测电路通信是否正常。

在一个实施例中，所述预设电流为电机的额定电流的60％～70％。

上述编码器复位装置和编码器复位方法，通过可调电源模块向电机输出预设电流，使得电机被锁定在预设位置，控制电路通过编码器接口电路与电机的编码器连接，并对电机的编码器进行清零复位，从而实现了快捷高效地对电机的编码器进行复位，有效提高了编码器复位效率，降低了编码器复位的成本，提高了电机的生产与维护效率。

附图说明

图1A为一实施例的编码器复位装置的电路原理图；

图1B为另一实施例的编码器复位装置的电路原理图；

图2A为一实施例的编码器复位方法的流程图；

图2B为另一实施例的编码器复位方法的流程图；

图3为一实施例的电机的转子在零角度时UVW各相位状态在示意图；

图4为一实施例的电机的UVW三相的接线的电路原理图；

图5为另一实施例的编码器复位方法的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

如图1A所示，一实施例的一种编码器复位装置，包括开关电源模块、可调电源模块、控制电路和编码器接口电路，所述开关电源模块分别与所述控制电路以及所述可调电源模块连接，所述控制电路与所述编码器接口电路连接，所述编码器接口电路用于与电机编码器连接，所述可调电源模块用于与电机的三相接线端连接，开关电源模块用于与外部供电电源连接，并向控制电路和可调电源模块供电。

在本实施例中，通过可调电源模块向电机输出预设电流，使得电机被锁定在预设位置，控制电路通过编码器接口电路与电机的编码器连接，并对电机的编码器进行清零复位，从而实现了快捷高效地对电机的编码器进行复位，有效提高了编码器复位效率，降低了编码器复位的成本，提高了电机的生产与维护效率。

在一个实施例中，如图1A所示，编码器复位装置还包括显示模块，所述显示模块与所述控制电路连接。例如，所述显示模块包括发光数码管。该发光数码管用于显示控制电路与编码器的通信状态，清零复位过程中的提示以及清零状态信息等。

例如，该控制电路为FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)控制电路，在一个实施例中，如图1B所示，所述控制电路包括EP4CE30F23I7芯片，所述EP4CE30F23I7芯片分别与所述开关电源模块连接以及所述编码器接口电路连接。本实施例中，该控制电路包括了HDL(Hardware Description Language，硬件描述语言)代码和IP功能模块，能够适配电机的编码器，并能通过编码器接口电路与编码器通信，对编码器进行检测和清零复位。

在一个实施例中，如图1B所示，所述控制电路还包括晶振模块，所述晶振模块与所述EP4CE30F23I7芯片连接。例如，该晶振模块为晶体振荡器，该晶振模块用于为控制电路产生时钟信号和基准信号，例如，该晶振模块用于为EP4CE30F23I7芯片产生时钟信号和基准信号，该晶振模块的频率为50MHz。

例如，该编码器接口电路为485通信接口电路，用于为控制电路提供与电机的编码器连接的接口，在本实施例中，电机的编码器接口为485通信接口。在一个实施例中，请再次参见图1B，所述编码器接口电路包括AM26C32芯片，该AM26C32芯片与EP4CE30F23I7芯片连接，且该AM26C32芯片与电机的编码器连接，AM26C32芯片用于为EP4CE30F23I7芯片提供与电机的编码器连接的接口。

在一个实施例中，请再次参见图1A，还包括按键模块，所述按键模块与所述控制电路连接。该按键模块用于输入控制指令。这样，可以一键控制所述控制电路，从而实现对所述编码器复位装置的控制，例如，通过所述按键模块控制所述控制电路的开关，从而通过按键启动编码器清零功能。

具体地，在本实施例中，开关电源模块与外部供电电源连接，外部供电电源的电流的电压值为220V，开关电源模块向控制电路和可调电源模块供电，开关电源模块输出电流为直流1A，电压为5V，可调电源模块的输出电流的可调范围为0～10A，可调电源模块与电机的三相接线端连接，可调电源模块为电机提供工作电流，该三相接线端为UVW三相接线端，其中，如图4所示，U相连接可调电源模块的负端，V相和W相连接可调电源模块的正端，G相接地。本实施例中，编码器复位装置集成了开关电源模块、可调电源模块、控制电路和编码器接口电路，使得编码器复位装置能够快速与电机以及电机的编码器连接，有效提高了编码器复位效率，降低了编码器复位的成本，提高了电机的生产与维护效率。

清零时，可调电源模块向电机输出电流，该电流为电机额定电流的60％～70％，使得电机的转子固定在零点位置，使得转子保持不动，从而将电机锁定。本实施例中，清零程序预先安装在控制电路，控制电路用于执行该清零程序，控制电路对编码器进行清零复位。随后，控制电路工作，控制电路通过编码器接口电路与编码器通信，向编码器发送指令，并接收编码器的反馈信息，控制电路读取编码器的单圈数值，如果读取失败，则表明控制电路与编码器的通信线路故障，需要排查故障，如果读取成功，则进行清零。清零复位后，再次读取单圈数值，检测该单圈数值是否在预设范围内，如是，则复位成功，否则，复位失败。例如，所述编码器复位装置还设置蜂鸣器，其连接所述控制电路，用于在复位失败时发出警示音。例如，所述编码器复位装置还设置指示模块，其连接所述控制电路，用于在所述控制电路读取编码器的单圈数值成功或失败时提供指示信号；又如，所述控制电路设置判断模块，用于判断单圈数值是否在预设范围内，是则判定复位成功；所述指示模块还连接所述判断模块，用于在复位成功或失败时提供指示信号。又如，所述控制电路通过所述指示模块连接所述显示模块，所述显示模块根据所述指示模块的指示信号显示所述控制电路读取编码器的单圈数值成功或失败、复位成功或失败等信息。又如，控制电路通过编码器接口电路与编码器通信，向编码器发送指令，并接收编码器的反馈信息，所述反馈信息具有编码器的标识或位置信息，所述显示模块还用于显示所述反馈信息；又如，所述显示模块还用于在显示所述控制电路读取编码器的单圈数值成功或失败、复位成功或失败等信息时，顺序或同步显示具有编码器的标识或位置信息的所述反馈信息。这样，可实现编码器故障诊断、数值清零与位置显示等功能；显示模块可以显示当前的编码器位置，用于诊断复位前后编码器数值的变化与清零效果。

如图5所示，其为一实施例中的清零过程：

程序启动，对编码器检测，读取电机的单圈数值，检测控制电路与编码器的通信是否正常，当实现模块对单圈信息显示时，通信正常，启动清零。清零后，检测清零是否成功，如是，则清零完成，对清零结果进行显示；如否，则再次清零。

如图2A所示，一实施例的一种编码器复位方法，包括：

步骤202，调整可调电源模块输出预设电流，以使电机的转子固定在预设位置。

例如，该预设电流为电机额定电流的60％～70％，例如，该预设位置为零点位置，使得电机的转子固定在零点位置，即该转子此时的偏转角度为零角度，例如，该零点位置为转子的初始位置，例如，该初始位置为零角度。根据SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)的定义，转子在零角度的各相位关系如图3所示。

步骤204，当电机的转子固定在预设位置时，启动控制电路，以使所述控制电路根据控制指令对编码器进行复位。

步骤206，在编码器复位后，检测电机的单圈数值是否在预设范围内，如是，则复位成功，否则，复位失败。

例如，该单圈数值为单圈解析度，例如，该单圈数值为单圈分辨率，例如，该单圈数值为转子相对于零角度的偏移角度，该单圈数值采用十七位二进制数值表示，用于表示转子相对于零角度的偏移角度，在本实施例中，该预设范围为[-100，100]，在本实施例中的预设范围的数值为十七位二进制数值对应的十进制数值，用于表示该单圈数值，例如，单圈数值转换为角度值，则该预设为范围为[-0.02°，0.02°]。在此范围内，转子相对于零角度的偏移角度非常小(误差非常小)，因此，转子处于零点位置，而单圈数值与该零点位置相对应。使得驱动器能够精准控制电机。

清零复位结果通过显示模块显示。

在其中一个实施例中，如图2B所示，步骤204之前还包括：

步骤203，读取电机的单圈数值，以检测电路通信是否正常。

具体地，如果读取失败，则表明控制电路与编码器的通信线路故障，需要排查故障，如果读取成功，则执行下一步骤，进行清零。读取结果通过显示模块显示，例如，通过发光数码管显示。

又如，一种编码器复位方法，其应用于上述任一实施例所述编码器复位装置，且包括实现所述编码器复位装置功能的步骤，例如，所述步骤包括调整可调电源模块输出预设电流，以使电机的转子固定在预设位置；当电机的转子固定在预设位置时，启动控制电路，以使所述控制电路根据控制指令对编码器进行复位；在编码器复位后，检测电机的单圈数值是否在预设范围内，如是，则判定复位成功。

下面是一个具体的实施例中：

本实施例中的编码器复位装置包括：一个可调电流源，用于为电机供电锁定电机零点，输出电流在0～10A可调；一个5VDC/1A的开关电源，用于为控制电路的供电，一个基于FPGA的控制电路，连接有用于人机交互的按键及发光数码管，发光数码管用于显示编码器通讯的位置信息、清零过程中的提示与清零设备状态等信息，用于与编码器匹配的接口电路；

结合图5所示，本实施例的清零步骤如下：

1、进行编码器清零时，需要将电机的驱动线缆UVW端接至设备的电流源，将编码器连接器与编码器接口电路的连接器相连接，并且打开开关电源与电流源，根据电机的额定电流调整可调电流源的输出电流，使电流源输出的电流达到电机额定电流的60％～70％，使电机定子产生电磁力将转子固定如图3所示的零点位置，从而锁定电机。锁定电机后，启动编码器通讯电路及通讯程序，读出当前的单圈数值检测与编码器间的通讯是否正常，如不能读出数值，则需检查设备、编码器与连接线是否正常，然后程序等待按键指令进入清零程序。当操作按键执行清零指令时，FPGA控制电路对编码器进行清零，并显示清零后的结果。

2、在启动清零过程后，FPGA根据编码器的型号，选择对应型号的清零指令，并根据编码器的时序要求将编码器清零信号通过编码器接口电路发送至编码器，清零结束后检测单圈数值，此时单圈数值应该为[-100,100]范围以内，则判断清零操作成功，假如单圈数值在[-100,100]范围以外或者与清零前显示数值一致则认为清零失败，需要重新进行清零操作。

3、清零完成后可将电流源与开关电源的开关关闭，并将电机的UVW驱动线缆与编码器的连接器取下。如需对下一台永磁同步电机的编码器进行清零与校正，可重复以上1～2的步骤。

4、根据SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)的0电角度定义，如图3。电机的UVW三相线应该U相连接电流源的负端，VW连接电流源的正端，如图4所示。

应该说明的是，上述系统实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于可读取存储介质中。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不移动矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。