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

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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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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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（SKS360 HIPERFACE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。

控制方式和电机选择：

参数号	参数名称	设定值
1-00	控制方式	[1] 闭环转速控制或 [2] 转矩控制（带转速反馈）
1-01	电机控制原理	[3] 磁通矢量带反馈
1-02	电机磁通矢量控制反馈源	[2] MCB102
1-10	电动机选择	[1] 隐极永磁同步电机

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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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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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；L_dU-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：

参数号	参数名称	设定值
1-24	电机额定电流	2.30 A
1-25	电机额定转速	2000 rpm
1-26	电机额定转矩	5.20 Nm
1-30	定子电阻	4.3 Ω
1-37	d轴电感	24.94 mH
1-39	电机极数	8 极

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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参数号	参数名称	设定值
17-10	增量信号类型	[2] 正弦1Vpp
17-11	增量脉冲分辨率	128 ppr
17-20	绝对协议选择	[1] HIPERFACE
17-21	绝对编码器分辨率	4096 ppr
17-34	HIPERFACE波特率	[4] 9600

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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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：

参数号	参数名称	设定值
32-50	从机反馈来源	[3] 电机控制反馈来源（MCB102）
32-01	编码器分辨率	1024 ppr 现在电机每转一圈，当前位置就会增加4096

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。

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