步进电机与伺服电机的对比，精准获取零位相位补偿技艺

导语：本文旨在探讨电机零位与绝对式编码器零位的相位补偿方法，以确保工业自动化系统中的伺服控制性能。文章将详细介绍正确获得和验证相位补偿值的关键步骤，以及如何确保数据准确写入EEPROM中。实验结果显示，该方法操作简便、实用且稳定。

引言：随着工业4.0时代的到来，国家正在重点提升制造业并发展高端智能装备。伺服控制系统作为直接执行者，在自动化和高端智能装备中扮演重要角色。永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motors，PMSM）因其高效率、高气隙磁密度、高功率因素、结构紧凑简单以及线性响应等优点，在数控机床、机器人、载人飞船和变频空调等领域得到了广泛应用。在伺服驱动控制系统中，正确获取伺服电机零位和编码器零位之间的相互关系至关重要，因为错误的相位关系可能导致PMSM启动失败，并导致转子出现反转或抖动等问题。

为了解决这一问题，本文将介绍各种编码器不同类型的相互位置校准方法，这些方法主要依赖于手动校准，并提供基本步骤：

给任意两相通入直流电，使转子锁定在固定位置。

人工调整编码器与转子的位置，同时通过调试工具观察编码器反馈数据，当发现零位标志时，将编码器固定在转子上完成校准。

这种人工找寻和校准过程既耗时又影响了校正精度，因此出现了针对不同编码器设计的专用调节装置，如王新社等人的带有UVW霍尔信号增量式编码器专用的服务驱动程序，以及张静波等人的支持增量式和绝对式编码器调节仪。但是，这些装置在校正前没有验证信号是否正确，也没有验证结果，因此仍需改进。

工作原理：交流电机三相绕组可以使用综合电流矢量表示，其中综合电流矢量与a 相瞬时电流之间夹角即为所谓“角度”，当该角度为0°时，即为“零”状态。当交流伺服电子设备进行矢量控制时，只有获得真实角度才能实现最佳出力效果。

现有的调节装置虽然提高了生产效率，但缺乏关于信号检查及最终结果验证的问题。本文提出的方法首先安装绝对式编码器，然后通过特定的装置计算出绝对式编程中的“零”状态与实际旋钮状态之间差异并记录下来。这一差异称为“补偿角”。然后，将此补偿角保存至EEPROM内存以便后续初始化阶段读取。此方式可避免传统的人工调整过程，从而提高安装效率。

为了保证整个过程的一致性，我们需要考虑四个方面：

确保单圈绝对式编程至少需要一个周期才能输出最高分辨率数值。

对于分体式绝对尺寸计，要先检验反馈数据是否正常。

计算完毕后要进行试运行以确认其有效性。

写入EEPROM后，还需回读以确认写入无误。

图表展示了该方法的大致框架：

图2 控制系统框图

图3 补偿操作大纲

图4 单开关触发方式流程图

图5 PC软件触发方式流程图

图6 实验平台布局示意

图7 PC软件界面截屏

实验平台搭建如图6所示，包括单一开关触发方式（如图4）及其PC软件触发方式（如图5）。单一开关触发模式下的实验结果显示a/b/c三次最大当前满足矢量控制要求，而PC软件触发模式下的测试则进一步证实了所有三个参数均符合预期条件，从而证明该技术有效稳定。