雷尼绍圆光栅差分ABZ测量问题

引言

最近在调试FOC控制，位置反馈采用的是雷尼绍的圆光栅，电机为中电21所定制的PMSM永磁同步电机，控制器采用的是M新动力的DSP28335加上2136-U3-DRV-H。过程中遇到了不少的问题，也是花了一段时间才解决，原本预计最慢一周的工作，硬生生推迟到了三周才解决。

一 设备

1.1 雷尼绍圆光栅

首先是雷尼绍的圆光栅花了我很长一段时间和精力，我们光栅的型号是RSM20USB115，读数头T2001-30A，细分盒TI20KDA20A，由于当时选型的时候比较急，换算成23bit左右的没有现货，最后订购了10000细分的细分盒，这里也为后面的埋下了伏笔。
简单介绍一下雷尼绍圆光栅的构成分为光栅本体，读数头和细分盒三部分，
**光栅本体：**不锈钢圆环，上面直接刻有20μm或40μm栅距的刻线，这个肉眼看不到，还有一个可以看到的黑色参考零位；
**读数头：**将传感器的光学信号转换成数字量或者模拟量，具体的型号，雷尼绍现在有三种读数头我们这里选择的是TONIC系列的读数头；
**细分盒：**细分盒在光栅的基础上将18000的刻度线的最小刻度再进行细分，我们选择的是10000倍细分，理论上旋转一周会产生，18000*10000=180000000个脉冲，可以精确到1nm。这个细分的计算和雷尼绍的技术确认了一下，后面也是留有疑问。

1.2 永磁同步电机

这个没什么好说的，60对极，定子电阻2.2Ω，定子电感11mH。

1.3 M新动力驱动控制器

驱动器是2136-U3-DRV-H,控制器是配套的DSP28335。

二 问题

2.1 关于圆光栅

上面提到我的圆光栅的物理刻线为18000线，然后采用的是10000的细分盒，理论上一周是18000*10000个细分，在使用时首先遇到了第一个问题：

2.1.1 电机静止时存在位置抖动问题

在将上述圆光栅按照说明安装好后，旋转一周安装指示灯为绿色，但此时通过DSP的编码器的脉冲计数寄存器发现在静止时，计数器仍然有位置值输出，且是无规律的，用另一个驱动器通过无感的方法将电机驱动此时通过示波器测量到的脉冲为相位相差90度的方波。在多次检查硬件电路后，确认原始输出的差分信号与转化后的单端信号认为解决问题，再将线缆改为双绞屏蔽线后，仍然存在该问题。
**解决方法：**后来在和技术工程师多次交流复盘后，由于我们的电机为定制PMSM电机，只有电机本体，不包含刹车，而我们的位置反馈精度很高，18000*10000接近2的27bit，我们肉眼看到的是静止，但在最小1nm的触发阈值下，微小位移带来的抖动是巨大的。推荐的解决方法有两种，一是为电机设计一个刹车使其绝对静止，而是降低细分盒的精度。由于电机工装修改周期较长，决定采用第二种方法，降低细分盒的分辨率。选了40倍和200倍的细分盒，更换之后完美解决了之前的问题。

2.1.2 脉冲数计算问题

在解决上述问题之后，调试利用位置值做开环运行，仍然无法驱动电机，排除硬件问题后查看编码器计数器的值，我的编码器寄存器采集为4倍频，实际值应该为理论计算值的四倍，发现计数器的值并未倍频，在查看各个寄存器设置后，更换了200倍细分盒，仍然为未倍频，再次检查寄存器设置后，使用逻辑分析仪抓取脉冲，进行计数，发现在采用40倍细分盒式时实际输出的脉冲数并不是理论计算的18000*40而是180000，也不清楚是细分盒还是圆光栅的问题。