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电机错误计算工具

电流传感器

伺服电机通过对流入电机的电流量进行反馈控制的方式确定扭矩量，因此，电流检测部分的误差与扭矩量误差直接相关。由于这个扭矩量误差也会影响机床的加工精度，所以电流检测部分的误差可以说是在伺服电机设计中一个非常重要的参数。“电机 Error 计算工具” 用于简单地计算伺服电机的扭矩误差与电流传感器的关系。如果输入您使用的伺服电机的信息与电流检测相关信息，并选择要比较的本公司电流传感器，则可在置换电流检测部分时评估扭矩精度发生的具体变化。

*注意* 本工具用于以简单的方式比较电流检测部分产生的影响。因此，电机信息或反馈环路十分简洁，视作为理想状态。但毕竟与实际装置的误差量不同，敬请理解。

图 1 逆变器电路框图 图 1 逆变器电路框图

工具的使用方法

该工具可按 2Step 进行比较计算。

* 本工具计算 d轴电流 (id) = 0 时的磁矩。

图 2 电机信息输入画面 图 2 电机信息输入画面

[Step1] 输入电机信息。

(1) 请从 2 相或 3 相中选择电流检测方法

(2) 请输入您使用的磁铁极数。

(3) 请输入反电动势常数。

(4) 请输入相电流相关项目 ( 有效电流与要检测电流的最大值 ) 。

(5) 请按下电机信息注册按钮。

图 3 电流传感器信息输入画面 图 3 电流传感器信息输入画面

[Step2] 输入电流传感器信息

(1) 请选择给电流传感器供电的电源电压 (5V/3.3V) 与输出电压 (5V/3.3V)，(2) 然后按下传感器信息注册按钮。
(3) 会根据电源电压、输出电压与 [Step1] 的 (4) 输入的电流最大值，显示推荐的电流传感器。
(4) 请选择 Sensor1（ AKM 产品品牌 ) ，然后按下注册按钮。
(5) 会显示您选择的 AKM 产品的特性。

 * “未对产品进行探讨，但想要尝试一下本工具” 的人士，请选择 (3) 推荐的电流传感器。
 * 想要更详细地对产品进行探讨的人士，则请通过　产品系列　进行查找。
 * 显示的Typ值为室温下的保证范围 Worst 值相当于考虑到温度特性的 ±3σ 的参考值

(6) 输入 Sensor2 信息 (与 AKM 产品做比较用的传感器信息)。

在选择其他公司产品时，您可以从 “A 公司产品示例 1,2” 及 “b 公司产品示例1,2” 中选择，然后按 (7) 的登录按钮，登陆所选信息。 如果您想直接输入您当前使用种的传感器信息时，请选择 “输入” 选项并按 下 (7) 登录按钮。

 当您选择了 “A 公司产品示例 1,2” 及 “b 公司产品示例 1,2” 时，表格中会显示所选产品的特性信息。 当您选择 “输入” 选项时，表格将是空白的，所以请在黄色栏中输入您在使用中的产品信息。

* 如果再次按下注册按钮，输入内容将被清空。
* 其他公司产品的示例，使用的是有芯电流传感器，无芯电流传感器的通用规格值。

(8) 请按下计算按钮，进行计算。 

确认模拟计算结果

图 4 模拟计算结果 图 4 模拟计算结果

* 本工具假设考虑到电流传感器温度特性的最坏情况。

左图　横轴 : 电气角　纵轴 : q 轴电流　

1. Sensor2（ 其它公司电流传感器 )  iq ( 电流传感器噪声 = 有 )
2. Sensor1（ AKM 电流传感器 )        iq ( 电流传感器噪声 = 有 )
3. Sensor1（ AKM 电流传感器 )        iq ( 电流传感器噪声 = 无 )

右图　横轴 : 电气角　纵轴 : 扭矩误差率

1. Sensor2（ 其它公司电流传感器 )  T 误差率 ( 电流传感器噪声 = 有 )
2. Sensor1（ AKM电流传感器 )         T 误差率 ( 电流传感器噪声 = 有 )
3. Sensor1（ AKM电流传感器 )         T 誤差率 ( 电流传感器噪声 = 无 )

 

1. 为包括其它公司电流传感器灵敏度误差、零电流电压误差、噪声的结果。

2. 为 3. 中包括噪声影响的结果。

3. 为仅包括 AKM 电流传感器灵敏度误差、零电流电压误差时的计算结果。

AKM 电流传感器的噪声较小，因此可看出噪声产生的影响也比较小。另一方面，其它公司电流传感器的噪声较大，误差也会增大。

实施模拟

* 使用此服务之前，请务必阅读使用条款。

扭矩误差与电流传感器之间的关系

电机驱动系统由控制环构成，而控制环则分别由从内侧依次为控制电流的电流控制系统、控制速度的速度控制系统、控制位置的位置控制系统构成。要像汽车那样，仅对速度进行控制时，构建的系统只需到速度控制系统即可；而要像机器人那样，需要移动到目标位置时，构建的系统只需到位置控制系统即可。

电流控制系统位于电机控制系统的最内侧，会对外侧的控制系统产生较大影响，因此进行高速、高精度的设计至关重要。

电流控制系统用于控制相当于加速度的扭矩。扭矩与流入电机的电流量成正比，因此会与施加到电机上的负载成正比对电流量进行调整。

图 5 电机驱动系统构成图 图 5 电机驱动系统构成图

id 与 iq 分别为用于矢量控制的 d轴电流与 q轴电流。

流入各相的电流 iu、iv、iw 分别表达为 :

iu = Iusinθα
iv = Iusin(θα - 2π/3)
iw = Iwsinθα + 2π/3)

由下式表达电流传感器的灵敏度误差与零电流电压误差对扭矩精度 (T) 产生的影响。

T = iu(K+1) + iv + iw + ioff + inoise

Iu, iv, iw : 流入各相的电流，K : 电流传感器的灵敏度误差，ioff : 电流传感器的零电流电压误差，inoise : 电流传感器的噪声

* 本工具计算 d轴电流 (id) = 0 时的磁矩。

从上式可以看出，电流传感器的灵敏度误差、零电流电压误差与噪声均会对电机的扭矩误差产生影响。