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伺服电机转子反馈的检测相位与转子磁极相位的对齐方式

论坛中总是，这样的有人问题问及伺服电机编码器相位与转子磁极相位零点如何对齐的问题
论，本坛中人也，鉴多有于本，早曾在就想回答人的多个整理回复帖子集较为有所零散回复
中，只一下，今是一，将借十自己直未一长对这能如假之一问愿际题的经验和体会整理汇总
一下，以供大家参考，或者有个全面的了解。

永磁交流伺服电机的编码器相位为何要与转子磁极相位对齐

其唯一d轴q轴励磁目的出力分量就是分量和要达解耦成矢，令量控永磁制的交目标，使
流伺服，从电机而获，即“类定子得最绕组佳的产生出力的电效果磁场始终正交于转子永磁场
直”，这流特种控（FOC），达成FOC控性制方制目法也标的被称外在为磁表现场定向控制
就是永“相”波“相电流”波形始反电磁交形保终与势流伺持一服电致，机的如下图所示：

图图1图图

因此反“相”波“推可相电流”波形始反电形保知，终与势持只要想办法令永磁交流伺服电机的
一FOC致，控制目就可，标，以达使永成磁交流伺服电机的初级电磁场与磁极永磁场正交
即90度波形电角间互度，差如下图所示：

图2

如何想“相”波“相电流”波形始办法反电1形保终与使永势持一磁交致呢流伺？由服电图机的
可知，只要能，然够随后就时检可以测到相对正弦容易型反地根电势据此波形的电角度相位
相位生，因成与此相反电位对势波齐就形一可以致的转化正弦为编型相码器电流相位波形了
与反电势波形相位的对齐关系。
在实际操作中，欧美厂商习惯于采用给电机的绕组通以小于额定电流的直流电流使电机转子
定向的方法来对齐编码器和转子磁极的相位。当电机的绕组通入小于额定电流的直流电流
时，在无外力条件下，初级电磁场与磁极永磁场相互作用，会相互吸引并定位至互差0度
相位的平衡位置上，如下图所示：

图3

对比上面的图3和图2可见，虽然U相绕组（红色）的位置同处于电磁场波形的峰值中心
（特定角度），但FOC控制下，U相中心与永磁体的q轴对齐，而空载定向时，U相中心
却与d轴对齐，也就实现了a轴或α轴与d轴间的对齐关系，此时相位对齐到电角度0度，
电机绕组中施加的转子定向电流的方向为U相入，VW出，由于V相与W相是并联关系，
流经V相和W相的电流有可能出现不平衡，从而影响转子定向的准确性。

实用化的转子定向电流施加方法是U入，V出，即U相与V相串联，可获得幅值完全一致
的U相和V相电流，有利于定向的准确性，此时U相绕组（红色）的位置与d轴差30度
电角度，即a轴或α轴对齐到与d差（负）30度的电角度位置上，如图所示：

图4
上述两种转子定向方法对应的绕组相反电势波形和线反电势，以及电角度的关系如下图所
示，棕色线为a轴或α轴与d轴对齐，即直接对齐到电角度0点，紫色线为a轴或α轴对齐
到与d差（负）30度的电角度位置，即对齐到-30度电角度点：
图5
d、q轴矢量与a、b、c轴或α、β轴之间的角度的关系如下图所示，棕色线d轴与a轴或α
轴对齐，即直接对齐到电角度0点，紫色线为d‘轴与a轴或α轴相差30度，即对齐到-30
度电角度点：

图6

主流的伺服电机位置反馈元件包括增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压
器等。
增量式编码器的相位对齐方式

在此讨论中，增量式编码器的输出信号为方波信号，又可以分为带换相信号的增量式编码器
和普通的增量式编码器，普通的增量式编码器具备两相正交方波脉冲输出信号A和B，以
及零位信号Z；带换相信号的增量式编码器除具备ABZ输出信号外，还具备互差120度的
电子换相信号UVW，UVW各自的每转周期数与电机转子的磁极对数一致。带换相信号的
增量式编码器的UVW电子换相信号的相位与转子磁极相位，或曰电角度相位之间的对齐方
法如下：

1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定电流的直流电，U入，V出，将电机轴定
向至一个平衡位置；
2.用示波器观察编码器的U相信号和Z信号；
3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置；
4.一边调整，一边观察编码器U相信号跳变沿，和Z信号，直到Z信号稳定在高电平上（在
此默认Z信号的常态为低电平），锁定编码器与电机的相对位置关系；
5.来回扭转电机轴，撒手后，若电机轴每次自由回复到平衡位置时，Z信号都能稳定在高电
平上，则对齐有效。

撤掉直流电源后，验证如下：
1.用示波器观察编码器的U相信号和电机的UV线反电势波形；
2.转动电机轴，编码器的U相信号上升沿与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合，
编码器的Z信号也出现在这个过零点上。
上述验证方法，也可以用作对齐方法。

需要注意的是，此时增量式编码器的U相信号的相位零点即与电机UV线反电势的相位零
点对齐，由于电机的U相反电势，与UV线反电势之间相差30度，因而这样对齐后，增量