水文地质学课程设计书(共21页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上华北水利水电学院专门水文地质学课程设计课程设计的目的 在学习供水水文地质学有关知识的基础上，通过阅读永交市水文地质图，查明区域水文地质条件，进行地下水资源评价、选择供水水源地及进行开采设计；以达到理论联系实际，培养分析问题和解决实际问题的能力设计提纲及内容要求 一、自然地理条件 1地形：根据图中水文网的发育及所附剖面图上的地形变化分析本区地势特点及汇水条件 2水文：分析水文网的发育情况、水系发育与地形、岩性及构造的关系利用水文站所测资料绘制河流流量历时曲线，根据曲线分析河流流量变化特点。 3气候：绘制该区气象要素曲线：分析降水及蒸发情况 二、区域地质条件 1地层：分析

2、各层的层序、岩性及分布规律 2构造：分析区域构造特点、主要构造类型的展布规律及对地形和水文网的控制作用。 三、区域水文地质条件 1地下水类型及埋藏分布规律：根据地层岩性、结构及钻孔、泉等资料划分地下水类型及含水岩组，并分析各含水岩组的含水性及埋藏分布规律 2地下水补给、径流情况与排泄方式，并分析地表水与地下水的转化关系3地下水化学特征，根据所附资料，总结本区地下水化学性质、水质类型及变化规律。 4地下水动态：分别绘制14号孔，晋柏泉和兰村泉的水位或流量动态曲线，分析各曲线特点及影响动态变化的主要因素。四、地下水资源评价 1地下水水质评价 选择代表性水点分别按生活用水、工业锅炉用水和农田灌溉用水

3、的水质坪准进行评价，确定适宜生活用水、工业用水和农田灌溉用水的含水层（组）及分布范围。2地下水水量评价 根据永交市区域水文地质条件，按所划分的区域选择评价方案。(1)基岩山区地下水补给资料评价根据水文站及泉的资料，计算基岩地区不同类型地下水的径流模数；根据径流模数计算地下水补给量；根据晋柏泉动态，采用相关分析法预测丰、平及枯水年的泉水流量；（2）平原区地下水补给资源评价 建立均衡方程式 根据动态观测资料计算不同地区臃水入渗系数计算平原地区地下求补给量 五、地下水开采设计1选择永交市供水水源地根据区域水文地质条件及地下水资源评价的结果，选择永交市供水水源地(近期需水量为3万立方米日，远期为5万立

4、方米日)。 2农田灌溉开采设计枣阳河冲积平原需进行农田灌溉，耕地面积为2万亩，进行开采设计 (1)计算单井开采量，按6英寸深井泵(按抽水量50立方米时计)，每年5、6、7三个月用水，每天开机16小时计算； (2)根据灌区地下水补给量，计算开采井数； (3)根据灌区面积计算开采井井距及确定布井方案；按开采强度法检验中心区水位降深是否符合要求。 六、结论及建议分析所得结论及评价中存在的问题，指出进一步工作的意见。具体设计内容第一部分 自然地理条件地形由永交市地质图和地质剖面图可以看出，该地区东边高，西边低，东部和南部均为山区，西部和北部基本上是平原等地势较低的地形，呈现出阶地地形。由图还可以看到有

5、一条贯穿永交市北东至南西的断层带。其西面是贯穿南北的黄河，还有南北流向的汾阳河和东西流向的涞阳河分别通过低洼地汇集到黄河。由地形特点可以得出该地区的汇水条件为河流发育于地势较高的山地，向地势低洼的山谷、平原流动；地下水也从地势较高的山地处向低洼的平原流动。水文该地区的水系是由黄河、莱阳河、汾阳河组成的。汾阳河发源于东南部石平峰，涞阳河发源于东北部紫阳山，汾阳河为南北走向，涞阳河为东西走向，它们分别都汇入北部的东湖，再从东湖流入黄河，补给黄河。该地区被这几条河流环绕，在几条河流汇集区域，地表水和地下水资源都十分丰富。永交市的断层构造对地下水的出露形成泉起了重要作用，断层处地势较低洼为汇水区，地下

6、水会顺着断层带向地表涌出，形成泉。资料给出的各水文站所测资料为：根据以上资料绘制河流流量历时曲线：曲线1为汾阳河上站，曲线2为枣阳河站，兰村泉未绘出。根据图中曲线，可以看出7、8、9月份流量较大，枣阳河站春季断流1、2、3、4月份流量为0，7、8、9月份是雨季，所以河流流量较大。汾阳河1、2、3、4、5、6月处于枯水期，7、8、9、10月份流量增大，11、12月份再次进入枯水期。可见河流流量随季节变化较大。气候气象观测资料为：根据资料绘制气象要素曲线：如上曲线图所示，该地区的气候总特点是：全年气温差较大，降水主要集中在夏季，且蒸发量大于降水量，为典型的温带大陆性气候特征。永交地区的气温在5、6

7、、7、8、9月份较高，地下水蒸发量较大，其余月份气温较低，地下水蒸发量较小，降水多集中在59月份， 蒸发量48月份最大，其余时间蒸发量小。该地区蒸发量大于降水量，地下水面降低，该地区缺水严重。在各种气象因素当中，降水量对水文地质的影响十分重要，一个地区水资源的丰富程度主要取决于降水量。第二部分 区域地质条件地层由地质图和剖面图可以看出该地区地层从老到新由太古系、元古系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第四纪组成。岩层由花岗岩向太古界片麻岩、元古界砂岩及大理岩、下奥陶统灰岩夹白云岩、石炭系砂页岩夹有灰岩及煤层到上更新统冲积层，上更新洪积层、全新统冲积层逐层递变，岩层含水性由弱变强，特别是

8、冲积层和湖积层其岩层组成基本上是淤泥、砂层、砂砾层、黄土等含水性比较好的岩层。构造永交市地区主要受到一个大断层的控制，断层的西北盘基本上为第四纪冲积和湖积层。而断层东南盘是一个向斜构造。由于受到风化作用和地表水的侵蚀，此区域地形上复杂多变，地貌丰富。这就是本区域的主要构造特点。断层的形成是伴随着向斜构造的形成一起形成的。在向斜的形成过程中，向斜两侧受到力的作用，当岩层内的应力超过了岩石的受力极限时，岩层则发生断裂，形成这一断层。并且由剖面图分析可知，断层的下盘相对上升，上盘相对下降，在后来的外力作用下，上盘由于低洼，所以主要受到沉积作用，从现在也可看到，上盘覆盖大量的沉积物和第四系的冲积物、湖

9、积物，基岩已完全看不见；下盘则由于相对上升，地势高，主要受侵蚀作用的影响，风化剧烈，形成地形上的凹凸不平。在三叠系后的某段时间地质地质活动比较强烈，可以看出地层形成大概在三叠系后更新统前期的一段时间形成的。断层周围一般会发育大量的裂隙，而裂隙与断层是地下水良好的天然储存场所，其周围的地下水资源十分丰富，其上会发育有泉，河流等。从地质图可以看出两个断层上发育有兰村、晋柏、西冶三个比较大的泉。断层总体使得本区表现为东部、南部高，西部、北部高的特点。由以上分析可知，断层上盘下降，因此，堆积大量第四系沉积物，地形表现为平原、河漫滩、洼地；而断层下盘上升，基岩出露，风化侵蚀强烈，所以地形上表现为山地。断

10、层下盘的基岩出露的山地地区，为河流的发源区；而断层上盘的平原、洼地由于地势低平，成为河流的汇集区，形成湖泊或是支流汇入干流。第三部分 区域水文地质条件 地下水类型及埋藏分布规律由图可以看出该地区的地下水主要为潜水。含水岩层组为砂层、砂砾层、亚黏土及黄土，它们都是含水性比较好的岩层，其分布范围大致为全新统的冲积层、湖积层，上更新统的洪积层、冲积层。又由图可以看出平原相对于周围的地形是低洼的，且周围高地的岩层基本上为隔水性比较好的灰岩、页岩、大理岩、片麻岩、花岗岩。该区域地下水类型还有饱气带水和承压水。饱气带水埋藏于最上层，主要赋存于亚黏土层中；来源于大气降水的入渗、地表水的渗漏，由地下水面通过毛

11、细水上升输送的水分，以及地下水蒸发形成的气态水。承压水位于潜水层以下，主要赋存于砂岩、砂砾岩层、黏土层；该地区承压水含量相对较少。地下水补给、径流与排泄，地表水与地下水的转化关系地下水的补给来源有大气降水、地表水、凝结水，来自其他含水层或含水系统的水等。而在本区地下水的补给主要为周围高地的地下水补给、地表水补给（湖，河）及少量的降水补给。地表径流：主要是来不及发生入渗的降水及河流水有地势高处向地势地处的流动。地下水径流：由于各地区地势、渗透性、降水量不同而引起的地下水的渗流或越流。本区地下水的径流方式主要是在岩溶区表现为沿着大通道快速流动，而到了平原区则作渗流流动。地下水的排泄是指含水层或含水

12、系统失去水量的过程。在排泄过程中，含水曾于含水系统的水质也发生变化。研究含水层（含水系统）的排泄包括排泄去路、排泄条件、与排泄量等。地下水通过泉、向河流泄流及蒸发、蒸腾等方式向外界排泄。此外，还存在一个含水层向另一个含水层的排泄以及人工排泄。而在本区，地下水的排泄方式主要是以泉、蒸发和蒸腾方式进行排泄。大气降水一部入渗地下，另一部分以地表水径流方式流入河流，河流中的水继续为补给地下水服务，同时，大气凝结水也进入地层，地下水在流动过程中，地表大量蒸发、植物吸收以蒸腾形式返回大气，最终以降水形式返回地面，另一方面，地下水在排泄区以各种形式排泄掉转化为地表水，在这个大气水-地表水-地下水的循环转化过

13、程中交换着水量、能量、热量，保持着水的动态平衡。地下水的化学特征由表四及表五所给的水质分析成果表可以看出，该地区除东湖及其附近地区（全新统湖积层）外。地下水的矿化度小于1.5g/L，对照舒卡列夫分类图表可以看出该地区基本上为沉积岩地区典型的溶滤水。水中矿化度的大小基本与分水岭及河流的距离远近相关。离河流越远、分水岭越远矿化度就越高，反之就越低。该地地下水中主要的阳离子为：Na、Ca 、Mg。主要的阴离子为：氯离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子。PH 值为.左右，水呈弱碱性，总硬度较高，所含气体少，耗氧量低，无H2S、Pb2+等有害成份。晋柏泉及西冶泉在整个地区来说总硬度比较高，5号孔潜水碱性较大。

14、5号孔潜水及湖水矿化度均较高。地下水动态14号孔、晋柏泉、兰村泉的水位或流量、降水量图如下：14号孔：月份/内容1月份2月份3月份4月份5月份6月份水位平均/月4.00mm4.12mm4.20mm4.23mm4.21mm4.18mm降水总量/月4.8mm12.0mm20.4mm23.2mm9.9mm58.2mm月份/内容7月份8月份9月份10月份11月份12月份水位平均/月3.92mm3.63mm3.165mm3.17mm3.29mm3.72mm降水总量/月130.0mm167.0mm114.0mm13.9mm23.2mm1年号孔地下水动态及降水观测表晋柏泉：年度/项目平均流量（立方米/秒）降

15、水量（米）19620.18450.519630.19610.65719640.18980.52719650.18110.38419660.18970.57019670.18840.54819680.18510.46919690.18910.54219700.17990.47019710.17840.45519720.15830.23519730.19120.73619740.17620.36819750.16470.47719760.17530.50919770.568晋柏泉与兰村泉流量图晋柏泉降水量图 由以上三个表的曲线可以看出14号井的水位也基本上不随降水量的改变而改变。晋柏泉的流量基本上

16、保持常年不变，并不随降水量的变化而变化。兰村泉的流量就明显的随降雨量的改变而发生波动。第四部分 地下水资源评价地下水水质评价地下水水质标准评价是选择代表性水点分别按生活用水、工业锅炉用水和农田灌溉用水的水质标准进行评价，确定适宜生活用水、工业用水和农田用水的含水层（组）级分布范围。对于生活用水除了气味、口味、浊度、颜色以外，还要考虑其到用水地区的距离，水的矿化度、细菌、酸碱性与及各种离子。而对于工业用水，其主要考虑水中的Ca、Mg离子即总硬度。因为硬度过高会造成工业生产中烧锅炉时燃料的浪费，甚至会造成爆炸危险。对于农业用水，主要要求水源比较大与及考虑它的酸碱性。本地区水质分析成果表如下：生活饮

17、用水水质标准编号项 目标 准感官性状指标：1色色度不超过15度，并不得呈现其他异色2浑浊度不超过5度3嗅和味不得有异臭异味4肉眼可见物不得含有化学指标5pH值6.58.56总硬度（以CaO计）不超过250毫克/升7铁不超过0.3毫克/升8锰不超过0.1毫克/升9铜不超过1.0毫克/升10锌不超过1.0毫克/升11挥发酚类不超过0.002毫克/升12阴离子合成洗涤剂不超过0.3毫克/升病理学指标13氟化物不超过1.0毫克/升，适宜浓度0.51.0毫克/升14氰化物不超过0.05毫克/升15砷不超过0.04毫克/升16硒不超过0.01毫克/升17汞不超过0.001毫克/升18镉不超过0.01毫克/

18、升19铬（6价）不超过0.05毫克/升20铅不超过0.1毫克/升细菌学指标21细菌总数1毫克水中不超过100个22大肠杆菌1升水中不超过3个23游离性余氯在接触30分钟后，应不低于0.3毫克/升根据以上标准，可知水质符合生活用水标准。工业用水 农业用水PH6-96-9溶解氧=3=2锌=2.0=2.0砷=0.1=0.1大肠杆菌=20000个/ml=40000个/ml硫化物=0.1=0.1氨氮=1.5=2.0有上表分析得，水质同样符合工业和农业标准。地下水水量评价基岩山区地下水补给资料评价分析所给资料的数据，汾阳河上站平均流量Q1=0.089m/s，涞阳河上站平均流量Q2=0.028 m/s，兰村

19、泉平均流量Q3=0.449 m/s，汾阳河西支平均流量Q4=0.021 m/s。F1=152, F2=10.8km2汾阳河上站径流模数；M1=Q1/F11000=5.93(L/s2) 枣阳河径流模数：M2=Q2/F11000=1.87(L/s2)汾阳河西站径流模数：M4=Q4/F21000=1.94（L/s2）年地下水补给量：Q=M1F1T10-3+ M2F1T10-3+ M4F2T10-3+ Q3T=1.855107m3 （T=1年）将晋柏泉年降水量大于550毫米作为丰水年，年降水量小于400毫米的年分作为枯水年；其余年份作为平水年，其平均流量分别为Qa、Qb、Qc由统计数字有：Qa=.18

20、99 （立方米/秒） Qb=0.1719 （立方米/秒） Qc=0.1816（立方米/秒）据此可推测：枯水年流量0.17000.1750立方米/秒之间； 丰水年流量0.1900立方米/秒左右； 平水年流量0.18000.1850立方米/秒。平原区地下水补给资源评价均衡方程式：W=W山补 -W排 -Qd泉 W地径 -U蒸 +W降水 +X地 降水入渗系数：A=VH/X 其中：X 为全年降水量 V为 给水度 H 为水位上升值 将个孔位的给水度和水位上升值代入公式，计算各孔入渗系数得：A5=0.179 A6=0.264 A8=0.251 A9=0.267 A13=0.113平原地区地下水补给量：Q=A

21、 XX全年降水量，根据数据可知全年平均降水量X=499mm所以各孔地下水补给量分别为：Q5=88.92mm Q6=130.24mm Q8=121.76mm Q9=134.23mm Q13=55.39mm （以mm计）第五部分 地下水开采设计不做要求，故未作设计第六部分 结论和建议A5=0.179 A6=0.264 A8=0.251 A9=0.267 A13=0.113平原地区地下水补给量：Q=A XX全年降水量，根据数据可知全年平均降水量X=499mm所以各孔地下水补给量分别为：Q5=88.92mm Q6=130.24mm Q8=121.76mm Q9=134.23mm Q13=55.39mm

22、 （以mm计）第五部分 地下水开采设计不做要求，故未作设计第六部分 结论和建议早在布置水文地质学课程设计的内容与要求的时候,指导老师就提出课程设计是培养我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。通过这次课程设计，发现了自己的很多不足，自己的知识漏洞还有很多。虽然对于课本的理论知识有所掌握,但实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。而此次的课程设计,正好在一定程度上弥补了在过去的两年半的大学学习中专业知识的漏洞与不足。例如在做课程设计以前就已系统学习过地球科学概论，矿物岩石学，构造地质学，第四纪地貌和地质，

23、水文地质学基础等许多相关的专业课知识，课程设计不但使课内所学得到巩固，还使自身实践工作能力得到了进一步提高。此外，虽然已经学习勘察技术与工程这个专业两年半多了,一直对本专业的学习兴趣不高。通过此课程设计以及之前已完成的巢湖地区野外实习,兴趣有所提高。最后,感谢赵川老师对于我们课程设计的知道,就是建议老师对于课程设计的基本方法再讲详细一些。我相信,基于老师的悉心指导,此次课程设计对于我以后的学习与工作都有十分重要的积极作用。而我也将以积极的热情去努力学习以后的专业知识!专心-专注-专业永磁交流伺服电机位置反馈传感器检测相位与电机磁极相位的对齐方式2008-11-07来源：internet浏览：5

24、04 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。为支持永磁交流伺服驱动的矢量控制，这些位置反馈元件就必须能够为伺服驱动器提供永磁交流伺服电机的永磁体磁极相位，或曰电机电角度信息，为此当位置反馈元件与电机完成定位安装时，就有必要调整好位置反馈元件的角度检测相位与电机电角度相位之间的相互关系，这种调整可以称作电角度相位初始化，也可以称作编码器零位调整或对齐。下面列出了采用增量式编码器，绝对式编码器，正余弦编码器，旋转变压器等位置反馈元件的永磁交流伺服电机的传感器检测相位与电机电角度相位的对齐方式。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

25、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

26、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

27、而这样对齐后，增量式编码器的U相信号的相位零点与电机U相反电势的-30度相位点对齐，而电机电角度相位与U相反电势波形的相位一致，所以此时增量式编码器的U相信号的相位零点与电机电角度相位的-30度点对齐。 有些伺服企业习惯于将编码器的U相信号零点与电机电角度的零点直接对齐，为达到此目的，可以： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器的U

28、相信号上升沿和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使上升沿和过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通增量式编码器不具备UVW相位信息，而Z信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直接的相位对齐潜力，因而不作为本讨论的话题。 绝对式编码器的相位对齐方式 绝对式编码器的相位对齐对于单圈和多圈而言，差别不大，其实都是在一圈内对齐编码器的检测相位与电机电角度的相位。早期的绝对式编码器会以单独的引脚给出单圈相位的最高位的电平，利用此电平的0和1的翻转，也可以实现编码器和电机的相位对齐，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

29、向至一个平衡位置； 2.用示波器观察绝对编码器的最高计数位电平信号； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察最高计数位信号的跳变沿，直到跳变沿准确出现在电机轴的定向平衡位置处，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，跳变沿都能准确复现，则对齐有效。 这类绝对式编码器目前已经被采用EnDAT，BiSS，Hyperface等串行协议，以及日系专用串行协议的新型绝对式编码器广泛取代，因而最高位信号就不符存在了，此时对齐编码器和电机相位的方法也有所变化，其中一种非常实用的方法是利用编码器内部的EEPROM，存储编码器随机安

30、装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将编码器随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 2.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； 3.用伺服驱动器读取绝对编码器的单圈位置值，并存入编码器内部记录电机电角度初始相位的EEPROM中； 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的编码器内部EEPROM中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻的单圈位置检测数据与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的

31、电机电角度相位。这种对齐方式需要编码器和伺服驱动器的支持和配合方能实现，日系伺服的编码器相位之所以不便于最终用户直接调整的根本原因就在于不肯向用户提供这种对齐方式的功能界面和操作方法。这种对齐方法的一大好处是，只需向电机绕组提供确定相序和方向的转子定向电流，无需调整编码器和电机轴之间的角度关系，因而编码器可以以任意初始角度直接安装在电机上，且无需精细，甚至简单的调整过程，操作简单，工艺性好。 如果绝对式编码器既没有可供使用的EEPROM，又没有可供检测的最高计数位引脚，则对齐方法会相对复杂。如果驱动器支持单圈绝对位置信息的读出和显示，则可以考虑： 1.用一个直流电源给电机的UV绕组通以小于额定

32、电流的直流电，U入，V出，将电机轴定向至一个平衡位置； 2.利用伺服驱动器读取并显示绝对编码器的单圈位置值； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的单圈绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的单圈绝对位置点，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，上述折算位置点都能准确复现，则对齐有效。 如果用户连绝对值信息都无法获得，那么就只能借助原厂的专用工装，一边检测绝对位置检测值，一边检测电机电角度相位，利用工装，调整编码器和电机的相对角位置关系，将编码器相位与电机电角度相位相互对齐，然

33、后再锁定。这样一来，用户就更加无从自行解决编码器的相位对齐问题了。 个人推荐采用在EEPROM中存储初始安装位置的方法，简单，实用，适应性好，便于向用户开放，以便用户自行安装编码器，并完成电机电角度的相位整定。 正余弦编码器的相位对齐方式 普通的正余弦编码器具备一对正交的sin，cos 1Vp-p信号，相当于方波信号的增量式编码器的AB正交信号，每圈会重复许许多多个信号周期，比如2048等；以及一个窄幅的对称三角波Index信号，相当于增量式编码器的Z信号，一圈一般出现一个；这种正余弦编码器实质上也是一种增量式编码器。另一种正余弦编码器除了具备上述正交的sin、cos信号外，还具备一对一圈只出

34、现一个信号周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C、D信号，如果以C信号为sin，则D信号为cos，通过sin、cos信号的高倍率细分技术，不仅可以使正余弦编码器获得比原始信号周期更为细密的名义检测分辨率，比如2048线的正余弦编码器经2048细分后，就可以达到每转400多万线的名义检测分辨率，当前很多欧美伺服厂家都提供这类高分辨率的伺服系统，而国内厂家尚不多见；此外带C、D信号的正余弦编码器的C、D信号经过细分后，还可以提供较高的每转绝对位置信息，比如每转2048个绝对位置，因此带C、D信号的正余弦编码器可以视作一种模拟式的单圈绝对编码器。 采用这种编码器的伺服电机的初始电角度相位对齐方式如下：

35、 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.用示波器观察正余弦编码器的C信号波形； 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C信号波形，直到由低到高的过零点准确出现在电机轴的定向平衡位置处，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，过零点都能准确复现，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C相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 这种验证方

36、法，也可以用作对齐方法。 此时C信号的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.调整编码器转轴与电机轴的相对位置； 4.一边调整，一边观察编码器的C相信号由低到高的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐。 由于普通正余弦编码器不具备一圈之内的相位信息，而Index信号也只能反映一圈内的一个点位，不具备直

37、接的相位对齐潜力，因而在此也不作为讨论的话题。 如果可接入正余弦编码器的伺服驱动器能够为用户提供从C、D中获取的单圈绝对位置信息，则可以考虑： 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.利用伺服驱动器读取并显示从C、D信号中获取的单圈绝对位置信息； 3.调整旋变轴与电机轴的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，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，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。

38、 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果： 1.用示波器观察正余弦编码器的C相信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证编码器的C相信号由低到高的过零点与电机的UV线反电势波形由低到高的过零点重合。 如果利用驱动器内部的EEPROM等非易失性存储器，也可以存储正余弦编码器随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将正余弦随机安装在电机上，即固结编码器转轴与电机轴，以及编码器外壳与电机外壳； 2.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； 3.用伺服驱动器读取由C、D信号解析出来的单圈绝对位置值，并存入

39、驱动器内部记录电机电角度初始安装相位的EEPROM等非易失性存储器中； 4.对齐过程结束。 由于此时电机轴已定向于电角度相位的-30度方向，因此存入的驱动器内部EEPROM等非易失性存储器中的位置检测值就对应电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由编码器解析出来的与电角度相关的单圈绝对位置值与这个存储值做差，并根据电机极对数进行必要的换算，再加上-30度，就可以得到该时刻的电机电角度相位。 这种对齐方式需要伺服驱动器的在国内和操作上予以支持和配合方能实现，而且由于记录电机电角度初始相位的EEPROM等非易失性存储器位于伺服驱动器中，因此一旦对齐后，电机就和驱动器事实上绑定了，如果需要

40、更换电机、正余弦编码器、或者驱动器，都需要重新进行初始安装相位的对齐操作，并重新绑定电机和驱动器的配套关系。 旋转变压器的相位对齐方式 旋转变压器简称旋变，是由经过特殊电磁设计的高性能硅钢叠片和漆包线构成的，相比于采用光电技术的编码器而言，具有耐热，耐振。耐冲击，耐油污，甚至耐腐蚀等恶劣工作环境的适应能力，因而为武器系统等工况恶劣的应用广泛采用，一对极（单速）的旋变可以视作一种单圈绝对式反馈系统，应用也最为广泛，因而在此仅以单速旋变为讨论对象，多速旋变与伺服电机配套，个人认为其极对数最好采用电机极对数的约数，一便于电机度的对应和极对数分解。 旋变的信号引线一般为6根，分为3组，分别对应一个激励

41、线圈，和2个正交的感应线圈，激励线圈接受输入的正弦型激励信号，感应线圈依据旋变转定子的相互角位置关系，感应出来具有SIN和COS包络的检测信号。旋变SIN和COS输出信号是根据转定子之间的角度对激励正弦信号的调制结果，如果激励信号是sint，转定子之间的角度为，则SIN信号为sintsin，则COS信号为sintcos，根据SIN，COS信号和原始的激励信号，通过必要的检测电路，就可以获得较高分辨率的位置检测结果，目前商用旋变系统的检测分辨率可以达到每圈2的12次方，即4096，而科学研究和航空航天系统甚至可以达到2的20次方以上，不过体积和成本也都非常可观。 商用旋变与伺服电机电角度相位的对

42、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； 2.然后用示波器观察旋变的SIN线圈的信号引线输出； 3.依据操作的方便程度，调整电机轴上的旋变转子与电机轴的相对位置，或者旋变定子与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变SIN信号的包络，一直调整到信号包络的幅值完全归零，锁定旋变； 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，信号包络的幅值过零点都能准确复现，则对齐有效 。 撤掉直流电源，进行对齐验证： 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形； 2.转动电机轴，验证旋变的SIN信号包络过零点与电机的UV线反电

43、势波形由低到高的过零点重合。 这个验证方法，也可以用作对齐方法。 此时SIN信号包络的过零点与电机电角度相位的-30度点对齐。如果想直接和电机电角度的0度点对齐，可以考虑： 1.用3个阻值相等的电阻接成星型，然后将星型连接的3个电阻分别接入电机的UVW三相绕组引线； 2.以示波器观察电机U相输入与星型电阻的中点，就可以近似得到电机的U相反电势波形； 3.依据操作的方便程度，调整编码器转轴与电机轴的相对位置，或者编码器外壳与电机外壳的相对位置； 4.一边调整，一边观察旋变的SIN信号包络的过零点和电机U相反电势波形由低到高的过零点，最终使这2个过零点重合，锁定编码器与电机的相对位置关系，完成对齐

44、。 需要指出的是，在上述操作中需有效区分旋变的SIN包络信号中的正半周和负半周。由于SIN信号是以转定子之间的角度为的sin值对激励信号的调制结果，因而与sin的正半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号同相，而与sin的负半周对应的SIN信号包络中，被调制的激励信号与原始激励信号反相，据此可以区别和判断旋变输出的SIN包络信号波形中的正半周和负半周。对齐时，需要取sin由负半周向正半周过渡点对应的SIN包络信号的过零点，如果取反了，或者未加准确判断的话，对齐后的电角度有可能错位180度，从而造成速度外环进入正反馈。如果可接入旋变的伺服驱动器能够为用户提供从旋变信号中获取的与

45、电机电角度相关的绝对位置信息，则可以考虑： 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.利用伺服驱动器读取并显示从旋变信号中获取的与电机电角度相关的绝对位置信息； 3.依据操作的方便程度，调整旋变轴与电机轴的相对位置，或者旋变外壳与电机外壳的相对位置； 4.经过上述调整，使显示的绝对位置值充分接近根据电机的极对数折算出来的电机-30度电角度所应对应的绝对位置点，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，上述折算绝对位置点都能准确复现，则对齐有效。 此后可以在撤掉直流电源后，得到与前面基本相同的对齐验证效果： 1.用示波器观察旋变的SIN信号和电机的UV线反电势波形； 2.