北京城市居民职住分离的空间组织特征

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1、北京城市居民职住分离的空间组织特征1引言居住与就业的空间组织是城市空间结构的重要组成要素。从居民职住分离现象入手，可为进一步认识城市内部空间结构演化、揭示城市发展的动力机制以及城市结构的合理组织提供参照。欧美等西方国家城市化进程早于我国很多，对城市结构问题的研究无论在理论和实践层面都领先于我国。如Duncan在1956年发表的论文中就关注到城市土地利用结构之外，收入因素对芝加哥居民职住分离现象的影响1；1968年，Kain2发表了一篇著名的关于就业与居住的“空间不匹配”(Spatial Mismatch Hypothesis，SMH)文章，引发了大量的学术讨论。在2007年Urban Stud

2、ies刊登的一篇有关The Mechanisms ofSpatial Mismatch文章中，Gobillon3引述的相关研究成果就达156篇，由此可见就业与居住的“空间不匹配”在西方为众多领域学者所重视。在对于“空间不匹配”的研究中，社会学家和地理学家的视角有所不同，但城市化过程(包括城市空间结构演进)对就业与居住的“空间不匹配”的影响却是众多学者共同关注的问题4。有学者从交通和居民职住分离现象的联系入手，对城市结构演变和居民职住分离的关系进行研究，如Clark和Burt指出交通成本对居民职住分离现象的影响随城市扩张而加剧5。此外，近年来一些学者更加关注房价、租金、交通等经济因素的对职住关系

3、影响6,7。一些旅居国外的华人学者对西方有关职住分离研究的理论和实践的介绍促进了国内学者对职住关系问题的关注，如丁成日着重从就业中心的集聚对城市发展的影响来说明职住分离现象随城市结构变化的演变，并介绍了国外一些典型城市的实证研究成果8。周江评则介绍了美国学者对空间不匹配问题的相关研究及其对中国的启示，认为国内城市中的大规模拆迁和房地产开发所导致的城市空间格局重新分布，也会引起就业与居住的空间不匹配现象，并可能带来弱势群体的就业障碍问题，需要引起有关学者和政府决策者的注意，并且指出目前国内学者在这个方面的研究还很有限9。相对于国外较多的理论研究，国内有关职住关系的研究更多集中在实践研究层面。如随

4、着中国住房政策的改变，大量研究针对居住区位的变迁和居住区位选择，对城市结构的变迁和社会、经济因素对居住区位的影响作了深刻的揭示10-13。也有一些学者试图从城市发展的实际对我国城市居民职住分离现象进行研究，如柴彦威以兰州为例，对随着城市产业结构的调整及城市土地使用制度的改革等造成职住关系的演进进行了分析，认为职住分离会加剧14。但也有研究认为中国城市居民职住分离并不明显15。周素红等以广州为案例,分别从宏观和微观层面分析了广州市居住就业空间组织模式，并认为历史因素、政府因素、市场因素和社会因素是形成居住就业空间格局的主要力量16,17。还有一些学者对郊区化发展和职住分离的关系进行了研究。冯健等

5、在研究北京城市居民迁居行为时，特别对职住分离的现象也给与关注，认为北京居民职住分离现象十分普遍18；宋金平等的研究则认为，随着住宅郊区化的大规模发展，北京也出现了居住与就业的空间错位问题，造成低收入阶层通勤的时间成本与经济成本增加，导致交通拥挤、社会隔离等社会问题19。孟繁瑜等以北京市不同区域内3个社区实地调研为基础，认为北京市内存在双重的城市空间失配现象城市郊区社区居民的主要工作岗位集中于市区内部和城市市区社区居民的工作岗位郊区化，并指出两种空间失配现象导致了就业人员通勤过程中的高昂通勤成本,并有带高失业率的隐患20。一些学者也关注到开发区的大规模建设所带来的严重的职住分离问题21,22，并

6、从规划的角度提出进行开发区的职住平衡概算22。还有一些学者从交通与出行的角度，通过职住空间关系、上班出行距离、上班出行交通时间等方面的分析，对城市居民的职住分离问题进行了研究23,16。但由于我国城市居民住房市场化运作时间相对较短，国内学者对于城市空间结构中居住结构和就业空间结构的空间错位现象的关注却相对较少12,17。事实上，在多种因素的共同作用下，中国城市居住就业空间格局正在发生深刻的变化，居民职住分离现象日益突出，对城市建设和管理产生了巨大的影响，尤其是在一些大型和特大型城市中，随着城市化的发展，城市空间范围迅速拓展，人口及产业不断外迁，城市空间结构演进非常迅速，对城市研究和城市管理都带

7、来新的挑战。本文选择以北京这一人口规模庞大、社会经济变革迅速的特大城市为实证研究对象，从城市空间结构变迁的角度审视城市居民职住分离的空间组织特征，探讨我国社会经济转型时期城市内部居住结构和就业的空间组织过程。2研究方法与数据获取目前对职住分离问题研究主要采用人口普查数据和经济普查数据18，但这些数据在时间上存在一定的差异，并且数据是以街道为单元汇总，在中观乃至宏观尺度上比较有意义，但是对于更微观层面的解释缺乏足够的支持。本研究主要采用问卷调查为主，结合相关统计资料来进行研究，既可以和其它学者研究成果相互补充，也有利于发挥基于地理信息系统的空间分析技术的优势。2.1问卷设计与调查本次调查是结合对

8、宜居北京问题研究共同开展的，按照人口密度的分布，采用抽样调查方式进行。调查区域范围以城八区为主，包括回龙观、天通苑、通州城区、大兴城区和亦庄经济技术开发区等部分边缘城区的重点地区。问卷针对被调查者的居住现状和工作情况等信息设计若干问题，如调查对象上下班需要的时间及所选择的交通工具，是否搬过家以及搬家原因等。调查问卷中还包括了被调查者的年龄、收入水平、家庭结构、职业状况等问题。其中为了确保居住、工作地的准确性，并能够在地理信息系统中对相关资料进行空间分析，特别请被调查者在问卷的地图中明确标出，在后期加工中将相关数据录入到地理信息系统中。2.2调查基础数据说明本次调查共发放问卷11000份，回收问

9、卷9112份，回收率为83%；其中有效问卷7647份，回收有效率为85%。在所有有效问卷中，有6677份问卷在图中标注了居住地，有6096份问卷标注了工作地，因此，在涉及到空间分析过程时，有效样本数会有所差异，论文中不再单独指出。本次问卷调查数量较大，调查群体包括北京市各阶层的人群，具有很好的代表性，样本的基本情况见表1。3北京居民职住分离的现状特征3.1通勤时间分析3.1.1通勤时间总体较长，通勤时间偏长人群比重较高通勤时间是衡量居民职住分离程度的重要指标之一。通过计算，北京居民平均通勤时间约为38分钟(表2)。据美国2005年人口统计局(Census Bureau)的数据，2005年美国人

10、的日平均通勤时间是25.1分钟，而在2000年，美国人日平均通勤时间为25.5分钟，相比较这一时间略有下将。在2005年，费城地区的通勤时间是全美第一长，为38.3分钟；纽约地区的通勤时间是全美第二长的，为34.2分钟；华盛顿地区派名第三，为33.4分钟。与美国主要城市相比，北京居民的通勤时间较长。在对通勤时间做出有效回答的6677份问卷中，通勤时间少于30分钟的有2344人，占35.1%；通勤时间为3040分钟有1424人，占21.3%；通勤时间为4060分钟轻微存在职住分离现象的人数为1432，占总数的21.4%；通勤时间为6090分钟的职住分离比较严重人数为965，占14.5%；还有部分

11、人群的职住分离问题非常严重，即通勤时间超过90分钟有512人，占7.6%。由此可见，北京市居民中，只有35%左右居民通勤时间在30分钟以内，北京居民的职住分离现象十分突出。3.1.2通勤时间空间差异明显由于北京城市存在同心圆扩散的趋势，北京居民的通勤时间在空间上也存在明显差异。职住分离和居住及就业地的选择都有关系，因此需要分别从居住地和就业地的角度对不同区域的居民的通勤时间进行比较(表3)。从居住地的角度出发，可以发现在区县尺度上空间差异存在以下特点：第一，北京市规划外围的大型居住区如天通苑和回龙观地区的居民通勤时间显著较长，反映出城市人口郊区化加剧了北京市职住分离，这一现象需要在城市规划中加

12、以认真研究。第二，北京内城四个区的居民的通勤时间较平均值略高，主要是由于内城存在突出的交通拥堵情况。第三，在近郊的四个区中，丰台和石景山区的居民通勤时间明显高于海淀和朝阳区，并且也高于平均值，反映出这几个区县在城市功能分区中的差异。第四，通州城区、大兴黄村等卫星城镇的居民通勤时间较平均值稍低，体现了卫星城镇的作用。第五，亦庄作为经济技术开发区，也有大量的居住建设用地，因此，此地居民的通勤时间和平均值非常接近。从就业地角度出发，发现居民的通勤时间在区县尺度上差异明显增加(表3)。第一，北京市规划外围的大型居住区天通苑和回龙观地区的就业人群通勤时间差异显著，这和这两个区域内部情况有关，天通苑几乎就

13、是一个纯粹的居住区，居住人群中拆迁来此较多，就业机会少，因此，在规划大型居住社区时，需要考虑相关就业机会的问题。第二，北京内城四个区的就业人群通勤时间较平均值略低，这些区域就业机会集中，基础设施也很好，但由于近些年的旧城改造，部分居民外迁，客观上增加了通勤时间。第三，在近郊的四个区中，石景山区的就业人群的通勤时间明显高于周边几个县，并且也高于平均值，反映出这石景山区在城市功能分区中的差异。第四，在通州城区、大兴黄村等卫星城镇的就业的人群通勤时间教平均值为低，说明在此地就业人群的职住分离情况较为不明显，这也体现了卫星城镇的作用。第五，亦庄作为经济技术开发区，工作机会较多，也有大量的居住建设用地，

14、在此地就业的人群选择就近居住的可能性较高，因此，在此地就业的人群的通勤时间较平均值低很多。进一步在街道尺度对北京居民的通勤时间在空间上的差异进行分析，分别制作了以居住地和就业地为参考的通勤时间专题地图(图1)。在图1a中，北京居民的通勤时间整体存在由内向外的递增趋势，这和北京的城市结构关系密切。类似同心圆的城市结构和环路为主的道路格局在客观上会加剧“摊大饼”状的城市扩张，在居民的通勤时间上也会体现类似的空间形态。另外，整体上可以看出，内城地区的东、西城的多数街道和朝阳、海淀的城近郊区大部分街道的居民通勤时间低于平均水平的38分钟，也较外围地区为短，但在城市西南部分地区街道居民的通勤时间则高于平

15、均水平，北京城市发展的南北不平衡也在居民的通勤时间上体现出来了。图1b反映的是在不同区域就业的人群的通勤时间的空间差异。由于北京就业机会大量集中在城市中心区域，但这些区域居住成本较高，人口的郊区化在北京已经非常明显18,19，因此，在图1b中，整体上可以看出内城地区大部分街道的就业人群的通勤时间已经高于平均值。随着朝阳和海淀区经济快速发展，就业机会近年增加较快，海淀和朝阳的城近郊区部分的居民通勤时间低于平均水平，更远一些的街道又表现出通勤时间较长，也表现出存在一种环状结构，这也和北京环路为主的交通体系存在一定的关系。3.2居民居住就业的空间匹配分析职住分离根本的原因还是在于城市中居住功能和就业

16、功能的空间上差异造成的。而这种不同功能分区在客观上最主要受到土地租金成本的影响，因此，很多学者研究了城市中土地利用空间结构和居住空间分异，比较有代表性的是所谓的“三大古典模式”8。本研究主要利用问卷调查资料，从微观个体入手研究北京居民的居住就业的空间匹配问题。3.2.1存在明显的居住/就业集聚区在空间聚集分析中，首先通过定义一个“聚集单元”(cluster)的“极限距离或阈值”，然后将其与每一点对的距离进行比较，当某一点与其它点(至少一个)的距离小于该极限距离，该点被计入聚集单元。也可以指定聚集单元的点数目来强化聚集规则。以此类推，可以得到不同层次的热点集聚区。具体的计算过程参看所采用的软件C

17、rimestat的介绍24。利用空间聚集技术，对问卷中就业地进行空间集聚分析，得到北京市就业的一阶(first order)热点区(图2a中一级集聚区)和二阶(second order)热点区(图2a中二级集聚区)。研究图2a，可以发现北京市就业密度高的地区主要集中在东西长安街以北，即“北城”，并且主要是在四环以里，这些区域既有北京重点发展的产业集聚地区，如金融街、中关村地区；也有一些是北京商业中心，如前门东花市地区、甘家口地区等；这些区域成为大量就业人员集聚地区自然不足为奇。图2b中主要反映北京市居住集聚区域，可以看出不管是一级还是二级集聚区，都是北部区域分布较多，并且大多在主要交通干道附近

18、。3.2.2部分区域就业/居住集聚区的空间错位显著将居住集聚区和就业集聚区叠加到一起，得到图。可以看到两种集聚区在空间上存在一定的吻合性,这种吻合说明从城市功能分区角度来说，大部分就业岗位集中的区域附近能够提供居住机会，因此，北京城市功能分区在演化过程中保持了其合理性。但是，在城市中心地区也可以看到金融街和西长安街地区是显著的就业积聚区，并不存在明显的居住集聚现象；另外，也可以发现总体来说居住集聚区较就业集聚区更加向城市外围延伸，尤其是在望京地区等，区域功能以居住为主，职能相对单一，因此居住和就业的集聚区还是存在明显的空间错位。由于城市功能分区是合理城市结构的一个重要内容，所以就业和居住集聚区

19、的错位也不能简单地以好或者是不好来评价。3.3通勤流向分析3.3.1不同区域通勤流向分析就业人群的通勤方向反映了城市结构中功能分区的空间格局，通过对就业人群的通勤方向的分析，可以进一步揭示城市居民职住分离和城市空间结构之间的互动关系，也为在政策层面和城市规划层面考虑职住分离这一问题提供重要的参考作用。在研究北京就业人群的通勤方向时，本文还是利用地理信息系统技术，分别查询出居住在不同区域内样本数和就业样本数，并特别将居住且在本区域就业样本数也计算出来。然后利用公式1和2计算出各个区域的外来通勤比例和外出通勤比例(表4)。外来通勤比例=就业样本-居住且在本区域就业样本就业样本(1)外出通勤比例=居

20、住样本-居住且在本区域就业样本居住样本(2)首先从北京城市总体规划对各区县的定位看，首都功能核心区的东、西城和崇文区的外来通勤比例较高，这些区域是主要的就业引力产生区域，表明首都功能核心区在担负城市就业职能中的重要地位。但宣武区有些特别，其就业吸引力表现较差，其中原因有待进一步探讨。核心区的外出通勤比例较高均超过70%，这和目前北京中心城区人口密度较高有很大关系。在城市功能拓展区中，外来通勤比例明显降低，其中海淀和朝阳外来通勤人口和外出通勤人口比例都比较较低，一方面和这两个区域面积较大、人口较多有关，另一方面也说明这两个区就业机会和居住机会也都比较好，这两个区域在城市职能中体现出综合性的特点。

21、丰台区的外来通勤人口和外出通勤人口比例都较中心城区为低，但也比海淀和朝阳稍高，这和丰台区位有很大的关系，也说明丰台区实际上一个非常重要的城市拓展地区。石景山区较为特殊，从就业情况看，这一区域和城市中心区域的融合非常迅速，这和近几年对石景山地区大规模的城市改造有较大的关系。在外围的城市发展新区中，虽然调查数据不是针对整个区范围，但也可以看出不同区域在城市职能分工中的地位存在显著差异，比如回龙观和天通苑的就业功能太弱，居(a)就业地(b)居住地(c)居住就业集聚区域差异分析住功能太突出，造成外出通勤人口比例非常高。通州新城和黄村的“居住就业”功能虽然相对平衡，但外出通勤人口比例也是比较高的，说明作

22、为卫星城镇的功能是需要进一步强化的。亦庄经济开发区的数据表明，这一区域的“居住就业”功能和其开发区的性质还是非常接近的。根据各个区县通勤流入流出地的关系，可以将各区县分为双向通勤流比较平衡、单向外出通勤流为主、单向外来通勤流为主等三类，其中双向通勤流比较平衡又可以划分为通勤比例较高和通勤比例较低两个子类。通过对表4的分析，可以发现城市功能核心区和功能拓展区基本属于双向通勤比较平衡区域，其中城市功能核心区表现为通勤比例较高，而功能拓展区则表现为通勤比例相对较低，但是在这两个类型功能区中都存在例外的情况。而外围的城市发展新区则由于新区的定位的差异导致单向外出通勤流为主和单向外来通勤流为主的区域都存

23、在。总之，通勤流反映了城市结构的变迁过程，值得进一步深入分析。3.3.2居住就业人口矩阵分析为进一步研究通勤人流的流向，可以构建分区域的“居住就业”人口矩阵，来体现通勤人流的方向和强度(表5)。利用地理信息系统，可以计算出每个就业样本就业所在的区域及其居住所在的区域，然后在Excel中进行数据表的透视分析，可以得到类似表5的“居住就业”人口矩阵。其中，每个单元格表示的是该列所对应的区域的就业人员居住在行所在的区域的人口数。因此，这一矩阵反映的是外来的就业人群的通勤强度和通勤方向。比较表4和表5，表5中可以详细地看出每个区域外来的通勤人口来自哪个区域，比如在东城区的483就业人口样本中，有72人

24、居住在本区，其他多居住在相邻的几个区域，但也可以看到距东城较远的石景山、大兴等区域也有人群来此区域就业，反映出城市核心区的辐射半径是比较大的。而通州新城和大兴黄村地区的辐射半径则明显较小。也可以进一步计算街道尺度的“居住就业”人口矩阵，但是其表格太大，反而难以发现其中的规律。实际上，对于目前单中心城市结构突出的北京市来说，城市通勤人口的“郊区城市”应该是其主要通勤方向，因此可以将街道尺度和区县尺度综合，得到“市区郊区”尺度下的通勤方向和强度示意图(图3)。在图3中，除了将中心城区四个区作为市区，还将海淀等四个近郊区的所有街道列为市区，而将其它名为“乡”或“地区”的行政单元列为郊区。图3的箭头指

25、向表通勤方向，而宽度则代表了通勤人数即通勤强度。在图3中可以明显看到，向心型的通勤流是主体，在靠近中心城区的部分地区，也存在一定规模的外向型通勤流。城近郊区向市区的总的通勤率在41%，是一个比较高的水平，而市区向城近郊区的通勤率则为17%，显示出北京目前市区的就业中心地位无可动摇。当然也可以看到通州新城和大兴黄村以及亦庄开发区等卫星城镇，其向市区的通勤率是比较低的，这些区域在承担分散市区就业功能方面是发挥了良好的作用。北京城市规划中也将近郊区县列为城市功能拓展区，说明北京城市化的步伐正在改变城市的形态和城市的空间结构。4结论职住分离现象在城市化进程中日渐加剧，在城市结构、城市规划、城市社会学等

26、多个领域都对此问题给予越来越多的关注。在本项研究中，主要通过大量的问卷调查资料，对北京市居民的职住分离问题进行实证研究，并且利用地理信息系统技术和空间分析方法的优势，深入分析了北京市居民职住分离的空间组织特征。本研究主要结论如下：(1)大量的实际问卷证明，北京市居民平均单程通勤时间为38.0分钟，单程通勤时间在40分钟以上的人数比重也高达43.7%，这些数据和国内外特大型城市相比也是比较严重的，因此可以说北京已经存在显著的职住分离现象，加强对职住分离问题的研究十分必要。(2)北京市职住分离存在明显的空间差异，职住分离现象和城市结构及城市功能分区存在密切联系。城市发展阶段对职住分离的演化具有重要

27、的影响，北京城市功能分区和城市空间结构的改变可能加剧城市居民的职住分离问题。(3)北京市区存在明显的的就业集聚中心和居住集聚中心，并且由于土地租金和城市规划等因素的影响，就业中心和居住中心存在空间上的错位现象。(4)北京城市居民的通勤流依然以向心流为主，但是已经存在一些逆向通勤流现象，表明北京城市化的扩展，造成城市居民职住分离空间组织特征还在不断演化中。本研究对于大量问卷资料信息的深入挖掘有待加强,另外，虽然研究中注重了地理信图3北京城区郊区通勤方向和强度示意图息系统技术和空间分析方法的应用，但定量分析职住分离和相关因素之间关系依然缺乏需要进一步加强对职住分离内涵的理论研究，探讨职住分离的驱动

28、力，为进一步模拟和预测北京城市居民的职住分离提供可能。摘要：利用地理信息系统和空间分析技术，选择北京市为实证研究对象，在近万份实际调查问卷数据基础上，从城市空间结构变迁的角度审视北京城市居民职住分离的空间组织特征和职住分离的影响因素。研究发现北京城市居民单程通勤时间为38分钟，其中通勤时间超过40分钟的人群比例为43.7%，可见北京市居民职住分离程度比较严重；同时，从居住地和工作地的角度都可以发现北京居民职住分离现象在区县尺度和街道尺度存在着明显的空间差异；总体而言城市中心区域职住分离情况好于郊区，在郊区中重点开发的卫星城镇工作机会较多，在这些区域就业者的职住分离问题并不严重；而一些重点建设的

29、大型居住社区由于功能过于单一，这些区域的居民职住分离问题十分突出。集聚分析表明，北京市存在明显的就业和居住集聚区，并且两者在空间上的错位比较明显；对城市居民的通勤流向的分析表明，向心流还是主体通勤方向，但也存在一定比例的逆向通勤，表明北京城市化过程中居民职住分离的空间组织特征正在逐渐演变。关键词：职住分离；城市空间结构；空间分析；北京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：504 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

30、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

31、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

32、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

33、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

34、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

35、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

36、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

37、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

38、.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

39、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

40、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： 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.

41、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

42、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

43、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。 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

44、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

45、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

46、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SI

47、N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

48、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

49、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。 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

50、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

51、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.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

52、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，也可以存储旋变随机安装在电机轴上后实测的相位，具体方法如下： 1.将旋变随机安装在电机上，即固结旋变转轴与电机轴，以及旋变外壳与电机外壳； 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旋变解析出来的与电角度相关的绝对位置值，并存入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

53、电机电角度的-30度相位。此后，驱动器将任意时刻由旋变解析出来的与电角度相关的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，如果需要更换电机、旋变、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。 注意 1.以上讨论中，所谓对齐到电机电角度的-30度相位的提法，是以UV反电势波形滞后于U相30度的前提为条件。

54、 2.以上讨论中，都以UV相通电，并参考UV线反电势波形为例，有些伺服系统的对齐方式可能会采用UW相通电并参考UW线反电势波形。 3.如果想直接对齐到电机电角度0度相位点，也可以将U相接入低压直流源的正极，将V相和W相并联后接入直流源的负端，此时电机轴的定向角相对于UV相串联通电的方式会偏移30度，以文中给出的相应对齐方法对齐后，原则上将对齐于电机电角度的0度相位，而不再有-30度的偏移量。这样做看似有好处，但是考虑电机绕组的参数不一致性，V相和W相并联后，分别流经V相和W相绕组的电流很可能并不一致，从而会影响电机轴定向角度的准确性。而在UV相通电时，U相和V相绕组为单纯的串联关系，因此流经U相和V相绕组的电流必然是一致的，电机轴定向角度的准确性不会受到绕组定向电流的影响。 4.不排除伺服厂商有意将初始相位错位对齐的可能性，尤其是在可以提供绝对位置数据的反馈系统中，初始相位的错位对齐将很容易被数据的偏置量补偿回来，以此种方式也许可以起到某种保护自己产品线的作用。只是这样一来，用户就更加无从知道伺服电机反馈元件的初始相位到底该对齐到哪儿了。用户自然也不愿意遇到这样的供应商。