旋轉編碼器怎么選擇

文章來源：http://www.9944342.com/  發(fā)布時間：2019/04/17    點擊數(shù)： 　　伺服驅動器被用在自動化技術的多個領域，包括輸送、打印、操控、生產(chǎn)型機器人以及工具型機器人。無論是進行位置控制還是速度控制，我們都應當根據(jù)某項應用對精度的要求為系統(tǒng)選擇合適的旋轉編碼器或編碼技術。
　　編碼器的精度是指編碼器輸出的信號數(shù)據(jù)與被測量物理量的真實數(shù)據(jù)的誤差和準確度。編碼器精度的計算可以分為：絕對式和相對式。

　　絕對式的輸出特點是不需要計數(shù)器，直接輸出數(shù)字。每道光每過一個碼道就生成一個單獨的數(shù)字，碼道越多，分辨率就越高。

　　相對式的輸出就是脈沖，需要通過計數(shù)器的計數(shù)來確定旋轉的角度，它的碼盤比絕對式的簡單且分辨率更高，一般是3條碼道，A、B和ZCOM端(“-”端)互相連接，電源端與“+”端連接A、B(脈沖輸出)接PLC的高速計數(shù)端，連接時要注意PLC輸入的響應時間。有的旋轉編碼器還有一條屏蔽線，使用時要將屏蔽線接地。

　　編碼器精度計算公式：

　　輪周長（mm）÷編碼器的分辨率（P/R）×齒輪比=?mm/P多少毫米發(fā)出一個脈沖

　　P/R：Pulse/Run脈沖數(shù)/圈，每一圈發(fā)出多少個脈沖圓周長=直徑Φ×圓周率3.14

　　一位工程師在選擇某種編碼器之前，應當全面掌握其主要的性能參數(shù)。這些參數(shù)與電機的性能表現(xiàn)緊密相關，包括了：

　　·定位準確性；

　　·速度穩(wěn)定性；

　　·噪聲，越小越好；

　　·能量消耗；

　　·帶寬，決定了驅動器對信號指令的響應。

　　定位準確性

　　定位的準確性完全取決于應用要求。例如，大多數(shù)旋轉變壓器以旋轉一周作為一個信號周期。這樣的話，定位的分辨率相當有限，一般來說精度在±500"（角秒）范圍內。如果驅動電路采用內插法，那么最大的位置分辨率在16384左右。

　　另一方面，許多采用了感應掃描系統(tǒng)的編碼器可以實現(xiàn)很高的分辨率，一般來說每次旋轉可以被分解為32個信號周期，精度約為±280"。這種編碼器都會采用內插法，位置分辨率達到了131072。

　　光學旋轉編碼器基于精確刻度，一般來說每次旋轉可以被分解為2048個信號周期。在采用內插電路的情況下，分辨率相當驚人。它的輸出分辨率可以達到25位，每次旋轉可以被分解為33554432個絕對位置，精度在±20"左右。

　　速度穩(wěn)定性

　　為了使驅動器的性能保持穩(wěn)定，編碼器必需在每次旋轉中及時完成大量的測量步驟。然而，工程師也必須關注編碼信號的質量。為了滿足高分辨率的要求，掃描信號必須采用內插形式。如果掃描不徹底、測量操作不規(guī)范或者信號不充分，那么信號都有可能偏離理想情況。在內插過程中，周期性循環(huán)的時間小于一個信號周期可能導致誤差。因此，這一原因導致的定位誤差也被稱為“內插誤差”。在高質量編碼器中，這種誤差一般在信號周期的1%到2%左右。（如前頁圖1、圖2所示。）

　　內插誤差會對定位的準確性產(chǎn)生消極影響，并且嚴重降低速度穩(wěn)定性，增加驅動器的噪聲。速度控制器根據(jù)誤差曲線計算出用來加速或減緩驅動器的電流。當饋送率較低時，驅動器會增加內插誤差。當速度上升時，內插誤差的頻率同樣會增加。由于誤差對電機產(chǎn)生的影響不會超出控制帶寬，因此它對速度的影響會隨著速度的上升而降低。然而它對電機電流的干擾仍然會增加，從而在控制回路增益較高的情況下帶來驅動器噪聲。

　　如果編碼器的分辨率和精度都很高，那么由于發(fā)熱和能量損耗造成的電機電流抖動現(xiàn)象會減少。圖3對三種掃描技術以及電路狀況進行了對比。
　　帶寬

　　帶寬（與命令響應和控制可靠度有關）受制于電機轉軸和編碼器轉軸之間的耦合剛度，并且由耦合的固有頻率決定。編碼器需要在一段特定的速度范圍內工作，具體范圍一般在55Hz到2000Hz之間。然而，某些應用或者安裝錯誤會引起長期的共振現(xiàn)象，從而降低編碼器的性能甚至引起損壞。固有頻率的變化由定子的耦合設計決定。為了使編碼器達到最佳的性能表現(xiàn)，這一頻率越高越好。

　　這其中的關鍵是要保證編碼器軸承與電機軸承剛好能夠匹配。圖片顯示了這一操作是如何完成的。電機轉軸上的錐形槽必需與編碼器的中心完全對齊。（如圖4所示）
　　這種機械結構產(chǎn)生的保持力矩比采用兩腳定子耦合的標準空心軸編碼器大了將近4倍。這樣的結構會增加編碼器的使用壽命并且?guī)砹己玫墓逃蓄l率/加速性能。此外，這種配置不會對驅動器的帶寬造成任何制約。（如圖5所示）
　　對于編碼器來說，“分辨率”除了與刻線數(shù)有關外，還會因電氣信號方面的影響而改變，它是可調的，可控的，它可以跟著對信號的細分而改變，細分倍數(shù)越高，分辨率越小，但是細分倍數(shù)越高，引入加大的誤差就越大。

　　而精度，更多的偏向于機械方面，一個產(chǎn)品出產(chǎn)出來后，他的精度基本已經(jīng)固定（有些高精度的產(chǎn)品可以對信號進行補償?shù)葋磉M步精度），這個數(shù)值是通過檢測出來的，它與產(chǎn)品的做工，材料等綜合機能息息相關，我們難以通過計算來得出一個詳細的數(shù)值作為精度的依據(jù)，大多只能在使用的過程當中判定出精度的好壞來。

　　為伺服驅動器選擇一款合適的編碼器需要考慮諸多因素。如果定位準確性是我們首先需要考慮的，那么我們也非常有必要知道其他一些參數(shù)，例如速度的穩(wěn)定性、噪聲、能量損耗、帶寬，是否會對應用產(chǎn)生影響。如果我們一開始就做出了正確的選擇，那么將會對電機或驅動器系統(tǒng)最終的性能表現(xiàn)產(chǎn)生積極的影響。