旋轉編碼器怎么選擇

文章來源：http://www.jiachengshangpin.cn/  發布時間：2019/04/17    點擊數： 　　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，我們都應當根據某項應用對精度的要求為系統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據與被測量物理量的真實數據的誤差和準確度。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器，直接輸出數字。每道光每過一個碼道就生成一個單獨的數字，碼道越多，分辨率就越高。

　　相對式的輸出就是脈沖，需要通過計數器的計數來確定旋轉的角度，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多少毫米發出一個脈沖

　　P/R：Pulse/Run脈沖數/圈，每一圈發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。這些參數與電機的性能表現緊密相關，包括了：

　　·定位準確性；

　　·速度穩定性；

　　·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的編碼器可以實現很高的分辨率，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。

　　速度穩定性

　　為了使驅動器的性能保持穩定，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生消極影響，并且嚴重降低速度穩定性，增加驅動器的噪聲。速度控制器根據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，那么由于發熱和能量損耗造成的電機電流抖動現象會減少。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，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帶來良好的固有頻率/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，細分倍數越高，分辨率越小，但是細分倍數越高，引入加大的誤差就越大。

　　而精度，更多的偏向于機械方面，一個產品出產出來后，他的精度基本已經固定（有些高精度的產品可以對信號進行補償等來進步精度），這個數值是通過檢測出來的，它與產品的做工，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值作為精度的依據，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，例如速度的穩定性、噪聲、能量損耗、帶寬，是否會對應用產生影響。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最終的性能表現產生積極的影響。