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精确测量电机位置,编码器是如何做到的?

文章出处:德伍拓 责任编辑:admin 人气:463 发表时间:2018-01-10 13:42 【   

       一、什么是编码器

编码器是将信 号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和 存储的信号形式的设备。编码器 把角位移或直线位移转换成电信号,前者称为码盘,后者称为码尺。他是工 业中常用的电机定位设备,可以精 确的测试电机的角位移和旋转位置。

 图 1 编码器

二、编码器分类

  按照工 作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式 编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这 个电信号转变成计数脉冲,用脉冲 的个数表示位移的大小。绝对式 编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它 的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测 量的中间过程无关。

  增量式

  增量式编码器通常有3个输出口,分别为A相、B相、Z相输出,A相与B相之间相互延迟1/4周期的脉冲输出,根据延 迟关系可以区别正反转,而且通过取A相、B相的上 升和下降沿可以进行24倍频;Z相为单圈脉冲,即每圈发出一个脉冲。

  增量测 量法的光栅由周期性栅条组成。位置信 息通过计算自某点开始的增量数(测量步距数)获得。由于必 须用绝对参考点确定位置值,因此圆 光栅码盘还有一个参考点轨。

绝对式

  绝对式 编码器就是对应一圈,每个基 准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值,通过外 部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。

  编码器通电时 就可立即得到位置值并随时供后续信号处理电子电路读取。无需移 动轴执行参考点回零操作。绝对位 置信息来自圆光栅码盘,它由一 系列绝对码组成。单独的 增量刻轨信号通过细分生成位置值,同时也 能生成供选用的增量信号。

  单圈编 码器的绝对位置值信息每转一圈重复一次。多圈编 码器也能区分每圈的位置值。

2 绝对式 旋转编码器的圆盘光栅

  它们存着最大的区别:在增量 编码器的情况下,位置是 从零位标记开始计算的脉冲数量确定的,而绝对 型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里,每个位 置的输出代码的读数是唯一的,因此当电源断开时,绝对型 编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通,那么位 置读数仍是当前的、有效的,不像增量编码器那样,必须去寻找零位标记。

  三、编码器工作原理

  由一个 中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电 发射和接收器件读取,获得四 组正弦波信号组合成ABCD,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360),将CD信号反向,叠加在AB两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲 以代表零位参考位。

  由于AB两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别 编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得 编码器的零位参考位。编码器 码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码 盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码 盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于 金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳 定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

分辨率—编码器以每旋转360度提供 多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。

 图 3 重载编码器

四、位置测 量及反馈控制原理

在电梯、机床、材料加工、电动机 反馈系统以及测量和控制设备中,编码器 占领着极其重要的地位。编码器 运用光栅和红外光源通过接收器将光信号转换成TTL(HTL)的电信号,通过对TTL电平频 率和高电平个数的分析,直观地 反映出电机的旋转角度和旋转位置。

由于角 度和位置都可以精确的测量,所以可 以将编码器和变频器组成闭环控制系统,将控制更加精确化,这也是为什么电梯、机床等 能这么精确使用的原因所在。

综上所述,我们了 解到编码器按结构划分为增量式和绝对式两种,他们也 都是将其他信号,比如光信号,转换成 可以分析控制的电信号。而我们 生活中常见的电梯、机床都 刚好是基于电机的精确调节,通过电 信号的反馈闭环控制,编码器配合变 频器也就理所当然的实现了精确控制。

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