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编码器 的精度和分辨率你知道多少

文章出处:德伍拓 责任编辑:admin 人气:11 发表时间:2019-04-22 17:06 【   

众所周知,对于伺 服控制系统都需要配备速度反馈及位置反馈的编码器,我们在选择编码器时,不仅要考虑编码器的类型,还要考虑编码器的接口、分辨率、精度、防护等级等方面,以满足 用户的控制要求。尤其是编码器的分辨 率和精度与运动控制有着密切的联系,今天我 们就跟大家聊聊伺服编码器的分辨率和精度。

编码器分辨率(resolution)

分辨率是指编码器每个计 数单位之间产生的距离,它是编码器可以测 量到的最小的距离。

对于旋转编码器来说,分辨率一般定义为编码器旋转一 圈所测量的单位或者脉冲(,PPR)。而对于直线编码器来说,分辨率 常常被定义为两个量化单位之间产生的距离,通常给 定的单位是微米(μm)或者纳米(nm)

绝对值编码器分辨率 一般被定义为位的形式,因为绝对值编码器输出是基于编码器实际位置的二进制“字”。一位是 一个二进制单位,如16位等于216,或者65536。因此,一个16编码器每圈提供65536个量化单位。

编码器精度(accuracy)

精度用 于衡量正常情况下实际值和设定值之间可重复的平均偏差的量值,对于旋转编码器来说,一般被 定义为角秒或者角分,同时对于直线编码器来说精度一般为微米。

一个很 重要的需要注意的一点是,高的分 辨率并不代表高的精度。例如,两个同样精度的旋转编码器,一个分辨率是3600 PPR, 而另外一个是10000 PPR。低分辨率的编码器(3600 PPR)可以提供 0.1°的测量距离,而高分辨率的编码器可以提 供一个更小的测量距离,但是二 者的精度是相同的,高分辨率编码器仅仅是具有将0.1°缩小到 更小的增量距离的能力。

编码器分辨率 和精度是两个独立的概念,如上图所示,两个编码器具有相同的分辨率(24PPR)但是具有不同的精度。

当我们 讨论精度的时候,一般还 会涉及到另外一个编码器的性能指标—“可重复性”。精度是 指测量值与真实值之间的接近程度,不与标准进行比较,精度就无从谈起。“可重复性”是指在 外部状态不变的情况下,重现相同结果的能力。某些情况下, “可重复性”可能比精度更加重要。这是因为,如果系 统具有可重复性,那么可 以通过补偿取消掉误差。一般来说编码器的可重复性被定义为编码器精度的倍率,常常是510倍的编码器精度值。

下边我 们通过一幅图来感受一下三者的关系:



而我们 通常讨论精度的时候,常常将“精度”和“可重复性”二者合二为一,我们往 往认为精度更倾向于用“真实度”来表示。当我们 讨论精度时往往指的是“可重复性高的高精度”。

影响编码器分辨率的因素

一个编码器的分辨率依赖于其编码器的刻线数(增量编码器)或者编码器码盘模式(绝对值编码器)。一般来说,分辨率是一个固定值,一旦编码器被制造 出来就没办法再增加刻线数或者编码。但是增量编码器可以通 过信号细分来增加分辨率,例如,方波增量编码器(HTL/TTL)输出增量方波信号,通过每 次记录每个增量通道(信号A)的上升沿和下降沿,可以提高两倍的编码器分辨率。这样当 我们记录两个通道(信号AB)的上升沿和下降沿时,我们可以提高四倍的编码器分辨率(4倍频),如下图所示。

对于采用sin/cos信号的编码器,相对于方波信 号,我们可以通过θ来对电 信号进行细分以提供更高的分辨率,如下图所示。

影响编 码器精度的因素

编码器的线数 和测量单位确定以后,精度受 到这些刻线或者测量单位的宽度和间距的影响,不一致 的宽度或者间距会导致脉冲的误差。同时,一些外 部因素同样会影响编码器的精度。旋转编 码器的精度主要取决以下几方面:

1) 径向光栅的方向偏差

2) 刻线码 盘相对轴承的偏心

3) 轴承径向偏差

4) 与联轴 器的连接导致的误差

对于直线编码器来说,由于温 度引起的刻线和安装表面的扩张同样会影响编码器的精度,一致的 宽度和测量间隙是影响增量编码器精度的关键因素。

对于伺服电机编码器来说,分辨率 与精度的关系非常容易让人混淆。精度主要取决于编码器的制造工艺,而分辨 率可以通过细分来提高,但不是 说高的分辨率就代表编码器可以达到高的精度。例如:通过使用sin/cos增量信号,西门子伺服电机编码器可以将 分辨率提高到高达24(分辨率16777216),转换后编码器可以描 述的最小单位为0.07角秒,但是其 物理精度仅仅可以达到±40角秒,分辨率 能提供的精度远大于编码器的实际物理精度。

但是对于使用HTL或者TTL类型的 西门子伺服电机编码器来说,分辨率只能提高4倍。如 1024 SR或者2048 SR类型编码器,可提供 的最高分辨率为 4096 或者 8192,转换后编码器可以描 述的最小单位为 5.27角分或者 2.63角分,但是其 物理精度可以提供达到±1角分, 分辨率 提供的精度小于编码器的实际物理精度。

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