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精确测量电机位置,编码器是如何做到的?

时间:2017-08-24 作者: 来源:上海金陵



工控自动化:精确测量电机位置,编码器是如何做到的?

 

 

导读

电梯如何精确把人们送到指定楼层?

机床如何做到精确切割物料的?

伺服电机如何保证旋转位置精度的?

这一切都归功于编码器。

编码器是什么?

它又是如何精确测量电机位置的?

咱们今天就来聊一聊编码器吧。

 

NO.1  什么是编码器?

编码器

 

将信号或数据进行编制、转换成可用以通讯、传输、存储的信号形式的设备。把角位移或者直线位移转换成电信号,前者称码盘,后者称码尺。其是工业里常用的电机定位的设备,可以精确测试电机角位移、旋转位置。

 

NO.2 编码器的分类

绝对式旋转编码器的圆盘光栅

  按工作原理可分增量式、绝对式。增量式编码器是将位移转换为周期性电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,以脉冲个数表示位移大小。每一个位置对应一个确定数字码,示值只与测量起始与终止位置有关,而与测量中间过程是无关的。

 

  增量式

  通常有3个输出口,分别是A相、B相、Z相输出,A相与B相之间相互延迟1/4周期脉冲输出,根据延迟关系可区别正反转,而且通过取A相、B相上升与下降沿可进行2或4倍频;Z相为单圈脉冲,即每圈发出一个脉冲。

 

  绝对式

  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数值,通过外部记圈器件可进行多位置记录与测量。

 

  两者大区别增量编码器情况下,位置是从零位标记开始计算脉冲数量确定,而绝对型编码器位置是通过输出代码读数确定。一圈里,每个位置输出代码读数是唯一的,所以当电源断开时,绝对型编码器并不与实际位置分离。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。

 


 

NO.3 编码器的工作原理

编码器

  由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A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B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A、B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。

 

NO.4 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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