如何選擇旋轉(zhuǎn)編碼器？

      受控伺服驅(qū)動器用于自動化技術(shù)、轉(zhuǎn)換、印刷、搬運(yùn)和機(jī)器人技術(shù)的許多領(lǐng)域，包括生產(chǎn)機(jī)器和機(jī)床。選擇在系統(tǒng)中使用的旋轉(zhuǎn)編碼器或編碼器技術(shù)取決于應(yīng)用的精度要求以及應(yīng)用是否將使用位置控制、速度控制或兩者。

      那旋轉(zhuǎn)編碼器選型方法有哪些？在做出編碼器決定之前，工程師應(yīng)檢查這一點以及對重要電機(jī)性能影響最大的所有主要編碼器屬性。要考慮哪些因素？這些包括：

         - 定位精度；

         - 速度穩(wěn)定；

         - 可聽見的噪音；

         - 電力流失；

         - 帶寬，決定驅(qū)動器命令信號響應(yīng)。

（1）定位精度

      定位精度僅取決于應(yīng)用要求。例如，旋轉(zhuǎn)變壓器每轉(zhuǎn)大多有一個信號周期。因此，位置分辨率極其有限，精度通常在 ±500 角秒范圍內(nèi)。假設(shè)在驅(qū)動電子設(shè)備中進(jìn)行插補(bǔ)，通常每轉(zhuǎn)總共產(chǎn)生 16,384 個位置。（增量式旋轉(zhuǎn)編碼器）

      另一方面，感應(yīng)式掃描系統(tǒng)（如許多旋轉(zhuǎn)編碼器中所見）將提供更高的分辨率，通常在每轉(zhuǎn) 32 個信號周期的范圍內(nèi)，從而產(chǎn)生 ±280 角秒范圍內(nèi)的精度。這種情況下的插補(bǔ)是編碼器內(nèi)部的，每轉(zhuǎn)產(chǎn)生 131,072 個位置。

      光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器基于非常精細(xì)的刻度，通常每轉(zhuǎn)具有 2048 個信號周期，因此，通過內(nèi)部插值電子器件可以實現(xiàn)更高的分辨率。這里的輸出分辨率為 25 位，這意味著每轉(zhuǎn) 33,554,432 個絕對位置，精度在 ±20 角秒范圍內(nèi)。

（2）速度穩(wěn)定

      為了確保平穩(wěn)的驅(qū)動性能，編碼器必須提供每轉(zhuǎn)大量的測量步數(shù)作為拼圖的第一塊。然而，工程師還必須注意編碼器信號的質(zhì)量。為了達(dá)到所需的高分辨率，必須對掃描信號進(jìn)行插值。掃描不充分、測量標(biāo)準(zhǔn)污染以及信號調(diào)節(jié)不充分都會導(dǎo)致信號偏離理想形狀。插值時，可能會出現(xiàn)誤差，其周期周期在一個信號周期內(nèi)。因此，一個信號周期內(nèi)的這些位置誤差也被稱為“插值誤差”。對于高質(zhì)量編碼器，這些誤差通常為信號周期的 1% 到 2%，如圖2 和 3 所示。

      插值誤差會對定位精度產(chǎn)生不利影響，并顯著降低驅(qū)動器的速度穩(wěn)定性和可聞噪聲行為。速度控制器根據(jù)誤差曲線計算用于制動或加速驅(qū)動器的標(biāo)稱電流。在低進(jìn)給速率下，進(jìn)給驅(qū)動器滯后于插補(bǔ)誤差。隨著速度的增加，插值誤差的頻率也會增加。由于電機(jī)只能跟蹤控制帶寬內(nèi)的誤差，因此其對速度穩(wěn)定性行為的影響隨著速度的增加而減小。然而，電機(jī)電流中的干擾持續(xù)增加，這導(dǎo)致高控制環(huán)增益下的驅(qū)動器中產(chǎn)生干擾噪聲。（絕對式編碼器）

      更高的分辨率和精度還可以減少電機(jī)電流中產(chǎn)生熱量和功率損耗的干擾。圖 4顯示了三種不同掃描技術(shù)的簡單比較以及由此產(chǎn)生的電流消耗。

（3）帶寬

      帶寬（相對于命令響應(yīng)和控制可靠性）可能受到電機(jī)軸和編碼器軸之間的聯(lián)軸器的剛性以及聯(lián)軸器的固有頻率的限制。編碼器有資格在指定的加速度范圍內(nèi)運(yùn)行。值的范圍通常為 55 至 2,000 Hz。然而，如果應(yīng)用或安裝不良導(dǎo)致持久的共振，則會限制性能并可能損壞編碼器。

      固有頻率根據(jù)定子聯(lián)軸器設(shè)計而變化。為了獲得最佳性能，該頻率需要盡可能高。

      關(guān)鍵是要確保編碼器的軸承和電機(jī)的軸承盡可能接近完美對準(zhǔn)。圖 5顯示了如何實現(xiàn)此目的的示例。電機(jī)軸和編碼器的匹配錐度可確保與中心線近乎完美對齊。

      這種機(jī)械配置將導(dǎo)致保持扭矩大約是帶有 2 個安裝片定子聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)空心軸編碼器的四倍，如圖6所示。這將延長編碼器的軸承壽命并提供卓越的固有頻率和加速度特性。此外，這種配置實際上消除了驅(qū)動器帶寬的任何限制！

      總之，許多因素會影響受控伺服驅(qū)動器中使用的合適旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇。雖然定位精度要求在考慮過程中至關(guān)重要，但了解其他屬性（例如速度穩(wěn)定性、噪聲、可能的功率損耗和帶寬）將如何影響應(yīng)用也很重要。從一開始的良好配合最終將為電機(jī)/驅(qū)動系統(tǒng)提供積極的性能。

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