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伺服電機(jī)編碼器原理及編碼器分類

閱讀：3286 發(fā)布時間：2020-10-30

伺服電機(jī)編碼器原理

伺服編碼器這個基本的功能與普通編碼器是一樣的,，比如增量型的有A,A反,，B，B反,，Z,，Z反等信號，除此之外,，伺服編碼器還有著跟普通編碼器不同的地方,，那就是伺服電機(jī)多數(shù)為同步電機(jī)，同步電機(jī)啟動的時候需要知道轉(zhuǎn)子的磁極位置,，這樣才能夠大力矩啟動伺服電機(jī),，這樣需要另外配幾路信號來檢測轉(zhuǎn)子的當(dāng)前位置，比如增量型的就有UVW等信號,，正因?yàn)橛辛诉@幾路檢測轉(zhuǎn)子位置的信號,，伺服編碼器顯得有點(diǎn)復(fù)雜了，以致一般人弄不懂它的道理了,，加上有些廠家故意掩遮一些信號,，相關(guān)的資料不齊全，就更加增添了伺服電機(jī)編碼器的神秘色彩,。

　　由于A,、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前,，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位,。

　　編碼器碼盤的材料有玻璃,、金屬、塑料,，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,，其熱穩(wěn)定性好，精度高,，金屬碼盤直接以通和不通刻線,，不易碎,，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制,，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級,，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低,，但精度,、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些,。

　　分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率,，也稱解析分度、或直接稱多少線,，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線,。

伺服電機(jī)編碼器分類

1,、增量型編碼器

　　除了普通編碼器的ABZ信號外,，增量型伺服編碼器還有UVW信號，目前國產(chǎn)和早期的進(jìn)口伺服大都采用這樣的形式,，線比較多,。

2、值型伺服電機(jī)編碼器

　　增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖,，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置,，當(dāng)編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置,。這樣,，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動,，當(dāng)來電工作時,，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖,，不然,，計數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的,，只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道,。

　　解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn),，將參考位置修正進(jìn)計數(shù)設(shè)備的記憶位置,。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的,。為此,，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn),，開機(jī)找零等方法。

　　比如,，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理,，每次開機(jī)，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響,，它在找參考零點(diǎn),，然后才工作。

　　這樣的方法對有些工控項(xiàng)目比較麻煩,，甚至不允許開機(jī)找零（開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置）,，于是就有了編碼器的出現(xiàn)。

　　型旋轉(zhuǎn)光電編碼器,，因其每一個位置,、抗干擾、無需掉電記憶,，已經(jīng)越來越廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度,、長度測量和定位控制。

　　編碼器光碼盤上有許多道刻線,，每道刻線依次以2線,、4線、8線,、16線,。。,。,。。,。編排,，這樣，在編碼器的每一個位置,，通過讀取每道刻線的通,、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的2進(jìn)制編碼（格雷）,，這就稱為n位編碼器,。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電,、干擾的影響,。

　　編碼器由機(jī)械位置決定的每個位置的性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn),，而且不用一直計數(shù),，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置,。這樣,，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了,。

　　由于編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器,，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于伺服電機(jī)上。型編碼器因其高精度,，輸出位數(shù)較多,，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號必須確保連接很好,，對于較復(fù)雜工況還要隔離,，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性,，因此,，編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出,，德國生產(chǎn)的型編碼器串行輸出常用的是SSI（同步串行輸出）,。

　　從單圈式編碼器到多圈式編碼器　旋轉(zhuǎn)單圈式編碼器,，以轉(zhuǎn)動中測量光碼盤各道刻線,，以獲取的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時,，編碼又回到原點(diǎn),，這樣就不符合編碼的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量,，稱為單圈式編碼器,。如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈式編碼器,?！?/span>

　　編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時,，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪,，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼,，以擴(kuò)大編碼器的測量范圍,，這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個位置編碼不重復(fù),，而無需記憶,。

　　多圈編碼器另一個優(yōu)點(diǎn)是由于測量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多,，這樣在安裝時不必要費(fèi)勁找零點(diǎn),，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度,。多圈式編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯,，目前歐洲新出來的伺服電機(jī)基本上都采用多圈值型編碼器。

3,、正余弦伺服電機(jī)編碼器

　　由一個中心有軸的光電碼盤,，其上有環(huán)形通、暗的刻線,，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A,、B、C,、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度）,，將C、D信號反向,，疊加在A,、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號,；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位,。

　　普通的正余弦編碼器具備一對正交的sin，cos 1Vp-p信號,，相當(dāng)于方波信號的增量式編碼器的AB正交信號,，每圈會重復(fù)許許多多個信號周期，比如2048等,；以及一個窄幅的對稱三角波Index信號,，相當(dāng)于增量式編碼器的Z信號，一圈一般出現(xiàn)一個,；這種正余弦編碼器實(shí)質(zhì)上也是一種增量式編碼器,。另一種正余弦編碼器除了具備上述正交的sin、cos信號外,，還具備一對一圈只出現(xiàn)一個信號周期的相互正交的1Vp-p的正弦型C,、D信號，如果以C信號為sin,，則D信號為cos,，通過sin、cos信號的高倍率細(xì)分技術(shù)，不僅可以使正余弦編碼器獲得比原始信號周期更為細(xì)密的名義檢測分辨率,，比如2048線的正余弦編碼器經(jīng)2048細(xì)分后,，就可以達(dá)到每轉(zhuǎn)400多萬線的名義檢測分辨率，當(dāng)前很多歐美伺服廠家都提供這類高分辨率的伺服系統(tǒng),，而國內(nèi)廠家尚不多見,；此外帶C、D信號的正余弦編碼器的C,、D信號經(jīng)過細(xì)分后,，還可以提供較高的每轉(zhuǎn)位置信息，比如每轉(zhuǎn)2048個位置,，因此帶C,、D信號的正余弦編碼器可以視作一種模擬式的單圈編碼器。9 g0 n9

　　正余弦伺服電機(jī)編碼器的優(yōu)點(diǎn)是不用采用高頻率的通訊即可讓伺服驅(qū)動器獲得高精度的細(xì)分,，這樣降低了硬件要求,，同是由于有單圈角度信號，可以讓伺服電機(jī)啟動平穩(wěn),，啟動力矩大,。

伺服電機(jī)編碼器使用注意的事項(xiàng)

（1）安裝

　　安裝時不要給軸施加直接的沖擊。

　　伺服電機(jī)編碼器軸與機(jī)器的連接,，應(yīng)使用柔性連接器,。在軸上裝連接器時，不要硬壓入,。即使使用連接器,，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負(fù)荷還大的負(fù)荷,，或造成撥芯現(xiàn)象,，因此,，要特別注意,。

　　軸承壽命與使用條件有關(guān)，受軸承荷重的影響特別大,。如軸承負(fù)荷比規(guī)定荷重小,，可大大延長軸承壽命。

　　不要將編碼器進(jìn)行拆解,，這樣做將有損防油和防滴性能,。防滴型產(chǎn)品不宜長期浸在水、油中,，表面有水,、油時應(yīng)擦拭干凈。

（2）振動

　　加在編碼器上的振動，往往會成為誤脈沖發(fā)生的原因,。因此,，應(yīng)對設(shè)置場所、安裝場所加以注意,。每轉(zhuǎn)發(fā)生的脈沖數(shù)越多,，旋轉(zhuǎn)槽圓盤的槽孔間隔越窄，越易受到振動的影響,。在低速旋轉(zhuǎn)或停止時,，加在軸或本體上的振動使旋轉(zhuǎn)槽圓盤抖動，可能會發(fā)生誤脈沖,。