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电机控制系统如何选择最佳编码器?

2020年03月19日 14:55:07来源:德伍拓作者:德伍拓关键词:运动控制
  电机的运动控制系统选择一个编码器时,面临许多技术术语,可用的数据量可能非常庞大。三个值得注意的重要概念:分辨率、精度和精密度,这些术语是相互独立的,每一个都指一个特定的编码器特性,它们是不可互换的。任何特定型号的编码器都可以在一定的分辨率范围内使用。例如,一个编码器有20种不同的分辨率,从64 CPR到10000 CPR不等。
 
  分辨率
 
  在数学、科学和工程中,术语“分辨率”指定了可以测量或观测的最小距离,为了制作增量编码器,制造商创建了一个带有图案的磁盘,这个图案将磁盘划分为不同的区域。例如,一种常见的图案包括在透明磁盘上打印的线条和窗口。
 
  当一个LED在磁盘上投射光线时,光线照射到一个窗口或一条线上,窗口允许光线通过磁盘到达另一侧的光传感器,当磁盘旋转时,编码器模块通道A的输出为一系列高信号和低信号,其值取决于光电传感器是否接收到轻(高)或不轻(低)。
 
  当应用于光学编码器时,编码器分辨率以每转周期(CPR)为单位进行测量,分辨率指定输出的次数信号每转一圈就变高,这个数字可以与磁盘上的行数匹配;特别是在分辨率较高的情况下,它可以是行数的倍数,磁盘上的行数始终与分辨率有关,典型值范围从32或64这样的低分辨率到5000或10000这样的高分辨率超越。
 
  物理上,在磁盘上最基本的形式,一个周期由一对线/窗口组成,CPR与行数、窗口数相同,或者行/窗口对的数目相同。电气方面,一个周期指编码器输出波形的一个完整周期,一个高脉冲和低脉冲一个循环等于360电子角。
 
  CPR可以指磁盘上的行数和窗口数,或者一个旋转的电循环,无论哪种情况,每转周期都是相同的数字,因为每对线/窗正是产生每一个电循环的原因,每转周期也给了我们可以测量的最小距离,除以每转360°机械度数,即每个循环的机械度数。
 
  分辨率倍增
 
  磁盘的分辨率与物理磁盘上的实际线或窗口数量相关联,最基本形式的行数是分辨率,运动控制器可以由这些线产生的输出波形,并从同一磁盘产生更高的分辨率,增量式编码器通常使用正交的方法。
 
  增加了另一个LED和光电传感器,取代了第一个LED的90度电角度,注意90°电角是1/4相位或象限,产生第二个输出波形,通道Led B从通道Led A移相90度。
 
  现在可以确定方向,从Led A到Led B即顺时针旋转,分辨率可以乘以2或4的系数,这叫做分辨率倍增,系统设计者可以通过使用编码器对接口芯片(如LS7183N)进行计数来实现。
 
  举个例子,让我们看看一个编码器,它的磁盘上有100行和窗口,编码器的分辨率为100 CPR。
 
  x 1–如果我们在磁盘旋转时计算每个通道的上升沿脉冲,我们将得到每转100个脉冲(100 PPR),这与100 CPR的分辨率相同,与1相乘的预期值相同。
 
  x 2–如果我们计算通道A的每个上升沿和每个下降沿,我们将得到2每周期脉冲数,每转增加200个脉冲(200 PPR)。
 
  x 4–如果我们计算通道A和通道B的每个上升沿和下降沿,我们将获得每个周期4个脉冲,每转总共400个脉冲(400 PPR)。
 
  请注意,我们并没有改变磁盘的分辨率,它仍然保持设置,由每转的循环数决定,但是,通过以不同方式解码输出波形,我们可以得到高达4倍的脉冲每转磁盘上有线。
 
  结论
 
  总是选择最高分辨率的最佳实践是评估应用程序,并选择最低的分辨率,以满足你的需要,即使有更高的分辨率可用。一些高分辨率可能不是最佳选择的原因:成本:分辨率越高,成本越高。处理时间:读取每个周期需要时间。CPR越高需要的时间越长。高速应用:缩短读取每个周期的时间。抖动:敏感系统可能对高分辨率信息过度响应。尺寸:在某些情况下,较高的分辨率可能会影响尺寸。
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