定位:分辨率和准确性

应用程序所需的定位分辨率决定了编码器分辨率的选择。调谐系统可以在一个编码器状态(Quadcount)内保持位置。因此,Quadcounts(状态)中的编码器分辨率应至少对应于最大允许定位误差。根据系统的响应时间,应选择更高的编码器分辨率,以便控制器更快地检测偏差并更快地抵消。

观察它不仅是影响准确和动态定位和速度控制的编码器的分辨率。这是系统整体的反应。响应时间可以受电源和控制器的电流和电压限制的限制,控制回路的采样率,质量惯性,摩擦变化和机械播放。

信号抖动 - 特别是如果与编码器的标称状态宽度相比,则可以在可以实现的可重复性方面降低准确性。在这方面,直接感测光学编码器具有优于内插磁编码器的优点。直接感测较大的光学编码器还具有关于绝对精度的优点。它们的集成非线性(INL)非常小。

机械变换

通过机械变换和相关的戏剧,难以实现定位的非常高的精度。因此,高分辨率编码器仅对直接驱动应用进行了意义。通常,高精度定位不仅需要大量的状态,而且需要高度绝对的精度。光学编码器在此具有优点,包括高分辨率和低INL。

驱动系统与机械转换,如齿轮头或铅和滚珠丝杠不需要高的编码器分辨率。安装在电机上的编码器的分辨率将乘以齿轮减速器。类似地,在螺距为5毫米的螺杆上,512 quadcounts (128 CPT)的中等编码器分辨率将导致螺母的理论位置精度约为10微米。这通常比联轴器和螺母的机械运动和螺纹的精度要小得多。

绝对编码器

增量编码器只测量位置的变化,并要求一个寻的程序的绝对位置读数。归航过程通常以较低的速度执行,花费的时间在某些应用程序中是不可用的。在多轴系统中——例如,在具有机械相互依赖轴的复杂运动学机器人应用中——寻的可能导致碰撞和损坏。在这种情况下,绝对编码器可以用作增量模型的替代方案。开机后,绝对编码器在一个电机圈(单圈)或多个电机圈(多圈)内直接提供实际位置(无需归航程序)。

在工业应用中,通常使用具有串行接口(SSI或BISS-C)的绝对编码器,将实际位置传输为位流。对于电源电压,数据传输和传输定时的同步,总共只有六条线路足以足够。

对于单圈绝对编码器,一个轴旋转在n个步骤中编码。旋转超过360°时的编码重复。典型的分辨率是12位(4096个位置),每次革命都有更多。在多转绝对编码器中,旋转的数量另外编码并存储在相同的比特流中。当单向编码器的测量步骤的数量不足时,需要多转编码器,例如用于更长的路径。

具有绝对编码器的经典应用程序是太阳能装置的跟踪机制。随着增量编码器的归位将太耗时,因为这种装置的速度非常慢。对于所有类型的流量调节器,填充系统和传送设备,重要的是从开始时知道确切的流速。归位程序意味着不受控制的材料流动。具有绝对编码器的其他应用程序包括机器人;处理机器和机器桌的定位;和聚光灯和其他阶段元素。Maxon定位控制器(EPOS,MAXPOS)支持使用绝对编码器的许多变体。

用于速度控制的编码器

非常精确的速度控制需要最高的编码器分辨率。编码器分辨率随着所需速度精度的平方增加。此外,需要快速速度控制回路,并且高质量惯性对速度稳定性有益效果。

增量编码器的速度评估是如何工作的?

图4.带有Maxon MR编码器的电机上记录的速度信号(EPOS2 Studio数据记录器的屏幕截图)。黑线是传感器的速度读数。它以30 rpm的步长跳跃,对应于1QC / MS分辨率。另外,信号从1个电机旋转的时间表现出30毫秒的时间。绿色平均速度更清楚地显示了这种周期。该平均速度信号更接近电机的实时速度。但是,在这种情况下,它反映了编码器的缺陷。

通过计算给定时间间隔内的状态变化的数量来评估控制器中的速度。例如,EPOS2具有1 kHz的速度控制器采样率。因此,在每个MS(QC / MS)的Quadcounts的整数中测量内部速度,对应于500 CPT编码器(每回合2000 QC)的30rpm的速度分辨率。编码器分辨率越低,这种速度量化越高。

必须强调的是,由于数字收购,这是一个计量问题。测量的值实际上不是系统的行为方式。电机的实际速度将假设设定值,并且由于机械惯性(飞轮效应),将保持其。它只是围绕平均速度波动的测量值(图4)。

高速速度控制

编码器的电子元件限制了可处理的最大脉冲频率,因此限制了编码器的最大速度。在某些情况下,这种限制来自机械方面的考虑,如不平衡和安装公差。

还应考虑控制器侧的编码器输入的频率约束。如果需要非常高的速度,则必须选择相应的低编码器分辨率。在几千rpm的高速高速的相对速度变化几千rpm对应于几十的转速绝对精度,并且很容易实现。

低速时速度控制

虽然速度评估的状态计数类型导致高速的速度良好,但在极低的速度下变得困难。想象一下,速度为60 rpm(每秒一圈),以5%或3 rpm的精度保持。具有相同的500个CPT编码器和如前所述的1-MS控制循环时间,可以获得稳定和平稳地控制的速度。

为了降低绝对速度变化,需要更高的编码器分辨率和更快的控制器。想象一下,在所描述的情况下,一个有5000个CPT的编码器;有10倍的反馈。然而,在低速时,控制回路应该能够更快地反应以保持绝对速度偏差小。这两个要求都会增加对编码器的需求。编码器分辨率随绝对速度稳定的平方增加 - 允许速度变化的一半需要四倍的编码器分辨率。

在非常低的速度下,一些控制器允许替代的速度评估方法。他们衡量了两个州之间过去的时间。速度反馈值将更加均匀,允许更致密的动态控制。

EPOS4控制器以低速支持另一种方法,称为Speed Observer。速度观测器是控制回路中的一个元素,可按两个步骤计算观察到的速度。首先,基于定义系统的机械传递函数的参数来预测速度,位置和外部扭矩。其次,基于新测量的转子位置校正预测值。


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本文首先出现在2017年1月份的问题NASA技yabovip16.com术简介杂志。

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