淺析編碼器在閉環(huán)電機(jī)控制中的作用

在討論電機(jī)時(shí)，編碼器控制是一個(gè)不可避免的話題，通常有兩種控制類型：開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。開(kāi)環(huán)控制的特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出不影響系統(tǒng)的控制效果。閉環(huán)控制是將輸出直接或間接返回到輸入端以形成閉環(huán)并參與控制的控制過(guò)程。



過(guò)去，通過(guò)向具有脈寬調(diào)制電機(jī)的變頻器施加可變頻率電壓，可以容易地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)速度控制。在許多功率較低的應(yīng)用中，許多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用不需要Hengstler編碼器的開(kāi)環(huán)速度控制。隨著電機(jī)朝著更高的效率、更低的能耗和更精確的控制方向發(fā)展，亨士樂(lè)編碼器和電機(jī)越來(lái)越多地交織在一起。

帶閉環(huán)和位置Hengstler編碼器的電機(jī)控制

在不使用亨士樂(lè)編碼器的開(kāi)環(huán)控制中存在幾個(gè)明顯的弱點(diǎn)。由于缺乏反饋，電機(jī)所能達(dá)到的速度精度非常有限；由于無(wú)法優(yōu)化電流控制，很難實(shí)現(xiàn)高電機(jī)效率；必須嚴(yán)格限制瞬態(tài)響應(yīng)，否則電機(jī)將失去階躍。因此，許多電機(jī)應(yīng)用不再使用開(kāi)環(huán)控制。例如，過(guò)去步進(jìn)電機(jī)廣泛使用開(kāi)環(huán)控制，但現(xiàn)在也可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

電機(jī)閉環(huán)控制通過(guò)提高電機(jī)和終端效率，不僅提高了電機(jī)性能，提高了高要求應(yīng)用的質(zhì)量和同步功能，還節(jié)省了大量能源。整個(gè)閉環(huán)電機(jī)控制系統(tǒng)的功率變頻器、強(qiáng)大的位置檢測(cè)和功率級(jí)的電流/電壓反饋共同提高了電機(jī)的性能和效率。

編碼器作為伺服系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部件之一，一直在決定伺服系統(tǒng)的上限方面發(fā)揮著重要作用。編碼器通過(guò)跟蹤旋轉(zhuǎn)軸的速度和位置在閉合電路中提供反饋信號(hào)，光學(xué)和磁性編碼器技術(shù)被廣泛使用。在通用伺服驅(qū)動(dòng)器中，編碼器用于測(cè)量軸的位置，驅(qū)動(dòng)速度可以從編碼器提供的數(shù)據(jù)中得出。

光學(xué)編碼器由一個(gè)代碼軌道和一個(gè)帶有精細(xì)光刻槽的代碼盤(pán)組成。當(dāng)光穿過(guò)光盤(pán)或從光盤(pán)反射時(shí)，光電二極管傳感器檢測(cè)光的變化。光電二極管的模擬輸出在返回到控制器之前被放大和數(shù)字化。磁性編碼器由安裝在電機(jī)軸上的磁性傳感器組成，提供正弦和余弦模擬輸出。輸出被放大和數(shù)字化以進(jìn)行控制。

亨士樂(lè)編碼器的關(guān)鍵性能指標(biāo)

無(wú)論是用于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)還是線性位移的光電編碼還是磁性編碼，電機(jī)編碼器都可以通過(guò)增量值和絕對(duì)值來(lái)區(qū)分。兩者的結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)完全不同?？傊隽啃盘?hào)并不表示特定的位置，而僅表示位置已經(jīng)改變。絕對(duì)信號(hào)可以指示位置已經(jīng)改變，以及提供絕對(duì)位置信息。

有幾個(gè)非常重要的績(jī)效指標(biāo)，包括絕對(duì)績(jī)效指標(biāo)和增量績(jī)效指標(biāo)。首先是分辨率，它是指在電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)360°時(shí)可以區(qū)分的位置數(shù)量。目前，高分辨率編碼器需要使用光學(xué)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而中高編碼器可以是磁性的或光學(xué)的，而中低編碼器使用陀螺儀或霍爾傳感器。編碼器分辨率越高，就越適合高精度閉環(huán)控制。

當(dāng)然，這只是從編碼器的角度來(lái)確定其分辨率與具有不同精度的閉環(huán)控制之間的對(duì)應(yīng)比率。不與其他控制硬件、算法等因素相結(jié)合。目前，有許多應(yīng)用不適合光學(xué)編碼，并且允許高精度閉環(huán)控制。

此外，Hengstler編碼器可用于位置和速度反饋，這涉及到不同的編碼器精度。位置控制必須確保絕對(duì)精度，以確保每個(gè)循環(huán)中每個(gè)位置的唯一信號(hào)輸出不會(huì)偏離實(shí)際位置。速度控制更多地基于差動(dòng)精度。

另一個(gè)很少提及的指標(biāo)是可重復(fù)性，它指的是亨士樂(lè)編碼器返回相同命令位置的一致性。許多閉環(huán)控制應(yīng)用需要設(shè)備執(zhí)行大量重復(fù)任務(wù)，而編碼器在多次重復(fù)后是否偏離也是一個(gè)重要指標(biāo)。

總結(jié)

Hengstler編碼器的選擇仍然取決于應(yīng)用情況和運(yùn)動(dòng)類型，并且在分辨率匹配期間為位置和速度控制選擇適當(dāng)?shù)木取Ｄ壳暗木幋a器，尤其是磁編碼芯片，具有ASIC級(jí)的整體解決方案和特殊的感應(yīng)和解碼芯片，它們非常協(xié)調(diào)，為電機(jī)控制提供了強(qiáng)大的支持。

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